0.1mol/L NaHCO3溶液的pH值约为( )(已知H2CO3的pKa1=6.38,pKa2=10.25)A. 10.3B. 5.6C. 7.0D. 8.3
0.1mol/L NaHCO3溶液的pH值约为( )(已知H2CO3的pKa1=6.38,pKa2=10.25)
A. 10.3
B. 5.6
C. 7.0
D. 8.3
题目解答
答案
这是一道关于计算两性物质溶液pH值的化学题。
推理过程:
-
分析物质性质:题目要求计算 $0.1\text{mol/L NaHCO}_3$ 溶液的 pH 值。碳酸氢钠($\text{NaHCO}_3$)在水中完全电离产生 $\text{Na}^+$ 和 $\text{HCO}_3^-$。$\text{HCO}_3^-$ 是一种两性物质,它既能发生电离(表现为酸性),也能发生水解(表现为碱性)。
- 电离反应:$\text{HCO}_3^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-}$ (对应碳酸的二级电离常数 $K_{a2}$)
- 水解反应:$\text{HCO}_3^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 + \text{OH}^-$ (对应碳酸的一级电离常数的共轭碱常数 $K_b$)
-
选择计算公式:对于两性物质(如 $\text{HCO}_3^-$)的溶液,当浓度不是极稀时,其溶液的 pH 值可以通过近似公式计算:
$\text{pH} \approx \frac{1}{2}(\text{p}K_{a1} + \text{p}K_{a2})$
这个公式表明,溶液的 pH 值主要取决于该两性物质对应的酸的两个相邻解离常数的 $\text{p}K_a$ 值的平均值。 -
代入数据计算:
已知 $\text{H}_2\text{CO}_3$ 的 $\text{p}K_{a1} = 6.38$,$\text{p}K_{a2} = 10.25$。
将这些数值代入公式:
$\text{pH} \approx \frac{1}{2}(6.38 + 10.25)$
$\text{pH} \approx \frac{1}{2}(16.63)$
$\text{pH} \approx 8.315$ -
对比选项:计算得出的 pH 值约为 8.3。
- A 选项 10.3 接近 $\text{p}K_{a2}$,通常是 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 溶液 pH 的相关数值。
- B 选项 5.6 呈酸性,不符合 $\text{NaHCO}_3$ 溶液呈弱碱性的事实。
- C 选项 7.0 为中性。
- D 选项 8.3 与我们的计算结果一致。
结论:
根据上述计算,$0.1\text{mol/L NaHCO}_3$ 溶液的 pH 值约为 8.3。
因此,正确答案是 D。
解析
本题考查两性物质溶液pH值的计算。解题思路是先判断碳酸氢根离子为两性物质,它既能电离又能水解,然后根据两性物质溶液pH值的近似计算公式进行计算,最后将计算结果与选项进行对比得出答案。
- 判断物质性质:
- 碳酸氢钠($\text{NaHCO}_3$)在水中完全电离产生$\text{Na}^+$和$\text{HCO}_3^-$,$\text{HCO}_3^-$是两性物质,存在电离反应$\text{HCO}_3^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{CO}_3^{2 - }$(对应碳酸的二级电离常数$K_{a2}$)和水解反应$\text{HCO}_3^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 + \text{OH}^-$(对应碳酸的一级电离常数的共轭碱常数$K_b$)。
- 选择计算公式:
- 对于两性物质(如$\text{HCO}_3^-$)的溶液,当浓度不是极稀时,其溶液的pH值可以通过近似公式$\text{pH} \approx \frac{1}{2}(\text{p}K_{a1} + \text{p}K_{a2})$计算。
- 代入数据计算:
- 已知$\text{H}_2\text{CO}_3$的$\text{p}K_{a1} = 6.38$,$\text{p}K_{a2} = 10.25$。
- 将数值代入公式可得:$\text{pH} \approx \frac{1}{2}(6.38 + 10.25)$。
- 先计算括号内的值:$6.38+10.25 = 16.63$。
- 再计算$\frac{1}{2}\times16.63 = 8.315\approx8.3$。
- 对比选项:
- A选项10.3接近$\text{p}K_{a2}$,通常是$\text{Na}_2\text{CO}_3$溶液pH的相关数值。
- B选项5.6呈酸性,不符合$\text{NaHCO}_3$溶液呈弱碱性的事实。
- C选项7.0为中性。
- D选项8.3与计算结果一致。