等體積等濃度碳酸鈉 碳酸 混合時(shí)恰好發(fā)生如下反應(yīng)：
Na2CO3₃+ CO2₂+ H2O ==== 2NaHCO3
所得溶液正好為₃NaHCO3溶液.
關(guān)于NaHCO3溶液中離子濃度的排序問題一直是電解質(zhì)溶液教學(xué)中不可回避的常見問題之一,經(jīng)常出現(xiàn)在一些試題或試卷中,同時(shí)對這一問題的認(rèn)識在老師之間也存在著較大的差異,通常最常見的觀點(diǎn)有兩種：
1．[Na+]>[HCO3-]>[OH-]>[H+]>[CO32-]
2．[Na+]>[HCO3-]>[OH-]>[CO32-]>[H+]
持觀點(diǎn)為1的老師認(rèn)為：在碳酸氫鈉溶液中每電離1mol HCO3-,便產(chǎn)生1mol CO32-和1mol H+,在這個基礎(chǔ)上在考慮水的電離,而每1mol水的電離便產(chǎn)生1mol H+和1mol OH-因此必有[H+]>[CO32-]；持觀點(diǎn)2的老師認(rèn)為：由于NaHCO3的水解而使溶液呈堿性,而堿性越強(qiáng)則[H+]的值越小,而 [CO32-]的值則會越大,因此必有[CO32-]>[H+]；仔細(xì)分析這兩種觀點(diǎn)可以看出問題的核心是[H+]和[CO32-]的排序問題,對此我們認(rèn)為兩種觀點(diǎn)的分析都有一定的道理,那么那種觀點(diǎn)更符合實(shí)際情況呢?帶著這個問題我們進(jìn)行了如下分析：
一.分析問題的準(zhǔn)備知識：
1.根據(jù)氣體交換動力學(xué),CO2在氣液界面的平衡時(shí)間常需數(shù)日,因此為方便起見,我們把NaHCO3溶液體系看成是封閉體系并加以研究.
2.由于[H2CO3]/[CO2(aq)]=10-3,且CO2(aq)+H2O=H2CO3的速率很小,所以我們把CO2(aq)和H2CO3 兩種物質(zhì)和并成一種假象物質(zhì)H2CO3*,且根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)和有關(guān)資料,在18-25℃時(shí)有：
①Ka1={[H+][HCO3-]/[ H2CO3*]}=10-6.3
②Ka2={[H+][CO32-]/[HCO3-]}=10-10.3
③[H+]={ Ka1(Ka2([HCO3-]+Kw))/(Ka1+[HCO3-])}1/2
④并測得在18℃時(shí),質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%飽和NaHCO3溶液的密度為1.0581g/ml
二.定性及定量分析過程:
1.定性分析過程:從兩種排序情況看主要的區(qū)別是[H+]和[CO32-]的排序問題,不難想象當(dāng)CNaHCO3的濃度很小很小時(shí),水的電離是主要的,此時(shí)應(yīng)有[H+]>[CO32-];但如果是CNaHCO3的濃度很大,此時(shí)溶液堿性較強(qiáng),此時(shí)應(yīng)有[CO32-]>[H+],所以該問題的關(guān)鍵是確定某一濃度,進(jìn)而根據(jù)這一濃度確定[H+]和[CO32-]的排序問題.
2.定量分析過程:
(1)設(shè)[H+]=[CO32-],則由②③可得PH=7.65,進(jìn)一步結(jié)合①②③可得此時(shí)的碳酸氫鈉溶液的濃度,計(jì)算結(jié)果為:
CNaHCO3=10-5mol/l
(2)設(shè)[H+]CNaHCO3>10-5mol/l
(3)設(shè)[H+]>[CO32-],按同(1)的方法計(jì)算,即可得到此時(shí)的碳酸氫鈉溶液的濃度應(yīng)滿足:
010^-5mol/l
因此我們認(rèn)為在一般情況下NaHCO3溶液中離子濃度的大小排為:[Na+]>[HCO3-]>[OH-]>[CO32-]>[H+],更符合實(shí)際情況.