Question

3．現(xiàn)有常溫下的0.1mol•l^-1純堿溶液．
（1）該溶液呈堿性是因?yàn)榇嬖谒�解平衡，相關(guān)離子方程式是：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-．為證明存在上述平衡，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在0.1mol•l^-1純堿溶液中滴加酚酞，溶液顯紅色，再往溶液中滴加BaCl₂或CaCl₂（填化學(xué)式）溶液，紅色逐漸退為無(wú)色，說(shuō)明上述觀點(diǎn)成立．
（2）同學(xué)甲查閱資料得知常溫下0.1mol•L^-1Na₂CO₃中，發(fā)生水解的CO₃^2-不超過(guò)其總量的10%．請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以證明（寫出實(shí)驗(yàn)方案及預(yù)期觀察到的現(xiàn)象）．
答：用pH試紙測(cè)0.1mol/L的Na₂CO₃溶液的pH，pH＜12．
（3）同學(xué)乙就該溶液中粒子濃度關(guān)系寫出五個(gè)關(guān)系式，其中不正確的是DE．（雙選，填序號(hào)）
A．c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-）
B．c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）
C．c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
D．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）=0.1mol•L^-1
E．c（H⁺）+c（Na⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-）
（4）室溫下，pH均為13的Na₂CO₃和NaOH溶液中，水電離產(chǎn)生的c（OH^-）之比=10¹²．
（5）25℃下，CuSO₄溶液中的c（Cu²⁺）為0.020mol/l，如果要生成沉淀，應(yīng)調(diào)整溶液的pH大于5．
（25℃下，Cu（OH）₂ 的 Ksp=2.0×10^-20）

Answer 1

分析 （1）碳酸根離子水解生成氫氧根離子溶液顯堿性，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)有碳酸根離子時(shí)溶液顯堿性，除去碳酸根離子后溶液不顯堿性；
（2）碳酸鈉屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，碳酸根離子水解而使溶液呈堿性，根據(jù)其水解程度確定溶液pH，用pH試紙測(cè)量其pH即可；
（3）根據(jù)電荷守恒、物料守恒和質(zhì)子守恒以及溶液中離子濃度大小比較的方法來(lái)分析；
（4）氫氧化鈉為強(qiáng)堿溶液，氫氧根離子抑制了水的電離，溶液中氫離子是水電離的；碳酸鈉溶液中，碳酸根離子水解促進(jìn)了水的電離，溶液中氫氧根離子為水電離的，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（5）在常溫下如果要生成Cu（OH）₂沉淀，應(yīng)滿足c（Cu²⁺）×c²（OH^-）≥2×10^-20，以此計(jì)算溶液的c（OH^-），可確定溶液的pH．

解答 解：（1）碳酸根離子水解生成氫氧根離子溶液顯堿性，其水解方程式為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)有碳酸根離子時(shí)溶液顯堿性，除去碳酸根離子后溶液不顯堿性，其操作為：取0.1mol/L的純堿溶液少許于試管中，滴入幾滴酚酞，溶液呈紅色，再滴加足量BaCl₂溶液或是氯化鋇溶液，若溶液紅色退去，則證明純堿溶液顯堿性的原因是CO₃^2-水解；
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；BaCl₂或CaCl₂；
（2）常溫下，0.1mol•L^-1的純堿溶液，發(fā)生水解的CO₃^2-離子不超過(guò)其總量的10%，則溶液中c（OH^-）＞0.1mol/L×10%=0.01mol/L，則c（H⁺）＜$\frac{1{0}^{-14}}{0.01}$mol/L=10^-12mol/L，所以溶液的pH＜12，用pH試紙測(cè)量常溫下0.1mol/L碳酸鈉溶液的pH，如果溶液的pH＜12，則證明發(fā)生水解的CO₃^2-離子不超過(guò)其總量的10%，
故答案為：用pH試紙測(cè)0.1mol/L的Na₂CO₃溶液的pH，pH＜12；
（3）A．溶液中直接電離出鈉離子和碳酸根離子，鈉離子濃度大于碳酸根濃度的2倍，所以c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-），故A正確；
B．在碳酸鈉溶液中，碳酸根離子存在水解平衡，水存在微弱的電離，所以c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃），故B正確；
C．溶液中存在質(zhì)子守恒：c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故C正確；
D．根據(jù)物料守恒：c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol•L^-1，故D錯(cuò)誤；
E．溶液中存在電荷守恒：c（H⁺）+c（Na⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-），故E錯(cuò)誤．
故答案為：DE．
（4）25℃時(shí)，pH=13的碳酸鈉溶液中，碳酸根離子水解促進(jìn)了水的電離，溶液中氫氧根離子是水電離的，水電離的氫離子和氫氧根濃度均為：$\frac{1×1{0}^{-14}}{1×1{0}^{-13}}$mol/L=1×10^-1mol/L；pH值等于13的NaOH溶液中，氫氧根離子抑制了水的電離，溶液中氫離子是水電離的，水電離的氫離子和氫氧根濃度均為：1×10^-13mol/L，故Na₂CO₃和NaOH溶液中溶液中水電離產(chǎn)生的c（OH^-）之比10¹²；
故答案為：10¹²；
（5）已知K_sp=2×10^-20，c（Cu²⁺）=0.02mol•L^-1，在常溫下如果要生成Cu（OH）₂沉淀，
則c（Cu²⁺）×c²（OH^-）≥2×10^-20，所以c（OH^-）≥$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-20}}{0.02}}$=10^-9（mol/L），應(yīng)調(diào)節(jié)溶液pH大于5，
故答案為：5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鹽類水解的原理、溶液酸堿性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法、離子濃度大小比較、溶液中的守恒關(guān)系的應(yīng)用、溶度積常數(shù)的有關(guān)計(jì)算等，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，題目難度中等，注意把握溶液中電荷守恒和物料守恒的應(yīng)用，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力．