题目
在H3PO4溶液中加入一定量NaOH溶液后,溶液的pH值=14.00,下列物种中浓度最大的是()。A. H3PO4B. H2PO4-C. HPO42-D. PO43-
在H3PO4溶液中加入一定量NaOH溶液后,溶液的pH值=14.00,下列物种中浓度最大的是()。
A. H3PO4
B. H2PO4-
C. HPO42-
D. PO43-
题目解答
答案
D. PO43-
解析
本题考查弱酸与强碱反应后溶液中主要存在形式的判断,核心在于磷酸的分步离解特性及溶液pH与各离解平衡的关系。关键点如下:
- 磷酸(H₃PO₄)是三元弱酸,分三步离解,对应三个离解常数(Ka₁ > Ka₂ > Ka₃)。
- 强碱(NaOH)完全中和酸,生成不同价态的磷酸盐,最终产物由溶液pH决定。
- pH=14远大于磷酸的第三个pKa(约12.35),此时HPO₄²⁻几乎完全去质子生成PO₄³⁻,成为浓度最大的物种。
磷酸的分步离解
磷酸的离解反应及对应pKa值:
- H₃PO₄ ⇌ H⁺ + H₂PO₄⁻,pKa₁ ≈ 2.15;
- H₂PO₄⁻ ⇌ H⁺ + HPO₄²⁻,pKa₂ ≈ 7.2;
- HPO₄²⁻ ⇌ H⁺ + PO₄³⁻,pKa₃ ≈ 12.35。
pH与物种分布的关系
- pH > pKa₃(14 > 12.35):HPO₄²⁻的去质子化占主导,生成PO₄³⁻。
- 强碱过量:NaOH完全中和H₃PO₄,最终产物为PO₄³⁻,且溶液中OH⁻浓度高,抑制低阶物种(H₂PO₄⁻、HPO₄²⁻)的存在。
选项分析
- A. H₃PO₄:在强碱性条件下已被完全中和,浓度极低。
- B. H₂PO₄⁻:pH > pKa₂时,H₂PO₄⁻主要转化为HPO₄²⁻。
- C. HPO₄²⁻:pH > pKa₃时,HPO₄²⁻进一步转化为PO₄³⁻。
- D. PO₄³⁻:pH远大于pKa₃,最终稳定存在,浓度最大。