Question

12．pC类似pH，是指极稀溶液中，溶质物质的量浓度的常用对数负值．如某溶液溶质的浓度为：1×10^-3mol/L，则该溶液中溶质的pC=-lg1×10^-3=3．图1为H₂CO₃在加入强酸或强碱溶液后，平衡时溶液中三种成分的pC-pH图．请回答下列问题：

（1）在碳酸溶液中，除了存在水的电离平衡，还存在的平衡有：H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-，HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-（用方程式表示）
（2）在pH=12时，溶液中浓度最大的含碳元素离子为CO₃^2-．
（3）H₂CO₃一级电离平衡常数的数值K_a1≈10^-6、二级电离平衡常数的表达式K_a2=$\frac{c（{H}^{+}）×c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$
（4）已知某温度下Li₂CO₃的K_sp为1.68×10^-3，将适量Li₂CO₃固体溶于100mL水中至刚好饱和，饱和Li₂CO₃溶液中c（Li⁺）=0.15mol•L^-1．c（CO₃^2-）=0.075mol•L^-1若t₁时刻在上述体系中加入100mL0.125mol•L^-1 Na₂CO₃ 溶液，列式计算说明是否有沉淀产生．
（5）请画出t₁时刻后Li⁺和CO₃^2-浓度随时间变化的关系图（图2）（用虚线表示Li⁺，实线表示CO₃^2-）．

Answer 1

分析 （1）碳酸属于二元弱酸，在溶液中存在两步电离；
（2）根据图象分析；
（3）pH=6时溶液中c（H₂CO₃）=c（HCO₃^-），结合电离常数表达式计算；根据电离方程式书写；
（4）若t₁时刻在上述体系中加入100mL0.125mol•L^-1 Na₂CO₃溶液，c（Li⁺）=0.075mol/L，c（CO₃^2-）=$\frac{0.1L×0.075mol/L+0.1L×0.125mol/L}{0.2L}$=0.1mol/L，计算Qc，与Li₂CO₃的K_sp比较，可确定是否有沉淀生成；
（5）t₁时刻后，c（Li⁺）=0.075mol/l、c（CO₃^2-）=0.01mol/l，据t₁时刻后Li⁺和CO₃^2-浓度画出图象．

解答 解：（1）碳酸属于二元弱酸，在溶液中存在两步电离，其电离方程式为：H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-，HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-；
故答案为：H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-，HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-；
（2）由图象可知，在pH=12时，溶液中浓度最大的含碳元素离子为CO₃^2-；
故答案为：CO₃^2-；
（3）pH=6时溶液中c（H₂CO₃）=c（HCO₃^-），K_a1=$\frac{c（{H}^{+}）×c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$=c（H⁺）=10^-6；碳酸的第二步电离方程式为HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-，则K_a2=$\frac{c（{H}^{+}）×c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$；

故答案为：10^-6；$\frac{c（{H}^{+}）×c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$；
（4）（4）若t₁时刻在上述体系中加入100mL0.125mol•L^-1 Na₂CO₃溶液，c（Li⁺）=0.075mol/L，c（CO₃^2-）=$\frac{0.1L×0.075mol/L+0.1L×0.125mol/L}{0.2L}$=0.1mol/L，
则Qc=c（CO₃^2-）×c²（Li⁺）=5.6×10^-5＜1.68×10^-3，则没有沉淀生成，
故答案为：c（Li⁺）=0.075mol/l、c（CO₃^2-）=0.01mol/l，Qc=c（CO₃^2-）•c²（Li⁺）=5.6×10^-5＜Ksp，无沉淀；
（5）t₁时刻后，c（Li⁺）=0.075mol/l、c（CO₃^2-）=0.01mol/l，据t₁时刻后Li⁺和CO₃^2-浓度画出图象为，
故答案为：．

点评 本题考查了弱电解质的电离方程式、图象分析、电离平衡常数的求算和表达式、沉淀的溶度积等，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的应用能力和计算能力．