2020版高考一轮复习化学通用版学案：第八章第5课时　专题研究——溶液中粒子浓度关系

第5课时　专题研究——溶液中粒子浓度关系
判断电解质溶液中的粒子浓度关系是近几年高考的必考题型，一般在选择题中作为压轴题呈现。因综合性强、难度大且常考常新，成为考生失分的重灾区。要想攻克此难关，需巧妙利用平衡观念和守恒思想建立起等量关系，进行分析，比较即可。

1．电离平衡→建立电离过程是微弱的意识
弱电解质(弱酸、弱碱、水)的电离是微弱的，且水的电离能力远远小于弱酸和弱碱的电离能力。如在稀醋酸溶液中存在：CH3COOHCH3COO－＋H＋，H2OOH－＋H＋，溶液中粒子浓度由大到小的顺序：c(CH3COOH)＞c(H＋)＞c(CH3COO－)＞c(OH－)。
2．水解平衡→建立水解过程是微弱的意识
弱酸根离子或弱碱阳离子的水解是微弱的，但水的电离程度远远小于盐的水解程度。如稀的CH3COONa溶液中存在：CH3COONa===CH3COO－＋Na＋，CH3COO－＋H2OCH3COOH＋OH－，H2OH＋＋OH－，溶液中，c(Na＋)＞c(CH3COO－)＞c(OH－)＞c(CH3COOH)＞c(H＋)。

1．等式关系
(1)电荷守恒
电解质溶液中所有阳离子所带正电荷总数与所有阴离子所带负电荷总数相等。
如：NaHCO3溶液中电荷守恒：
c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HCO)＋c(OH－)＋2c(CO)。
(2)物料守恒
电解质溶液中由于电离或水解因素，离子会发生变化变成其他离子或分子，但离子或分子中某种特定元素原子的总数不变。
如：在NaHCO3溶液中，n(Na)∶n(C)＝1∶1，推出c(Na＋)＝c(HCO)＋c(CO)＋c(H2CO3)。
(3)质子守恒
质子守恒是指电解质溶液中的分子或离子得到或失去的质子的物质的量相等。质子守恒也可根据电荷守恒和物料守恒联合求出。
如：NH4HCO3溶液中H3O＋、H2CO3为得到质子后的产物；NH3·H2O、OH－、CO为失去质子后的产物，故有c(H3O＋)＋c(H2CO3)＝c(NH3·H2O)＋c(OH－)＋c(CO)。
[提醒]　电荷守恒式中不只是各离子浓度的简单相加：如2c(CO)的化学计量数2代表一个CO带有2个负电荷，不可漏掉。
2．不等式关系
溶液类型
典型实例
离子浓度大小规律
多元弱酸溶液
0.1 mol·L－1的H2S溶液中：c(H＋)＞c(HS－)＞c(S2－)
显性离子＞一级电离离子＞二级电离离子
一元弱酸的正盐溶液
0.1 mol·L－1的CH3COONa溶液中：
c(Na＋)＞c(CH3COO－)＞c(OH－)＞c(H＋)
不水解离子＞水解离子＞显性离子＞水电离出的另一离子
二元弱酸的正盐溶液
0.1 mol·L－1的Na2CO3溶液中：c(Na＋)＞c(CO)＞c(OH－)＞c(HCO)＞c(H＋)
不水解离子＞水解离子＞显性离子＞二级水解离子＞水电离出的另一离子
二元弱酸的酸式盐溶液
0.1 mol·L－1的NaHCO3溶液中：
c(Na＋)＞c(HCO)＞c(OH－)＞c(H＋)＞c(CO)
不水解离子＞水解离子＞显性离子＞水电离出的另一离子＞电离得到的酸根离子


1．比较溶液中粒子浓度关系的三大类型
类型一：单一溶液中各离子浓度的比较
①多元弱酸溶液：多元弱酸分步电离，电离程度逐级减弱。如H3PO4溶液中：c(H＋)>c(H2PO)>c(HPO)>c(PO)。
②多元弱酸的正盐溶液：多元弱酸的酸根离子分步水解，水解程度逐级减弱。如在Na2CO3溶液中：c(Na＋)>c(CO)>c(OH－)>c(HCO)。
类型二：混合溶液中各离子浓度的比较
混合溶液要综合分析电离、水解等因素。如在0.1 mol·L－1 NH4Cl溶液和0.1 mol·L－1的氨水混合溶液中，各离子浓度大小的顺序为c(NH)>c(Cl－)>c(OH－)>c(H＋)。
类型三：不同溶液中同一离子浓度的比较
不同溶液要看溶液中其他离子对该离子的影响。
如在相同物质的量浓度的下列溶液中：①NH4Cl；②CH3COONH4；③NH4HSO4，c(NH)由大到小的顺序为③＞①＞②。
2．比较溶液中粒子浓度关系的解题流程

[考法精析]
考法一　单一溶液中粒子浓度关系
1．常温下，浓度均为0.1 mol·L－1的下列溶液中，粒子的物质的量浓度关系正确的是(　　)
A．氨水中，c(NH)＝c(OH－)＝0.1 mol·L－1
B．NH4Cl溶液中，c(NH)＞c(Cl－)
C．Na2SO4溶液中，c(Na＋)＞c(SO)＞c(OH－)＝c(H＋)
D．Na2SO3溶液中，c(Na＋)＝2c(SO)＋c(HSO)＋c(H2SO3)
解析：选C　氨水为弱碱溶液，NH3·H2O只能部分电离出OH－，结合电荷守恒c(NH)＋c(H＋)＝c(OH－)可得：c(NH)＜c(OH－)＜0.1 mol·L－1，A错误；NH4Cl溶液中，NH部分水解，Cl－浓度不变，则溶液中c(NH)＜c(Cl－)，B错误；Na2SO4溶液显中性，c(OH－)＝c(H＋)，结合电荷守恒可得：c(Na＋)＝2c(SO)，溶液中离子浓度大小为c(Na＋)＞c(SO)＞c(OH－)＝c(H＋)，C正确；根据Na2SO3溶液中的物料守恒可得：c(Na＋)＝2c(SO)＋2c(HSO)＋2c(H2SO3)，D错误。
2．室温下，下列溶液中粒子浓度关系正确的是(　　)
A．Na2S溶液：c(Na＋)＞c(HS－)＞c(OH－)＞c(H2S)
B．Na2C2O4溶液：c(OH－)＝c(H＋)＋c(HC2O)＋2c(H2C2O4)
C．Na2CO3溶液：c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(CO)＋c(OH－)
D．CH3COONa和CaCl2混合溶液：c(Na＋)＋c(Ca2＋)＝c(CH3COO－)＋c(CH3COOH)＋2c(Cl－)
解析：选B　由质子守恒可知，Na2S溶液中c(OH－)＝c(H＋)＋c(HS－)＋2c(H2S)，c(OH－)＞c(HS－)，A错误；同理，Na2C2O4溶液中c(OH－)＝c(H＋)＋c(HC2O)＋2c(H2C2O4)，B正确；Na2CO3溶液中的电荷守恒关系式为c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(HCO)＋2c(CO)，C错误；CH3COONa和CaCl2混合溶液，根据物料守恒关系：c(CH3COO－)＋c(CH3COOH)＝c(Na＋)，c(Cl－)＝2c(Ca2＋)，即正确的关系式为c(Na＋)＋2c(Ca2＋)＝c(CH3COO－)＋c(CH3COOH)＋c(Cl－)，D错误。
[归纳总结]
(1)酸式盐溶液的酸碱性主要取决于酸式酸根离子的电离能力和水解能力的相对强弱，如NaHCO3溶液中，HCO的水解能力强于其电离能力，溶液显碱性；而NaHSO3溶液中，HSO的水解能力弱于其电离能力，溶液显酸性。
(2)多元弱酸的强碱正盐溶液：弱酸根离子水解以第一步为主。如硫化钠溶液中，c(Na＋)>c(S2－)>c(OH－)>c(HS－)>c(H＋)。
考法二　混合溶液中粒子浓度关系
3．常温下，将等体积、等物质的量浓度的NH4HCO3与NaCl溶液混合，析出部分NaHCO3晶体，过滤，所得滤液pH<7。下列关于滤液中的离子浓度关系不正确的是(　　)
A．＜1.0×10－7 mol·L－1
B．c(Na＋)＝c(HCO)＋c(CO)＋c(H2CO3)
C．c(H＋)＋c(NH)＝c(OH－)＋c(HCO)＋2c(CO)
D．c(Cl－)＞c(NH)＞c(HCO)＞c(CO)
解析：选C　滤液中溶质的主要成分为NH4Cl和NaHCO3的混合物。滤液pH＜7，则c(H＋)＞1.0×10－7 mol·L－1，常温下KW＝1.0×10－14，所以＜1.0×10－7 mol·L－1，A项正确；由于开始加入等物质的量的NH4HCO3与NaCl，根据物料守恒可知，B项正确；析出NaHCO3后，在滤液中根据电荷守恒得c(H＋)＋c(NH)＋c(Na＋)＝c(OH－)＋c(HCO)＋2c(CO)＋c(Cl－)，因c(Na＋) 4．25 ℃时，在10 mL浓度均为0.1 mol·L－1 NaOH和NH3·H2O混合溶液中，滴加0.1 mol·L－1的盐酸。下列有关溶液中粒子浓度关系正确的是(　　)
A．未加盐酸时：c(OH－)＞c(Na＋)＝c(NH3·H2O)
B．加入10 mL盐酸时：c(NH)＋c(H＋)＝c(OH－)
C．加入盐酸至溶液pH＝7时：c(Cl－)＝c(Na＋)
D．加入20 mL盐酸时：c(Cl－)＝c(NH)＋c(Na＋)
解析：选B　未加盐酸时，NaOH和NH3·H2O混合溶液中，NaOH完全电离，NH3·H2O部分电离，则离子浓度关系为c(OH－)＞c(Na＋)＞c(NH3·H2O)，A错误。加入10 mL盐酸时，盐酸与NaOH恰好完全反应生成NaCl，此时为NaCl和NH3·H2O混合溶液，根据电荷守恒可得c(NH)＋c(H＋)＋c(Na＋)＝c(OH－)＋c(Cl－)，由于NaCl不发生水解，则有c(Cl－)＝c(Na＋)，从而可得c(NH)＋c(H＋)＝c(OH－)，B正确。加入盐酸至溶液pH＝7时，溶液呈中性，则有c(H＋)＝c(OH－)；根据电荷守恒可得c(NH)＋c(Na＋)＝c(Cl－)，C错误。加入20 mL盐酸时，恰好完全反应生成NaCl和NH4Cl，由于NH发生水解而使溶液呈酸性，则有c(H＋)＞c(OH－)；根据电荷守恒可得c(NH)＋c(H＋)＋c(Na＋)＝c(OH－)＋c(Cl－)，从而可得c(Cl－)＞c(NH)＋c(Na＋)，D错误。
[备考方略]

考法三　不同溶液中同一粒子浓度关系比较
5．常温下，电解质溶液的性质与变化是多样的，下列说法正确的是(　　)
A．pH相等的①CH3COONa、②NaClO、③NaOH 三种溶液中c(Na＋)：①＞②＞③
B．向稀氨水中加入蒸馏水，溶液中的值变小
C．pH＝4的H2S溶液与pH＝10的NaOH溶液等体积混合，存在下列等式：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋2c(S2－)
D．Ca(ClO)2溶液中通入少量CO2，ClO－水解程度增大，溶液的碱性增强
解析：选A　由于酸性：CH3COOH＞HClO，则等浓度的CH3COONa和NaClO溶液相比，后者的水解程度大，则pH相等时，c(CH3COONa)＞c(NaClO)，故三种溶液中c(Na＋)：①＞②＞③，A正确。＝＝，温度不变，KW、Kb不变，故的值不变，B错误。pH＝4的H2S溶液与pH＝10的NaOH溶液等体积混合，根据电荷守恒可得c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋2c(S2－)＋c(HS－)，C错误。Ca(ClO)2溶液中通入少量CO2，反应生成CaCO3和HClO，则ClO－水解程度增大，溶液的碱性减弱，D错误。
6．(2019·银川模拟)常温下，下列有关叙述正确的是(　　)
A．0.1 mol·L－1的CH3COOH溶液和0.1 mol·L－1的CH3COONa溶液等体积混合c(CH3COO－)＋c(OH－)＝c(Na＋)＋c(H＋)
B．同浓度的①NH4Cl、②(NH4)2SO4、③NH4HSO4三种溶液中，c(NH)大小顺序为①＝②＞③
C．Na2CO3溶液中，2c(Na＋)＝c(CO)＋c(HCO)＋c(H2CO3)
D．10 mL pH＝12的氢氧化钠溶液中加入pH＝2的HA至pH刚好等于7，所得溶液体积V(总)≥20 mL
解析：选A　0.1 mol·L－1的CH3COOH溶液和0.1 mol·L－1的CH3COONa溶液等体积混合后在溶液中存在电荷守恒，即c(CH3COO－)＋c(OH－)＝c(Na＋)＋c(H＋)，A正确；相同浓度的①、②、③三种溶液，②溶液中c(NH)最大，①和③比较，③酸性最强，NH水解受到的抑制最大，溶液中c(NH)由大到小的顺序排列为②＞③＞①，B错误；在Na2CO3溶液中，物料守恒关系式为c(Na＋)＝2c(CO)＋2c(HCO)＋2c(H2CO3)，C错误；10 mL pH＝12的氢氧化钠溶液中加入pH＝2的HA至pH刚好等于7，如HA为强酸，则V(总)＝20 mL，如HA为弱酸，则V(总)＜20 mL，所得溶液体积V(总)≤20 mL，D错误。
[备考方略]　不同溶液中同种粒子浓度关系

考法四　与图像有关的粒子浓度关系
7．(2017·全国卷Ⅰ)常温下将NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中，混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．Ka2(H2X)的数量级为10－6
B．曲线N表示pH与lg的变化关系
C．NaHX溶液中c(H＋)>c(OH－)
D．当混合溶液呈中性时，c(Na＋)>c(HX－)>c(X2－)>c(OH－)＝c(H＋)
解析：选D　H2X的电离方程式为H2XH＋＋HX－，HX－H＋＋X2－。当＝＝1时，即横坐标为0时，Ka1＝c(H＋)，Ka2＝c′(H＋)，因为Ka1>Ka2，故c(H＋)>c′(H＋)，即pHc(OH－)，C项正确；电荷守恒式为c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(HX－)＋2c(X2－)，中性溶液中存在c(H＋)＝c(OH－)，故有c(Na＋)＝c(HX－)＋2c(X2－)，由C项分析知，c(HX－)＝c(X2－)或c(HX－)>c(X2－)时溶液一定呈酸性，故中性溶液中c(HX－) 8．(2016·天津高考)室温下，用相同浓度的NaOH溶液，分别滴定浓度均为0.1 mol·L－1的三种酸(HA、HB和HD)溶液，滴定曲线如图所示，下列判断错误的是(　　)

A．三种酸的电离常数关系：KHA＞KHB＞KHD
B．滴定至P点时，溶液中：c(B－)＞c(Na＋)＞c(HB)＞c(H＋)＞c(OH－)
C．pH＝7时，三种溶液中：c(A－)＝c(B－)＝c(D－)
D．当中和百分数达100%时，将三种溶液混合后：
c(HA)＋c(HB)＋c(HD)＝c(OH－)－c(H＋)
解析：选C　根据起点pH：HA＜HB＜HD知酸性：HA＞HB＞HD，根据酸性越强，酸的电离常数越大，则KHA＞KHB＞KHD，故A项正确；P点时根据横坐标中和百分数为50%知c(HB)∶c(NaB)＝1∶1，根据纵坐标pH＜7知酸的电离程度大于盐的水解程度，故B项正确；根据电荷守恒c(Na＋)＋c(H＋)＝c(A－)＋c(OH－)和pH＝7知c(Na＋)＝c(A－)，同理c(Na＋)＝c(B－)、c(Na＋)＝c(D－)，根据中和原理知溶液显中性时需要的NaOH的量不同，故c(Na＋)不相同，则c(A－)、c(B－)、c(D－)三者不相同，C项错误；当中和百分数都达到100%时，溶液为NaA、NaB、NaD的混合物，则c(OH－)＝c(HA)＋c(HB)＋c(HD)＋c(H＋)，即c(HA)＋c(HB)＋c(HD)＝c(OH－)－c(H＋)，D项正确。