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碳酸氢钠溶液中离子浓度大小比较

在碳酸氢钠(NaHCO₃)溶液中,离子浓度大小的比较主要受水解和电离过程的影响。以下是两种最常见的观点及其分析:

观点一 :c(Na⁺) > c(HCO₃⁻) > c(OH⁻) > c(H⁺) > c(CO₃²⁻)

分析

每电离1mol HCO₃⁻,产生1mol CO₃²⁻和1mol H⁺。

考虑水的电离,每1mol水的电离产生1mol H⁺和1mol OH⁻。

因此,c(H⁺) > c(CO₃²⁻)。

观点二:c(Na⁺) > c(HCO₃⁻) > c(OH⁻) > c(CO₃²⁻) > c(H⁺)

分析

由于NaHCO₃的水解,溶液呈碱性,碱性越强,c(H⁺)越小,c(CO₃²⁻)越大。

当NaHCO₃浓度很大时,溶液碱性较强,此时c(CO₃²⁻) > c(H⁺)。

定量分析

为了更准确地比较离子浓度,可以进行定量计算:

设[H⁺] = [CO₃²⁻],则由质子守恒可得pH值,进一步计算得到NaHCO₃的浓度为10⁻⁵mol/L。

设[H⁺] < [CO₃²⁻],按类似方法计算并结合实验结果,可得c(H⁺)和c(CO₃²⁻)的浓度关系。

实验结果

在18℃时,假设NaHCO₃溶液的浓度为1mol/L,根据公式和实验数据,可以得出[H⁺]的浓度为1.6×10⁻⁶mol/L,[CO₃²⁻]的浓度为1.6×10⁻⁶mol/L。这表明两种离子的浓度大小相近,支持两种观点。

结论

综合以上分析,在碳酸氢钠溶液中,离子浓度的大小关系可以总结为:

观点一:c(Na⁺) > c(HCO₃⁻) > c(OH⁻) > c(H⁺) > c(CO₃²⁻)

观点二:c(Na⁺) > c(HCO₃⁻) > c(OH⁻) > c(CO₃²⁻) > c(H⁺)

这两种观点在不同的浓度条件下都有一定的道理。当溶液浓度较小时,水的电离占主导,c(H⁺) > c(CO₃²⁻);当溶液浓度较大时,NaHCO₃的水解占主导,c(CO₃²⁻) > c(H⁺)。在特定浓度下,两种离子的浓度可能相近。

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