Question

8．現有常溫下的0.1mol/l純堿溶液．
（1）該溶液呈堿性是因為存在水解平衡，相關離子方程式是：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-．為證明存在上述平衡，進行如下實驗：在0.1mol•l^-1純堿溶液中滴加酚酞，溶液顯紅色，再往溶液中滴加BaCl₂或CaCl₂（填化學式）溶液，紅色逐漸退為無色，說明上述觀點成立．
（2）同學甲查閱資料得知0.1mol/LNa₂CO₃中，發生水解的CO₃^2-不超過其總量的10%．請設計實驗加以證明（寫出實驗方案及預期觀察到的現象）．答用pH試紙測0.1mol/L的Na₂CO₃溶液的pH，若pH＜12．
（3）同學乙就該溶液中粒子濃度關系寫出五個關系式，其中不正確的是DE．
A．c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-）
B．c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）
C．c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
D．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）=0.1mol•L^-1
E．c（H⁺）+c（Na⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-）
（4）室溫下pH均為a的Na₂CO₃和NaOH溶液中，水電離產生的c（OH^-）之比=10^（2a-14）．

Answer 1

分析 （1）碳酸根離子水解生成氫氧根離子溶液顯堿性，設計實驗有碳酸根離子時溶液顯堿性，除去碳酸根離子后溶液不顯堿性；
（2）碳酸鈉屬于強堿弱酸鹽，碳酸根離子水解而使溶液呈堿性，根據其水解程度確定溶液pH，用pH試紙測量其pH即可；
（3）根據電荷守恒、物料守恒和質子守恒以及溶液中離子濃度大小比較的方法來分析；
（4）氨水中氫離子是完全是水電離出的，碳酸鈉溶液中氫離子是碳酸根水解后剩余的，氫氧根離子是水完全電離生成的，結合離子積計算判斷．

解答 解：（1）碳酸根離子水解生成氫氧根離子溶液顯堿性，其水解方程式為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，設計實驗有碳酸根離子時溶液顯堿性，除去碳酸根離子后溶液不顯堿性，其操作為：取0.1mol/L的純堿溶液少許于試管中，滴入幾滴酚酞，溶液呈紅色，再滴加足量BaCl₂溶液或是氯化鋇溶液，若溶液紅色退去，則證明純堿溶液顯堿性的原因是CO₃^2-水解；
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；BaCl₂或CaCl₂；
（2）常溫下，0.1mol•L^-1的純堿溶液，發生水解的CO₃^2-離子不超過其總量的10%，則溶液中c（OH^-）＞0.1mol/L×10%=0.01mol/L，則c（H⁺）＜$\frac{1{0}^{-14}}{0.01}$mol/L=10^-12mol/L，所以溶液的pH＜12，用pH試紙測量常溫下0.1mol/L碳酸鈉溶液的pH，如果溶液的pH＜12，則證明發生水解的CO₃^2-離子不超過其總量的10%，
，故答案為：用pH試紙測0.1mol/L的Na₂CO₃溶液的pH，若pH＜12；
（3）A．溶液中直接電離出鈉離子和碳酸根離子，鈉離子濃度大于碳酸根濃度的2倍，所以c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-），故A正確；
B．在碳酸鈉溶液中，碳酸根離子存在水解平衡，水存在微弱的電離，所以c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃），故B正確；
C．溶液中存在質子守恒：c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故C正確；
D．根據物料守恒：c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol•L^-1，故D錯誤；
E．溶液中存在電荷守恒：c（H⁺）+c（Na⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-），故E錯誤．
故答案為：DE．
（4）pH為a的氫氧化鈉溶液中水電離出的氫氧根離子濃度等于水電離出的氫離子濃度為10^-amol/L，pH 為a碳酸鈉溶液中[H⁺]_剩余•[OH^-]_水=10^-14；[OH^-]_水=10^a-14mol/L，所以室溫下pH均為a的Na₂CO₃和NaOH溶液中，水電離產生的c（OH^-）之比=10^a-14mol/L：10^-amol/L=10^2a-14，
故答案為：10^（2a-14）．

點評 本題考查了鹽類水解的原理，溶液酸堿性的實驗測定方法，溶液中的守恒關系的應用，題目難度中等．