碳酸钠溶液中各离子浓度比较
碳酸钠(Na₂CO₃)是一种强电解质,在水中完全电离为钠离子(Na⁺)和碳酸根离子(CO₃²⁻)。因此,溶液中初始的Na⁺浓度是CO₃²⁻浓度的两倍。然而,CO₃²⁻会与水发生水解反应:CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻,这导致CO₃²⁻的浓度降低,并产生新的HCO₃⁻和OH⁻离子。同时,生成的HCO₃⁻还能发生二级水解:HCO₃⁻ + H₂O ⇌ H₂CO₃ + OH⁻,但程度远小于一级水解。因此,溶液呈碱性。
离子浓度大小排序及其原因
基于上述分析,碳酸钠溶液中各离子浓度的大小顺序通常为:c(Na⁺) > c(CO₃²⁻) > c(OH⁻) > c(HCO₃⁻) > c(H⁺)。首先,c(Na⁺)最大,因为它不参与水解,且来源于Na₂CO₃的完全电离。其次,尽管CO₃²⁻发生水解,但其水解程度有限,大部分仍以CO₃²⁻形式存在,因此其浓度仅次于Na⁺。c(OH⁻)主要来自CO₃²⁻的一级水解,其浓度大于HCO₃⁻,因为二级水解非常微弱。c(HCO₃⁻)作为一级水解的产物,其浓度小于OH⁻,但远大于c(H⁺)。c(H⁺)在碱性溶液中浓度最小。
这个排序的核心逻辑在于碳酸根的分步水解平衡。水解反应消耗了部分CO₃²⁻,生成了OH⁻和HCO₃⁻,但并未改变Na⁺的“主体”地位。理解这一顺序,有助于深入把握盐类水解的规律及其对溶液离子组成的影响。