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二、离子浓度比较

水溶液中的离子平衡 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 依据守恒关系和平衡移动原理,判断电解质溶液中各离子相对大小及变化趋势的方法。

从哪来 建立在“三、化学平衡常数”之上,利用平衡常数表达式推导离子浓度间的定量关系。

为什么 溶液中离子浓度受物料守恒、电荷守恒及水解/电离平衡共同制约。平衡常数 $K$ 是温度的函数,当条件改变时,$Q_c$ 与 $K$ 的偏差驱动平衡移动,从而改变离子浓度比例。

讲法
守恒法(适合逻辑严密、擅长代数推导的学生) 直接列出电荷守恒和物料守恒方程,通过代数变形直接比较。例如在 $NaA$ 溶液中,由电荷守恒 $c(Na^+) + c(H^+) = c(A^-) + c(OH^-)$ 和物料守恒 $c(Na^+) = c(A^-) + c(HA)$,联立可推导出 $c(OH^-) - c(H^+) = c(HA)$。若溶液显碱性,则 $c(OH^-) > c(H^+)$,进而得出 $c(HA) > 0$,结合水解程度微弱,直接判定 $c(Na^+) > c(A^-) > c(OH^-) > c(H^+)$。此法无需记忆口诀,纯靠逻辑链条。
讲法
“主从”分析法(适合直觉型、喜欢抓主要矛盾的学生) 先确定“主角”(主要离子,如 $Na^+$ 和 $A^-$),再确定“配角”($H^+$ 和 $OH^-$)。 1. 看盐的类型:强碱弱酸盐,阴离子水解,故 $c(Na^+) > c(A^-)$。 2. 看水解程度:水解是微弱的,故 $c(A^-)$ 远大于水解产物 $c(HA)$ 和 $c(OH^-)$。 3. 看溶液酸碱性:水解产生 $OH^-$,故 $c(OH^-) > c(H^+)$。 4. 比较 $c(HA)$ 与 $c(OH^-)$:通常水解产生的 $OH^-$ 略多于 $HA$(因水自身电离贡献),但在极稀溶液中需计算。一般默认 $c(OH^-) > c(HA)$。 口诀:主离子 > 次离子 > 水解产物 > 水电离离子。
极限假设法(适合空间想象力强、喜欢动态思维的学生)** 假设溶液无限稀释或无限浓缩。 1. **无限稀释
所有离子浓度趋近于 $10^{-7}$ mol/L(常温),此时 $c(H^+) \approx c(OH^-)$,但盐离子浓度极低,需考虑水的电离主导。 2. 无限浓缩:水解程度减小(同离子效应抑制),$c(A^-)$ 接近 $c(Na^+)$。 通过观察从“纯盐”到“加水”过程中,平衡如何移动。例如向 $CH_3COONa$ 加水,$CH_3COO^-$ 水解程度增大,但 $c(CH_3COO^-)$ 减小,$c(OH^-)$ 减小(因体积增大影响大于水解增加),$c(H^+)$ 增大。通过动态变化趋势判断相对大小。
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练一道
基础题
常温下,0.1 mol/L $NaHCO_3$ 溶液中,离子浓度大小关系正确的是?
变式
将 0.1 mol/L $CH_3COOH$ 与 0.1 mol/L $CH_3COONa$ 等体积混合,所得溶液中 $c(CH_3COO^-)$ 与 $c(Na^+)$ 的关系是?
试试手自己判
检测题
常温下,向 0.1 mol/L $NH_4Cl$ 溶液中滴加氨水至 pH=9,此时溶液中 $c(NH_4^+)$ 与 $c(Cl^-)$ 的大小关系是?
看答案和判分标准
答案:$c(NH_4^+) > c(Cl^-)$
判对标准:
1. 正确写出电荷守恒:$c(NH_4^+) + c(H^+) = c(Cl^-) + c(OH^-)$。
2. 正确判断 pH=9 时 $c(OH^-) > c(H^+)$。
3. 由守恒式推导出 $c(NH_4^+) - c(Cl^-) = c(OH^-) - c(H^+) > 0$,从而得出 $c(NH_4^+) > c(Cl^-)$。
若学生仅回答“大于”而无推导过程,判半对;若回答“小于”或“等于”,判错。
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