高考热点

黄生芳 周立芳

摘要：运用化学反应、电离平衡与水解平衡、电荷守恒物料守恒和质子守恒对溶液中的粒子成分、粒子间数量的关系进行分析，运用宏微结合的思想，能帮助学生精确而高效解决离子浓度大小比较问题.

关键词：离子浓度;高考热点;高中化学

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2022）16-0139-04

溶液中离子浓度的大小比较是历年高考的重点内容，也是日常教学中研究的热点问题，涉及化学中的微粒观、变化观、守恒观，是学生学习中的难点内容.大部分学生的思维障碍主要集中在宏微分离且不会表示，发现变化但不善于抓住变化中的守恒关系.如何帮助学生运用一定认知模型分析此部分的内容，并做到思路清晰，结果判断不出错呢？笔者根据教学经验，提出“一原理、二理论、三守恒”的认知模型.

1 模型解析

1.1 “一原理”

原理即化学反应原理.要想理解溶液中微粒间的浓度大小，前提是找出溶液中存在的各种微粒，而想要准确判断溶液中微粒的种类，前提条件是准确分析溶液中溶质的成分.对于已知的单一溶液，学生能迅速判断溶质，如醋酸溶液的溶质为CH3COOH、氨水的溶质为NH3·H2O、氯化铵溶液的溶质为NH4Cl，而混合溶液则需要根据溶质间的化学反应进行溶质成分分析.如：

①将等浓度等体积的NaOH溶液与HCl溶液混合：在此体系中，氢氧化钠与盐酸发生化学反应（化学方程式如下），生成等物质的量的氯化钠，此时溶液的溶质则不再是NaOH、HCl而是NaCl.

NaOH+HClNaCl+H2O

②将物质的量之比为1∶1的HCl溶液与Na2CO3溶液混合：在此体系中，HCl與Na2CO3发生化学反应，化学方程式如下，生成碳酸氢钠与氯化钠，此时溶液的溶质是碳酸氢钠与氯化钠而不仅只是氯化钠.

Na2CO3+HClNaCl+NaHCO3

③向20mL 0.1mol/L CH3COOH溶液中滴加

0.1mol/L NaOH溶液，滴定曲线如图1所示.

点A时溶液中未加入氢氧化钠，此时溶质为CH3COOH;

点B时加入了10mL 0.1mol/L的NaOH溶液，此时氢氧化钠与醋酸按1∶1的比例发生化学反应，生成等浓度的CH3COONa，同时溶液中还剩下一半的CH3COOH未参与反应，因此，此时溶液对应的溶质为CH3COONa、CH3COOH两种物质，且两者物质的量浓度之比为1∶1;

点C时，溶液pH=7，呈中性，由于醋酸为弱酸，且由图1可知，此时溶液中还存在醋酸分子，此时溶液中的溶质依旧是CH3COONa、CH3COOH两种物质，但醋酸钠的物质的量浓度大于醋酸的物质的量浓度;

点D时，加入20mL 0.1mol/L NaOH溶液，两者恰好完全反应，因此溶液中的溶质为CH3COONa.

1.2 “二理论”

理论即电离理论与水解理论，弱电解质在水溶液中会发生电离（微弱），弱酸的阴离子（弱碱的阳离子）则会结合水中的氢离子（氢氧根）生成弱电解质（微弱），从而影响离子的浓度.如：

案例1同浓度的NH4Cl溶液、NH4HSO4溶液、氨水中NH+4浓度的大小比较.

（1）NH4Cl溶液

a： NH4Cl电离：NH4ClNH+4+Cl-

b：NH+4水解：NH+4+H2ONH3·H2O+H+

（2）NH4HSO4溶液

a： NH4HSO4电离：

NH4HSO4NH+4+H++SO2-4

b：NH+4水解：

NH+4+H2ONH3

瘙 簚

H2O + H+

（3）氨水

a：NH3·H2O电离：

NH3·H2ONH+4+OH-（微弱）

如上所示，等浓度的NH4Cl溶液、NH4HSO4溶液完全电离生成等浓度的NH+4，同时，铵根离子发生水解 ，由于NH4HSO4电离出了H+，因此，NH4HSO4溶液中铵根离子的水解受到了抑制，因此NH4Cl溶液中的铵根离子的浓度小于NH4HSO4溶液中铵根离子的浓度，而NH3·H2O的电离是微弱的，因此铵根离子浓度大小为

c（NH+4）（ NH4HSO4）>c（NH+4）（NH4Cl）>c（NH+4）（NH3·H2O）

案例20.1mol/L Na2CO3溶液中离子浓度大小关系.

a：碳酸钠在水溶液中电离：

Na2CO32Na++CO2-3

b：水自身电离：H2OH++OH-（极弱）

c：碳酸根离子的水解：

CO2-3+H2OHCO-3+OH-（主）

HCO-3+H2OH2CO3+OH-（次）

由此可得在碳酸钠的水溶液中存在Na+、CO2-3、HCO-3、H+、OH- 5种离子，由化学计量关系可知c（Na+）=2c（CO2-3），因此c（Na+）>c（CO2-3），CO2-3水解生成HCO-3、CO2-3，水解是微弱的且第一步水解为主，因此c（CO2-3）>c（HCO-3），从电离水解方程式中可以看出OH-的来源有三部分，因此c（CO2-3）>c（OH-）>c（HCO-3）>c（H+），所以该溶液中离子浓度大小为c（Na+）>c（CO2-3）>c（OH-）>c（HCO-3）>c（H+）.

案例30.1mol/L NaHCO3溶液.

a：碳酸氢钠在水溶液中电离：

NaHCO3Na++HCO-3

b：碳酸氢根离子电离：

HCO-3H++CO2-3（弱）

c：水自身电离：

H2OH++OH-（弱）

d：碳酸根离子水解：

HCO-3+H2OH2CO3+OH-（弱）

由此可得在碳酸氢钠的水溶液中存在Na+、CO2-3、HCO-3、H+、OH- 5种离子.由化学计量关系可知c（Na+）=c（HCO-3），又因为HCO-3既能水解也能电离，因此c（Na+）>c（HCO-3），HCO-3水解生成H2CO3、OH-，HCO-3电离生成CO2-3，由于HCO-3水解程度大于电离程度，所以c（OH-）>c（H+），从电离、水解方程式中可以看出H+的来源有两部分，因此c（CO2-3）<c（H+），所以该溶液中离子浓度大小为c（Na+）>c（HCO-3）>c（OH-）>c（H+）>c（CO2-3）.

案例40.1mol/L NaHSO3溶液.

a：亚硫酸氢钠在水溶液中电离：

NaHSO3Na++HSO-3

b：亚硫酸氢根离子电离：HSO-3H++SO2-3（弱）

c：水自身电离：H2OH++OH-（弱）

d：亞硫酸根离子水解：

HSO-3+H2OH2SO3+OH-（弱）

由此可得在亚硫酸氢钠的水溶液中存在Na+、SO2-3、HSO-3、H+、OH- 5种离子.由化学计量关系可知c（Na+）=c（HSO-3），又因为HSO-3既能水解也能电离因此c（Na+）>c（HSO-3），HSO-3水解生成H2SO3、OH-，HSO-3电离生成SO2-3，由于HSO-3水解程度大于电离程度，所以c（OH-）<c（H+），从电离、水解方程式中可以看出OH-的来源有两部分，因此c（SO2-3）<c（OH-），所以该溶液中离子浓度大小为c（Na+）>c（HSO-3）>c（H+）>c（OH-）>c（SO2-3）.

1.3 “三守恒”

“三守恒”即电荷守恒、物料守恒、质子守恒.利用守恒可以判断溶液中的等量关系，在具体应用判断时还需关注不同守恒关系式的结构特点.

1.3.1 电荷守恒

电解质溶液总是呈中性的，因此溶液中阳离子所带正电荷数等于阴离子所带的负电荷数.如：

（1）Na2CO3溶液

Na2CO3溶液中存在的离子为Na+、CO2-3、HCO-3、H+、OH-，1个碳酸根带2个单位的正电荷，因此，该溶液的电荷守恒为：

c（Na+）+c（H+）

c（OH-）+c（HCO-3）+2c（CO2-3）

（2）CH3COONa溶液

该混合溶液中存在的离子为Na+、CH3COO-、H+、OH-，因此，该溶液的电荷守恒为：

c（Na+）+c（H+）c（OH-）+c（CH3COO-）

1.3.2 物料守恒（元素守恒）

在电解质溶液中，某些离子发生水解或电离可能引起某些元素的存在形式发生变化，但变化前后各元素的原子个数保持不变（不考虑氧元素和氢元素）.如：

（1）0.1mol/LNa2SO3溶液

亚硫酸钠溶液在水溶液中完全电离：

Na2SO32Na++SO2-3

由此可知，

c（Na元素）/c（S元素）=2/1即

c（Na元素）=2c（S元素），钠元素的存在形式为Na+，亚硫酸根发生水解，因此硫元素的存在形式为：SO2-3、HSO-3、H2SO3，所以有2[c（SO2-3）+c（HSO-3）+c（H2SO3）]=c（Na+）=0.2mol/L.

（2）0.1mol/LNaHSO3溶液

亚硫酸氢钠在水溶液中电离：

NaHSO3Na++HSO-3

由此可知，c（Na元素）/c（S元素）=1即c（Na元素）=c（S元素），钠元素的存在形式为Na+，硫元素的存在形式为：SO2-3、HSO-3、H2SO3，所以有c（SO2-3）+c（HSO-3）+c（H2SO3）=c（Na+）=0.1mol/L.

（3）等浓度Na2SO3溶液、NaHSO3溶液混合

同理可得：

c（Na元素）/c（S元素）=3/2

即：2c（Na元素）=3c（S元素）

2c（Na+）=3[c（SO2-3）+c（HSO-3）+c（H2SO3）]

1.3.3 质子守恒

水电离出来的氢离子和水电离出来的氢氧根的浓度相等.质子守恒等式较为复杂，一般不让学生直接书写，而是通过电荷守恒与物料守恒叠加得到.如：

（1）Na2CO3溶液存在如下等量关系：

电荷守恒：c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO-3）+2c（CO2-3）

物料守恒：2c（HCO-3）+2c（CO2-3）+2c（H2CO3）=c（Na+）

兩式相加得质子守恒：c（H+）+c（HCO-3）+2c（H2CO3）=c（OH-）

（2）NaHCO3溶液存在如下等量关系：

电荷守恒：c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO-3）+2c（CO2-3）

物料守恒：c（HCO-3）+c（CO2-3）+c（H2CO3）=c（Na+）

两式相加得质子守恒：c（H+）+c（H2CO3）=c（OH-）+c（CO2-3）

1.4 小结

“一原理”即根据化学反应原理，准确分析溶液中溶质的成分.“二理论”即根据电离理论与水解理论判断各离子在水溶液中的行为.“三守恒”即根据电荷守恒、物料守恒、质子守恒判断溶液中的等量关系.

2 模型应用

例1常温下，用0.1000mol/LNaOH溶液滴定20.00mL 0.1000mol/L CH3COOH溶液所得滴定曲线如图2所示，下列说法正确的是（）.

A.点a所示溶液中：

c（CH3COO-）+c（OH-）=c（CH3COOH）+c（H+）

B.点b所示溶液中：

c（Na+）=c（CH3COOH）+c（CH3COO-）

C.点c所示溶液中：

c（Na+）>c（OH-）>c（CH3COO-）>c（H+）

D.滴定过程中可能出现：

c（CH3COOH）>c（CH3COO-）>c（H+）>c（Na+）>c（OH-）

例2向2L 0.1mol/L的NaOH溶液中通入448mL（标准状况）CO2，所得溶液离子浓度大小正确（）.

A.c（Na+）>c（HCO-3）>c（H2CO3）>c（OH-）>c（CO2-3）>c（H+）

B.c（Na+）+c（H+）=c（HCO-3）+c（OH-）+c（CO2-3）

C.c（Na+）=c（H2CO3）+c（HCO-3）+c（CO2-3）+c（OH-）

D.c（OH-）>c（H2CO3）>c（H+）>c（CO2-3）

例2用物质的量都是0.01mol的HCN和NaCN配成1L混合溶液，已知其中c（CN-）<c（Na+）对溶液的下列判断不正确的是（）.

A.c（H+）>c（OH-）

B.c（OH-）>c（H+）

C.c（HCN）=c（CN-）

D.c（HCN）+c（CN-）=0.02mol/L

答案：例1D;例2D;例3A

参考文献：

[1] 吴文.运用模型思想解决“溶液中离子浓度大小比较”＼[J＼].数理化解题研究，2019（22）：86-87.

[2] 吴满生.离子浓度大小比较的四步曲＼[J＼].中学化学教学参考，2019（10）：62-63.

[责任编辑：季春阳]