范文一:盐类的水解 离子浓度
盐类的水解
一、盐类的水解的实质 :。
二、影响盐类水解的因素
1、内因:所谓离子的水解能力,即离子结合 H +或 OH — 能力。
⑴水解常数与电离常数的关系。 如 CH 3COONa 水解离子方程式为 CH 3COO — +H2O CH3COOH+OH_; 水解平衡常数表达 式为 Kh= c(CH3COOH)c(OH_)/c(CH3COOH)=c(CH3COOH)c(OH_)c(H+)/c(CH3COOH)c(H+)=kw/Ka(CH3COOH), 即 Kh= kw/Ka, 即离子的水解平衡常数 Kh 与水解后生成酸的电离常数 Ka 成 比。
⑵离子水解后生成的对应酸(或碱)越弱,或对应酸(或碱)的电离平衡常数越 ,该离子水解能力越 。 多元弱酸根水解能力:第一级 第二级 第三级……
已知:Ka (HF) =1.8×10-4; Ka (CH3COOH)=1.8×10-5; Ka (HClO ) = 3.0×10— 8; H 2CO 3Ka 1= 4.3×10— 7; Ka 2=5.6×10— 11; 由此可知酸根水解能力由强到弱顺序是 。
⑶弱酸的酸式盐水解,溶液酸碱性取决于酸根离子的电离能力和水解能力的相对大小
如 NaHSO 3、 NaH 2PO 4等电离能力 水解能力,以 为主,溶液呈 性,
如 NaHCO 3、 Na 2HPO 4、 NaHS 等水解能力 电离能力,以 为主,溶液呈 性,
2、外因:①温度。因水解过程 热,所以升温水解程度 。
②浓度:加水稀释,平衡向 移动,水解程度 ,水解产生的 H +(或 OH -)的浓度 。
③水解显酸性的盐溶液中加入碱, 水解,加入酸, 水解。水解显碱性的盐同理。
④水解同性的两种离子相互 水解; 水解异性的两种离子相互 水解。 如 Fe 3+和 Al 3+遇弱酸根离子 (HCO 3 CO 3 2— ClO — AlO 2— HS— S 2— 等)使水解反应彻底而不能大量共存。
例:均为 0.1mol/L的下列各溶液中 a.NH 4Cl , b.CH 3COONH 4, c.NH 4HSO 4、 d.NH 4 Fe(SO 4) 2、 e.NH 4HCO 3中
c (NH4+) 由大到小的顺序是 。
三、速写盐水解离子方程式:弱离子 + H2O 弱酸(弱碱) + OH- (H+)
注⑴多元弱酸根分步水解,只写第一步;⑵除铵盐外多数弱离子双水解不可逆。
四、与盐类水解有关的应用实例
⑴ 明矾 [(KAl(SO4) 2·12H 2O )和铁盐的净水作用:Al 3++3H2O Al(OH)3(胶体) +3H+
⑵ 热碳酸钠溶液的洗涤力 。
⑶将氯化铁饱和溶液滴入沸水中制备 。
⑷某些活泼金属与强酸弱碱盐溶液反应时,如镁条插入 CuSO 4、氯化铵等溶液中产生 。
⑸ 蒸发挥发性酸的弱碱盐,如蒸发 AlCl 3、 MgCl 2、 FeCl 3、硝酸铁等溶液得到的不是该盐的晶体而是 。 ⑹ 焊接时可用氯化锌、氯化铵溶液呈酸性除去 。
⑺ 配制某些易水解的盐溶液时,如铁盐、铝盐、铜盐等溶液时用 水且需加少量 。
⑻酸性盐与碱性盐溶液混合,要考虑相互促进水解,如泡沐灭火器原理(明矾与碳酸氢钠溶液混合)
⑼草木灰(含 K 2CO 3)不能与铵态氮肥、过磷酸钙 [Ca(H2PO 4) 2]相混用。
⑽某些试剂的实验室贮存要考虑盐的水解。如贮存 Na 2CO 3、 Na 2S 、 NH 4F 溶液不能用 塞。
1.下列过程或现象与盐类水解无关的是
A 纯碱溶液去油污 B 铁在潮湿的环境下生锈 C 加热氯化铁溶液颜色变深 D 浓硫化钠溶液有臭味
2、在蒸发皿中加热蒸干并灼烧下列物质的溶液,可以得到该物质的固体的是 ( )
A. AlCl3 B. NaHCO3C . MgSO4 D. KMnO4
3、分析:⑴ CH 3COONH 4和 NaCl 溶液均呈中性的原因。⑵向等体积的 CH 3COONH 4和 NaCl 溶液中分别滴入少量 (等量 ) 盐酸或 NaOH ,溶液 , 溶液的 PH 值变化是否相同?为什么?
1
溶液中微粒浓度之间的关系及大小比较
一、溶液中的三个守恒规律 (以 NaHCO 3溶液为例)
1、电荷守恒:溶液中阳离子所带的正电荷总数 =阴离子所带的负电荷总数
2、物料守恒:某一组分的起始浓度 =它在溶液中各种存在形式的浓度之和
3、质子守恒:获得的质子总数 =失去的质子总数
一般形式为:C(H+)+ nC(获得质子后的物质) = nC(失去质子后的物质 )
二、离子浓度大小比较题型归类解析
总体思路:①分析溶液中的微粒种类, ②分析这些微粒的水解和电离情况, ③如果比较大小用电离和水解分 析, ③相等关系用三个守恒分析。 (质子守恒可以不用时不用)
类型一、溶质单一型
例 2:在 NaHS 溶液中粒子浓度大小的顺序为 :
例 3:在 0.1mol ·L 1Na 2CO 3溶液中,下列关系正确的是 ( ) 。
A . C(Na+) =2C(CO32-) B . C(OH-) =2C(H+) C . C(HCO3-) >C(H2CO 3) D . C(Na+)=2C(CO32-) +2C(HCO3-)
类型二、酸碱中和型
1. 恰好中和型 (相当于溶质单一型)
例 4 等体积等浓度 MOH 强碱溶液和 HA 弱酸溶液混合后,混合液中有关离子的浓度应满足的关系是 ( )
A . C(M+) >C(OH-) >C(A-) >C(H+) B. C(M+) >C(A-) >C(H+) >C(OH-)
C . C(M+) >C(A-) >C(OH-) >C(H+) D. C(M+) +C(H+) =C(A-) +C(OH-)
2.pH 等于 7型 (注:是否等同于恰好中和型?)
例 5 常温下,将甲酸和氢氧化钠溶液混合,所得溶液 pH=7,则此溶液中 ( )。
A . C(HCOO-) >C(Na+) B. C(HCOO-)
3. 反应过量型
例 6 0.02mol ·L-1CH 3COOH 溶液和 0.01mol·L-1NaOH 溶液以等体积混合,则溶液中粒子浓度关系正确的为 ( ) A . C(CH3COO -) >C(Na+) B. C(CH3COOH) >C(CH3COO -)
C . 2C(H+) =C(CH3COO -) -C(CH3COOH) D . C(CH3COOH) +C(CH3COO -) =0.01mol·L-1
思路:①先判断酸和碱谁过量,②计算反应后生成盐和过量酸酸 (碱 ) 的浓度,③比较水解和电离相对强弱,忽 略弱者。 (注:无特别暗示时,常见弱酸或碱的电离能力大于其对应盐离子的水解能力)
例 7. 将 0.2mol ·L-1HCN 溶液和 0.1mol ·L-1的 NaOH 溶液等体积混合后溶液显碱性, 下列关系式正确的是 ( ) A . C(HCN) 例 8. 将 0.1mol·L-1的醋酸钠溶液 20mL 与 0.1mol·L-1盐酸 10mL 混合, 则溶液中粒子浓度关系正确的是 ( ) A . C(CH3COO -) >C(Cl-) >C(H+) >C(CH3COOH) B . C(CH3COO -) >C(Cl-) >C(CH3COOH) >C(H+) C . C(CH3COO -) =C(Cl-) >C(H+) >C(CH3COOH) D . C(Na+) +C(H+) =C(CH3COO -) +C(Cl-) +C(OH-) 思路:盐与酸 (碱 ) 反应后,溶液中也生成新盐和新酸 (碱 ) ,所以解题思路与反应过量型相似 2 1.草酸是二元弱酸,草酸氢钾溶液呈酸性。在 0.1mol ·L -1 KHC 2O 4溶液中,下列关系正确的() A . c(K+)+c(H+)=c(HC2O 4— )+c(OH— )+c(C2O 42-) B. c(HC2O 4-)+c(C2O 42-)=0.1 mol·L -1 C . c(C2O 42— )>c(H2C 2O 4) D . c(K+)=c(H2C 2O 4)+c(HC2O 4-)+c(C2O 42— ) 2.已知 0.1mol ·L -1的二元酸 H 2A 溶液的 pH=4.0,则下列说法中正确的是() A .在 Na 2A 、 NaHA 两溶液中,离子种类不相同 B .在溶质物质的量相等的 Na 2A 、 NaHA 两溶液中,阴离子总数相等 C .在 NaHA 溶液中一定有:c(Na-)+c(H-)=c(HA+)+c(OH-)+2c(A2) D .在 Na 2A 溶液中一定有:c(Na+)>c(A2-)> c(H+)>c(OH-) 3.把 0.02mol/LHAc溶液和 0.01mol/LNaOH溶液以等体积混和,则混合液中微粒浓度关系正确的为 () (A) C(AC-) >C(Na+) (B) C(HAc)>C(Ac-) (C)2C(H+)=C(Ac-)-C(HAc) (D)C(HAc)+C(Ac-)=0.01mol/L 4.设氨水的 pH =x ,盐酸的 pH =y ,已知 x+y=14。两溶液等体积混合所得溶液中各离子浓度由大到小的顺序是 A.c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-) B.c(NH4+)>c(Cl-)>c(H+)>c(OH-) C .c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+) D.c(Cl-)>c(NH4+)>c(OH-)>c(H+) 5.常温下实验测得 0.lmol/L 某一元酸 HA溶液的 pH值≠ 1,0.lmol /L 某一元碱 BOH溶液里 c( H+) /c( OH- ) =10-12. 将此两种溶液等体积混合后所得溶液中各离子浓度间关系正确的是() A . c(A-) >c(B+) >c(H+) >c( OH- ) B. c(B+) >c(A-) >c( OH- ) >c(H+) C . c(A-)=c(B+) >c(H+)=c( OH- ) D . c(B+)+ c(H+)=c(A-)+c( OH- ) 6.一元酸 HA, 一元碱 MOH. 两者以等体积等浓度混合 , 下列说法一定正确的是() A. c(A-) ≥ c(M+) B. c(M+) ≥ c(A-) C. 若 MA 不水解,则 c(OH-) =c(H+) D. 若 MA 水解,则 c(OH-) ≥ c(H+) 7、已知某溶液中只存在 OH – 、 Cl – 、 NH 4+、 H +四种离子,该溶液中各离子浓度大小顺序可能有如下四种关系:① c(Cl – )>c (NH 4+)>c (H +)>c (OH – ) ② c(Cl – )>c (NH 4+)>c (OH – )>c (H +) ③ c(NH 4+)>c (Cl – )>c (OH – )>c (H +) ④ c(Cl – )>c (H +)>c (NH 4+)>c (OH – ) (1) 若溶液中只溶解了一种溶质, 该溶质的名称是 , 上述离子浓度大小顺序关系中正确的是 。 (2)若上述关系中③ 是正确的,则溶液中溶质的化学式是 ;若上述关系中④ 是正确的,则溶液 中溶质的化学式是 . (3)若溶液由体积相等的稀盐酸和氨水混合而成,且恰好呈中性,则混合前 c (H Cl ) c (NH 3·H 2O ) (填 写 “ >、<或=” ,下同)="" ,混合前盐酸中="" c="" (h="" +)和氨水中="" c="" (oh="" –="" )的关系:c="" (h="" +)="" c="" (oh="" –="" )="">或=”> 8. 某二元酸(简写成 H 2A )溶液, 已知相同浓度时的电离度 α(H2A)>α(HA-) ,设有下列四种溶液: A .0.01mol/L H2A B.0.01mol/LNaHA C.0.02mol/LHCl与 0.04mol/LNaHA等体积混合液 D. 0.02mol/LNaOH与 0.02mol/LNaHA等体积混合液 据此,填写下列空白(填代号) ① c (H+) 最大的是 ,最小的是 。 ② c (H2A) 最大的是 ,最小的是 。 ③ c (A2-) 最大的是 ,最小的是 。 3 一元酸与一元碱混合,溶液中四种离子浓度大小关系 例:盐酸与氨水混合溶液中离子浓度的关系 分析:无论什么情况,混合溶液中总是存在 种离子,其电荷守恒式: c(NH4+)+ c(H+) =c(OH-)+ c(Cl-) 中性两相等,阴阳对称列;酸过 OH -末,酸增 H + 过;碱过 H +末,碱增 OH -过。 4 水中镉、铅、铬离子的检测 一、 镉与铅离子的测定 1.实验方案 : 原子吸收分光光度法(AAs) 2.原理:将含待测元素的溶液通过原子化系统喷成细雾,随载气进入火焰,并在火焰中解离成基态原子,当相应离子空心阴极灯辐射出待测元素特征波长光通过火焰时,被其吸收,在一定条件下,特征波长光强的变化与火焰中待测元素基态原子的浓度有定量关系,也符合朗伯-比尔定律,即:A = K× C,则吸光度与待测离子浓度C成正比。 3.分析条件的选择 1> 灯的工作电流,测定最灵敏的吸收线,狭缝宽度等最佳工作条件。 2> 选择试样的溶解方法和稀释倍数,并作标准加入的回收试验,已确定试样中是否有干扰,以便选择适当的方法控制和消除干扰。 4.实验内容 1)标准曲线法:配制相同基体的含有不同浓度待测元素的系列标准溶液,分别测其吸光度,绘制标准曲线,在同样操作条件下,测定试样溶液的吸光度,从标准曲线上查得浓度。 2)标准加入法:取若干(不少于4份)体积相同的试样溶液,从第二份开始依次加入不同等份量的待测元素的标准溶液(如10、20、40μg),然后用蒸馏水稀释至相同体积后摇匀。在相同的实验条件下依次测得各溶液的吸光度为Ax、A1、A2、A3。以吸光度A为纵坐标,以加入标准溶液的量(浓度、体积、绝对含量)为横坐标,作出A-C曲线(不过原点),外延曲线与横坐标相交于一点Cx,此点与原点的距离,即为所测试样溶液中待测元素的含量。 注:当直接测量是灵敏达不到要求时可采用萃取富集测定法。 二 、铬的测定 1.实验方案 :二苯碳酰二肼分光光度法(适用于铬含量较少时) 2.原理:在酸性介质中,六价铬与二苯碳酰二肼(DPC)反应,生成紫红色络合物,于540nm处进行比色测定。本方法最低检出浓度为0.004mg/L,使用10mm比色皿,测定上限为1mg/L。 3.实验试剂: 3%高锰酸钾;2%亚硝酸钠;20%尿素溶液;9mol/L硫酸溶液;7.5%磷酸溶液;0.2%氢氧化钠;5%铜铁试剂 4.水样的预处理: 1)一般清洁水样可直接用高锰酸钾氧化后测定。 2)对含有大量有机物的水样,需进行如下消化处理:取适量水样置于150ml烧杯中,加入5ml硝酸和3ml硫酸,加热至冒白烟。如果溶液仍有颜色,再加入5ml硝酸,重复上述操作至溶液清澈,冷却,用水稀释至10ml,用氨水中和溶液的pH至1-2,移入50ml容量瓶中,定标,混匀,供测量。 5.实验内容 1)标准曲线的绘制(同上) 2)总铬的测定 在酸性溶液中,首先将水样中的三价铬氧化成六价铬,过量的高锰酸钾用亚硝酸钠分解,过量的亚硝酸钠用尿素分解,然后,加入二苯碳酰二肼显色,于540nm处比色测定在标准曲线上读出铬的含量。 注: 硫酸亚铁铵滴定法 原理:适用于总铬浓度大于1mg/L的废水,在酸性介质中,以银盐作催化剂,用过硫酸 铵将三价铬氧化成六价铬,加少量氯化钠并煮沸,除去过量的过硫酸铵和反应中产生的氯气,以苯基代邻氨基苯甲酸作指示剂,用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至溶液呈亮绿色。根据硫酸亚铁铵溶液的浓度和进行试剂空白校正后的用量,可以计算出水样中总铬的含量。 《化学反应原理》专题三 盐类的水解 离子浓度大小比较 课时重点难点:离子浓度大小比较 巩固练习: 1. 20 mL 1 mol / L醋酸溶液跟40 mL 0.5 mol / L氢氧化钠溶液相混合,所得溶液中离子浓度由大到小的顺序是(Ac-代表醋酸根离子) A. c (Na +)>c (Ac -)>c (OH -)>c (H +) B. c (Na +)=c (Ac -),c (Ac -)>c (OH -)>c (H +) C. c (Na +)>c (OH -)>c (Ac -)>c (H +) D. c (Na +)>c (OH -)>c (H +)>c (Ac -) 2.将0.2 mol / L CH3COOK 与0.1 mol / L盐酸等体积混合后,溶液中下列微粒的物质的量浓度的关系正确的是 A. c (CH 3COO ) = c (Cl ) = c (H +) > c (CH 3COOH ) -- B. c (CH 3COO ) = c (Cl ) > c (CH 3COOH ) > c (H +) -- C. c (CH 3COO ) > c (Cl ) > c (H +) > c (CH 3COOH ) -- D. c (CH 3COO ) > c (Cl ) > c (CH 3COOH ) > c (H +) -- 3.将20 mL 0.1 mol / L的醋酸与24 mL 0.1 mol / L的氢氧化钠混合后,溶液中各离子摩尔浓度由大到小的顺序是 A. c (Na +)>c (CH 3COO -)>c (H +)>c (OH -) B. c (Na +)>c (CH 3COO -)>c (OH -)>c (H +) C. c (OH -)>c (Na+)>c (H +)>c (CH 3COO -) D. c (Na +)>c (OH -)>c (H +)>c (CH 3COO -) 4.在氯化铵溶液中,下列关系式正确的是 +++ A. c (Cl )>c (NH +4)>c (H )>c (OH ) B. c (NH 4)>c (Cl )>c (H )>c (OH ) ---- +++ C. c (Cl )=c (NH +4)>c (H )=c (OH ) D. c (NH 4)=c (Cl )>c (H )>c (OH ) ---- 5.明矾溶液中各种离子的物质的量浓度大小关系能够确定的是 A . c (K )>c (Al 3+) B . c (K )=c (Al 3+) C . c (H )=c (OH -) D . c (Al 3+)c (CH 3COO )>c (OH )>c (H +) -- B. c (Na +)>c (CH 3COO )>c (H +)>c (OH ) -- C. c (Na +)>c (CH 3COO )>c (H +)=c (OH ) -- D. c (Na +)=c (CH 3COO )>c (OH )>c (H +) -- 7.将pH =3的盐酸溶液和pH =11的氨水等体积混合后,溶液中离子浓度关系正确的是 +++ A. c (NH +4)>c (Cl )>c (H )>c (OH ) B. c (NH 4)>c (Cl )>c (OH )>c (H ) ---- +++ C. c (Cl )>c (NH +4)>c (H )>c (OH ) D. c (Cl )>c (NH 4)>c (OH )>c (H ) ---- 8.物质的量浓度相同的下列溶液中,NH +4最大的是 A. NH4Cl B. NH4HSO 4 C. CH3COONH 4 D. NH4HCO 3 9.在物质的浓度均为0.01 mol / L的CH 3COOH 和CH 3COONa 的混合液中,测得c (CH 3COO )>c (Na +),- 则下列关系式正确的是 A. c (H +)>c (OH } B. c (H +)c (CH 3COO ) D. c (CH 3COOH )+c (CH 3COO )=0.02 mol / L 10. 0.1 mol·L 1 NaOH和0.1 mol·L 1 NH4Cl 溶液等体积混合后,离子浓度大小正确的次序是 ---- A. c (Na +)>c (Cl )>c (OH )>c (H +) B. c (Na +)=c (Cl )>c (OH )>c (H +) ---- C. c (Na +)=c (Cl )>c (H +)>c (OH ) D. c (Cl )>c (Na +)>c (OH )>c (H +) ---- 11.将0.1 mol下列物质置于1 L水中充分搅拌后,溶液中阴离子数最多的是 A. KCl B. Mg(OH)2 C. Na2CO 3 D. MgSO4 12.将100 mL 0.1 mol / L的BaCl 2溶液加入到100 mL 0.2 mol / L的H 2SO 4溶液中,则溶液中存在的离 子浓度关系是 -) B . c (Cl -)>c (H +)>c (-)>c (Ba 2+) A . c (H +)>c (Cl -)>c (Ba 2+)>c (SO 2SO 244 -)>c (Ba 2+)>c (Cl -) D . c (Cl -)>c (H +)>c (Ba 2+)>c (-) C . c (H +)>c (SO 2SO 244 13.等体积、等浓度的MOH 强碱溶液和HA 弱酸溶液混合后,混合液中有关离子的浓度应满足的关 系是 A. c (M +)>c (OH )>c (A )>c (H ) B. c (M +)>c (A )>c (H )>c (OH ) --+-+- C. c (M +)>c (A )>c (OH )>c (H ) D. c (M +)+c (H )=c (A )+c (OH ) --++-- 14.有五瓶溶液分别是:① 10 mL 0.60 mol·L -1 NaOH 水溶液,② 20 mL 0.50 mol·L -1 H 2SO 4水溶液, ③ 30 mL 0.40 mol·L -1 HCl 水溶液,④ 40 mL 0.30 mol·L -1 HAc 水溶液,⑤ 50 mL 0.20 mol·L -1 蔗 糖水溶液。以上各瓶溶液所含离子、分子总数的大小顺序是 ....... A. ①>②>③>④>⑤ B. ②>①>③>④>⑤ C. ②>③>④>①>⑤ D. ⑤>④>③>②>① 15.把0.02 mol / L HAc溶液和0.01 mol / L NaOH溶液以等体积混合,则混合液中粒子浓度关系正确 的为 A . c (Ac-) >c (Na+) B . c (HAc)>c (Ac-) C . 2c (H+) =c (Ac-) -c (HAc) D . c (HAc)+c (Ac-) =0.01 mol / L 16.在甲酸溶液中加入一定量NaOH 溶液,恰好完全反应,对于生成的溶液,下列判断一定正确的是 A . c (HCOO -)c (Na +) C . c (OH -)>c (HCOO -) D . c (OH -)c (HCOO -)>c (OH -)>c (H +) B . c (HCOO -)>c (Na +)>c (OH -)>c (H +) C . c (HCOO -)=c (Na +)>c (H +)=c (OH -) D . c (Na +)=c (HCOO -)>c (OH -)>c (H +) 18.等物质的量浓度的下列溶液中,NH +4离子的浓度最大的是 A . NH4Cl B . NH4HCO 3 C . NH4HSO 4 D . NH4NO 3 19.在 0.1 mol / L Na2CO 3溶液中,下列关系正确的是 2-A .c (Na+) = 2c (CO 3) B .c (OH) = 2 c(H+) - -2--C .c (HCO 3) >c (H2CO 3) D .c (Na+) c (Cl) >c (H) >c (HAc) B. c (Ac) >c (Cl) >c (HAc)>c (H) C. c (Ac) =c (Cl) >c (H) >c (HAc) D. c (Na) +c (H) =c (Ac) +c (Cl) +c (OH) 21.在常温下10 mL pH=10的KOH 溶液中,加人pH =4的一元酸HA 溶液至pH 刚好等于7(假设 反应前后体积不变),则对反应后溶液的叙述正确的是 A. c (A )=c (K ) B. c (H )=c (OH )c (OH )>c (NH +4)>c (Ba ) -+ -B . c (NO 3)>c (Ba 2)>c (OH )>c (NH +4) +- -C . c (Ba 2)>c (NO 3)>c (OH )>c (NH +4) +- -D . c (NO 3)>c (Ba 2)>c (NH +4)>c (OH ) +- 23.将0.2 mol·L -1 HCN 溶液和0.1 mol·L -1的NaOH 溶液等体积混合后,溶液显碱性,下列关系式中 正确的是 A . c (HCN )c (CN ) C . c (HCN )-c (CN )=c (OH ) D . c (HCN )+c (CN )=0.1 mol·L 1 -----+- 24.将0.2 mol·L -1 HCN 溶液和0.1 mol·L -1的NaOH 溶液等体积混合后,溶液显碱性,下列关系式中 正确的是 A . c (HCN )c (CN ) C . c (HCN )-c (CN )=c (OH ) D . c (HCN )+c (CN )=0.1 mol·L 1 -----+- 25.在10 mL 0.1 mol·L -1 NaOH 溶液中加入同体积、同浓度的HAc 溶液,反应后溶液中各粒子的浓度 关系错误的是 A . c (Na )>c (Ac )>c (H )>c (OH ) B . c (Na )>c (Ac )>c (OH )>c (H ) C . c (Na )=c (Ac )>c (HAc ) D . c (Na )+c (H )=c (Ac )+c (OH ) 26.已知0.1 mol·L -1+-++--+--++-+-的二元酸H 2A 溶液的pH =4.0,则下列说法中正确的是 A. 在Na 2A 、NaHA 两溶液中,离子种类不相同 B. 在溶质物质的量相等的Na 2A 、NaHA 两溶液中,阴离子总数相等 C. 在NaHA 溶液中一定有:c (Na +)+c (H +)=c (HA )+c (OH )+2 c(A 2) --- D. 在Na 2A 溶液中一定有:c (Na +)>c (A 2)>c (H +)>c (OH ) -- 27.下列说法正确的是 A . pH=2与pH =1的硝酸中c (H+) 之比为1∶10 2-B . Na2CO 3溶液中c (Na+) 与c (CO 3) 之比为2∶1 C . 0.2 mol / L与0.1 mol / L醋酸中c (H+) 之比为2∶1 D . NO2溶于水时,被氧化的n (NO2) 与被还原的n (NO2) 之比为3∶1 28.草酸是二元弱酸,草酸氢钾溶液呈酸性,在0.1 mol / L KHC2O 4溶液中,下列关系正确的是 -2-A . c (K +)+c (H +)=c (HC 2O - 4)+c (OH )+c (C 2O 4) 2-B . c (HC 2O - 4)+c (C 2O 4)=0.1 mol / L 2-C . c (HC 2O - 4)>c (C 2O 4) 2-D . c (K +)=c (H 2C 2O 4)+c (HC 2O - 4)+c (C 2O 4) 29.将标准状况下的2.24 L CO2通入150 mL 1mol / LNaOH溶液中,下列说法正确的是 -2-A. c (HCO 3)略大于c (CO 3) B. 能使酸性高锰酸钾溶液褪色 2--C. c (Na +)等于c (CO 3)与c (HCO 3)之和 -2-D. c (HCO 3)略小于c (CO 3) 30.下列混合溶液中,各离子浓度的大小顺序正确的是 A. 10 mL 0.1 mol / L氨水与10 mL 0.1 mol / L盐酸混合, -+c (Cl -)>c (NH +4)>c (OH )>c (H ) B. 10 mL 0.1 mol / L NH4Cl 溶液与5 mL 0.2 mol / L NaOH溶液混合, c (Na +)=c (Cl -)>c (OH -)>c (H +) C. 10 mL 0.1 mol / L CH3COOH 溶液与5 mL 0.2 mol / L NaOH溶液混合, c (Na +)=c (CH 3COO -)>c (OH -)>c (H +) D. 10 mL 0.5 mol / L CH3COONa 溶液与6 mL 1 mol / L盐酸混合, c (Cl -)>c (Na +)>c (OH -)>c (H +) 水解离子方程式的书写 水解离子方程式的书写是高考的重要考点,重现率接近100%,既是教学的重点又是教学的难点。下面笔者介绍三种方法以求攻破水解离子方程式的书写这一教学难点,进而掌握重点。 一、 逆向书写法 因为水解反应是中和反应的逆反应,所以我们可以先写出相应中和反应的离子方程式,然后逆向书写过来,同时等号变成可逆号即可。该法优点一是以旧引新,新旧知识联系紧密,便于学生下手;二是便于学生理解“根据中和反应中酸碱的相对强弱对盐进行分类,从而把盐分成强酸强碱盐、弱酸弱碱盐、强酸弱碱盐、强碱弱酸盐”的原理等。例如CH3COONa.其对应中和反应的离子方程式为:CH3COOH+OH-=CH3COO-+H2O则把等号变成可逆号,逆向书写过来即可:CH3COO-+H2O 二、 口诀法 可逆符号画板正,分列两边写方程; 左边有弱可水解,右边示强能显性; 左边加水右添弱,原子电荷两守恒; 规范书写来答题,能得高分尽欢情。 例如FeCl3 1、画可逆号 CH3COOH +OH- 2、可逆号左边写弱碱的阳离子Fe3+和H2O;右边写出弱电解质Fe(OH)3和显性离子H+. 3、根据原子守恒和电子守恒配平方程式 4、规范书写:Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+. 该法的优点是省去了中和反应离子方程书写的麻烦,按部就班,一气呵成,不易出错。其前提是学习者必须正确无误的判断出发生水解的离子和显性离子。 三、通式法 当学者对盐的水解有了刻骨铭心的理解之后,可以按照下面两个通式直接写出相应的水解离子方程式:简明快捷,一步到位 1、 强酸弱碱盐水解通式 Bm++mH2O B(OH)m + mH+ (m=1、2、3) 2、强碱弱酸盐水解通式 An-+H2O HA(n-1)- +OH- (n=1、2、3) 例如Na2CO3。为强碱弱酸盐,利用通式2,把An-换成CO32-;HA(n-1)-换成H CO3-,其水解的离子方程式为: CO32-+H2O H CO3- +OH- 练习:试写出下列盐的水解离子方程式 1、 明矾、蓝矾、小苏打、草木灰 2、 Na2S Na2SO3 Na3PO4 C6H6ONa 3、 泡沫灭火剂的原理; 第30卷 第4期 Vol. 30 No. 4 文章编号: 0253-9837(2009)04-0279-05 催 化 学 报 Chinese Journal of Catalysis 2009年4月 April2009 研究论文: 279~283 酸性离子液中纤维素的水解 姜 锋, 马 丁, 包信和 中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室, 辽宁大连 116023 摘要:以离子液 1-丁基-3-甲基咪唑氯为纤维素溶剂, 酸性离子液 1-磺酸丁基-3-甲基咪唑氯为催化剂进行了纤维素水解反应. 通过筛选, 找到了合适的离子液共溶剂二甲基甲酰胺可降低纤维素-离子液体系的黏度. 分别考察了催化剂用量和水含量对纤维素水解的影响, 同时研究了高聚合度的滤纸及棉花的水解行为. 应用二硝基水杨酸法测得水解体系中还原糖的浓度, 进而求得反应过程中还原糖的收率. 结果表明, 在酸性离子液中水解纤维素是完全可行的, 最高可达到 95%的还原糖收率. 关键词:纤维素; 水解; 离子液; 酸性离子液; 总还原糖 中图分类号:O643 文献标识码:A Acid Ionic Liquid Catalyzed Hydrolysis of Cellulose JIANG Feng, MA Ding*, BAO Xinhe State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinses Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China Abstract: The hydrolysis of cellulose in acid ionic liquids was investigated systematically. Ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium chlo-ride was used as the solvent of cellulose, and acid ionic liquid 1-butyl sulfonic acid-3-methylimidazolium chloride was used as the catalyst. A proper co-solvent dimethylformamide was selected to reduce the viscosity of the cellulose-ionic liquid system. The effects of acid ionic liq-uid content and water content in the system were also investigated. Filter paper and cotton were used as substrates for the hydrolysis reaction. The dinitrosalicylic acid (DNS) method was employed to monitor the whole hydrolysis process. It was proved that this novel hydrolysis process is totally feasible, and the total reducing sugar yield is up to 95%. Key words: cellulose; hydrolysis; ionic liquid; acid ionic liquid; total reducing sugar 化石能源是目前人类消费的主要能源, 但一个多世纪的高强度开采与消费使这些不可再生能源渐趋枯竭. 另一方面, 无节制地使用化石能源, 造成了温室效应和酸雨等异常气候现象, 严重威胁着人类的生存环境. 面对能源与环境的双重压力, 人类急需寻找一种绿色环保的可再生能源. 近年来, 各大能源消费国竞相寻求能够替代石油的新能源. 美国和欧洲不约而同地选择了生物燃料作为主要的运输替代燃料. 但是目前主要以粮食作物为原料的生物柴油和燃料乙醇, 从长远来看具有规模限制和不可持续性. 因此, 在整个生物燃料领域, 最吸引人的并不是用蔗糖和玉米生产乙醇, 或是从油菜籽中提炼生物柴油, 而是利用自然界中最具 资源优势的纤维素来生产乙醇, 即第二代燃料乙醇. 传统的纤维素水解方法都有各自的弊端, 到目 而找到一种绿色前为止还没有真正实现工业化[1~7]. 环保的溶剂, 通过均相水解才是解决纤维素水解难1-题的关键. 2002 年, Rogers 等[8,9]首先发现离子液 丁基-3-甲基咪唑氯([bmim]Cl)可溶解纤维素, 这为纤维素的均相水解创造了条件. 至今已合成出十几 [10~15] , 并且溶解性能越种能够溶解纤维素的离子液 来越强, 可以在更低的温度下溶解更多的纤维素. 为溶剂, 溶解了 8%2007 年, Li 等[16]以[bmim]Cl 的微晶纤维, 以硫酸、盐酸和磷酸等无机酸为催化剂在短时间内就实现了纤维素的水解, 总还原糖收率及葡萄糖收率分别达到 77%和 43%. 最近该研究组 收稿日期: 2009-01-21. 联系人: 马 丁. Tel: (0411)84379253; E-mail: dma@dicp.ac.cn. 基金来源: 中国科学院方向性项目(KJCX2.YW.H16). 280 催 化 学 报 第30卷 又以秸秆和甘蔗渣等未经处理的生物质替代微晶纤维进行水解[17], 也取得了较高的转化率. 但由于该体系依然采用无机酸作为催化剂, 仍然避免不了对环境的污染. 本文选择了一种新型的溶剂-离子液体系作为纤维素的溶剂, 以官能化的酸性离子液作为催化剂 [18,19] , 替代现有的水解体系, 从而实现了纤维素的绿 色均相水解. 1 实验部分 1.1 离子液共溶剂的筛选 分别取 1 g 离子液 [bmim]Cl 置于 11 支试管中, 加入正己烷、四氯化碳、甲苯、四氢呋喃、水、乙醇、异丙醇、乙腈、丙酮、二甲基亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)各 0.25 g, 充分振荡. 初步筛选出能与离子液互溶的溶剂. 分别称取 8 g [bmim]Cl 置于烧瓶中, 在 100 oC 油浴中磁力搅拌. 量取 2 ml 上述初选溶剂, 同温搅拌至两者混为一相. 再称取 0.4 g 预先处理好的微晶纤维, 分多次倒入烧瓶中, 继续搅拌 24 h, 从中筛选出不 影响纤维素溶解的溶剂. 由于本实验需在 100 o C 下进行, 在待选溶剂中选取沸点高于 100 o C 的作为离子液-纤维素体系的共溶剂. 1.2 纤维素的水解反应 将固体[bmim]Cl 置于 50 o C 真空干燥箱过夜, 液体 1-磺酸丁基-3-甲基咪唑氯于 60 o C 旋转蒸发 2 h 除水. 称取 8 g [bmim]Cl 置于烧瓶中, 在 100 o C 的油浴中磁力搅拌. 加入 2 ml DMF 及一定量去离子水, 搅拌至三者混为一相. 称取 0.4 g 预先处理好的底物, 分多次倒入烧瓶中, 继续搅拌至溶液澄清透明. 加入一定量 1-磺酸丁基-3-甲基咪唑氯, 并开始计时. 每隔一段时间取样, 量取 0.11 g 反应溶液置于 1.5 ml 离心管中, 用 0.9 ml 预先配制的 0.03 mol/L的NaOH 溶液稀释. 将稀释溶液于 15 000 r/min 离心 10 min, 取上清液进行总还原糖浓度测定, 并计算相应收率. 1.3 总还原糖(TRS)测定 参照文献[20]配制 3, 5-二硝基水杨酸 (DNS) 试剂. 量取约 500 ml 去离子水, 50 o C 水浴加热. 加入 182 g 酒石酸钾钠, 6.3 g DNS, 262 ml的2 mol/L NaOH 溶液. 待上述试剂完全溶解后, 加入 5 g 重蒸 苯酚, 5 g 无水亚硫酸钠, 搅拌至溶解. 在 1000 ml 容量瓶中用去离子水定容, 贮于棕色瓶中备用. 采用分光光度法测定还原糖浓度时, 取待测溶液 0.5 ml 于试管中, 加入 0.5 ml 预先配好的 DNS 试 剂, 充分混匀, 放入烘箱中于 100 o C 反应 10 min. 取出试管, 迅速冷却, 用去离子水定容至 5 ml 并充分混匀. 在紫外-可见光谱仪上进行比色分析, 采用固定波长 520 nm, 狭缝宽度 0.1 mm. 还原糖收率按 YTRS = 0.9 × MTRS/Mcellulose 式计算,式中 MTRS = φ× V × CTRS, 其中 YTRS 为总还原糖收率, MTRS 为待测溶液中还原糖的总质量, Mcellulose 为水解纤维素的总质量, φ 为溶液稀释倍数, V 为稀释后溶液体积, CTRS 为测得的还原糖浓度. 2 结果与讨论 2.1 共溶剂的选择结果 离子液的高黏度会导致其在反应器壁上黏附, 从而造成后处理困难, 且严重影响反应体系的传质扩散, 导致反应速率下降. 据文献[21]报道, 只需加入 20 mol%的共溶剂就可以使离子液绝对黏度降低 50%. 因此, 本文采用已商品化的价格相对低廉的离子液[bmim]Cl 作为纤维素的溶剂, 同时对 11 种常见的有机溶剂进行了筛选, 从而找出合适的共溶剂. 当向[bmim]Cl 中分别加入正己烷、四氯化碳和甲苯时, 剧烈搅拌形成乳浊液, 静置后出现明显的分层. 这是由于这三种溶剂属于非极性溶剂, 而离子液是极性的, 根据相似相溶原理, 非极性溶剂不能溶解[bmim]Cl, 而极性较大的溶剂则可与之互溶. 有报道称[bmim]Cl 不能溶于丙酮, 并利用丙酮的这种特性来提纯[bmim]Cl, 但在本实验中却发现, 少量的丙酮可以溶于[bmim]Cl 中, 且黏度很低. 而对于中等极性的四氢呋喃、乙醇和异丙醇则比较复杂. 四氢呋喃不能溶解于[bmim]Cl 中, 而与它极性差不多的乙醇和异丙醇则可与[bmim]Cl 互溶, 显然用相似相溶原理无法解释. 这是因为乙醇和异丙醇分子中含有活泼的羟基质子, 可与[bmim]Cl 中大量的氯离子形成氢键, 从而促进它们在离子液中的溶解; 而四氢呋喃分子中没有可以形成氢键的活泼氢, 因此不能溶于[bmim]Cl. 所以中等极性且与离子液能形成氢键的溶剂能溶于[bmim]Cl 中. 当向离子液与有机溶剂的混合物中加入纤维素 第4期 姜锋 等: 酸性离子液中纤维素的水解 281 并搅拌 24 h 后发现, 加入乙醇、异丙醇和水时, 混合物依然浑浊, 不能溶解纤维素. 如上所述, 乙醇和异丙醇与离子液可以形成氢键, 所以能够互溶, 而恰恰 可能是它们与离子液形成的氢键强于纤维素和离子液之间的氢键, 阻止了纤维素在离子液[bmim]Cl 中的溶解, 可能的机理如图式 1 所示. 图式 1 纤维素在离子液[bmim]Cl 中溶解及析出的机理 Scheme 1. Mechanism of the dissolution and precipitation of cellulose in [bmim]Cl. 图式 1(a)是纤维素分子之间通过氢键相互作用所形成的超分子结构, 虽然单个氢键的键能较低, 比共价键低一个数量级, 但大量的氢键作用在一起时就不容忽视, 造成纤维素几乎不溶解于常见的溶剂体系中. 如图式 1(b)所示, 当将纤维素加入到离子液与纤维素支链上的羟基质中, 作为强氢键受体的 Cl? 子结合形成氢键. 这种氢键作用打断了纤维素分子内和分子间原本形成的 O–H···O 氢键, 转而形成 O–H···Cl 氢键, 这样纤维素就逐渐溶解于[bmim]Cl 中. 当向上述溶解了纤维素的离子液中加入少量醇类或水, 原本溶解的纤维素又重新析出. 这是因为醇分子中质子活性更高, 离子液中 Cl?优先与醇中的质子形成氢键, 削弱甚至打断了 Cl?与纤维素羟基质子之间的氢键, 使原本断开的纤维素分子间氢键再次形成, 这样纤维素又从离子液中析出, 如图式 1(c)所示. 所以含有活泼质子氢的极性溶剂也不能作为共溶剂. 经过前两个实验后, 只有乙腈、丙酮、DMSO 和 DMF 既能够溶解在离子液中, 又不影响纤维素在其= 57 C)的沸中的溶解. 乙腈(b.p. = 82 C)和丙酮(b.p. 点较低, 所以只有 DMSO 和 DMF 适合作共溶剂. 2.2 催化剂用量对水解的影响 图 1 为催化剂用量对纤维素水解的影响结果. 可以看出, 当加入 0.35 g 催化剂 1-磺酸丁基-3-甲基咪唑氯时, 纤维素水解速度较慢, 约需 45 min 还原糖浓度才达到峰值, 收率只有 75%. 当加入 0.7 g 催化剂时, 水解速度明显加快, 反应 30 min 即达到最大值, o o 还原糖收率也相应增加到 95%. 利用高效液相色谱进一步测得, 此时葡萄糖及其水解产物 5-羟甲基糠继续加大催化剂用量醛的收率分别为 50%和 13%. 至 2.1 g, 水解速度进一步加快, 只需要 15 min 即可达到最大值, 但是还原糖收率略有下降, 为 90%左右. 综合考虑水解时间与还原糖收率两个因素, 催化剂 1-磺酸丁基-3-甲基咪唑氯的适宜用量为 0.7 g. 因此在下面的实验中, 催化剂用量都是 0.7 g. 图 1 不同催化剂用量对还原糖收率的影响 Fig. 1. Yield of total reducing sugar (TRS) with different amounts of catalyst. (1) 0.35 g; (2) 0.7g; (3) 2.1 g. Reaction conditions: 100 o C, 8 g [bmim]Cl, 2 ml DMF, 1-butyl sulfonic acid-3-methylimi-dazolium chloride ([C4SO3hmim]Cl) as catalyst, 0.3 g H2O, 0.4 g cellulose. 2.3 水含量对水解的影响 离子液 1-丁基-3-甲基咪唑氯及催化剂 1-磺酸丁基-3-甲基咪唑氯极易吸水, 暴露在空气中几分钟 282 催 化 学 报 第30卷 就会变潮. 为了排除离子液自身吸收的水分对实验结果的影响, 需要事先除水. 图 2 为不同水含量时还原糖收率. 由图可见, 体系中水含量对于纤维素的水解影响很大. 当体系中不预加水(离子液自身含有极少量的强结合水)时, 纤维素起始水解速度很慢, 在 30 min 时还原糖收率只有 30%. 反应 50 min 后, 水解速度稍微加快, 至 80 min 时达到最高点, 此时还原糖收率也只有 70%. 这是因为反应起始阶段作为反应物之一的水含量很低, 严重限制了水解反应. 在这种微水条件下生成的少量葡萄糖很容易发生脱水反应生成 5-羟甲基糠醛(HMF), 而生成的水又重新进入反应体系参与水解反应. 每生成一分子葡萄糖需消耗一分子水, 而一分子葡萄糖接着脱除三分子水生成 HMF, 即水解消耗的水又通过脱水反应得到补充, 所以随着水的产生, 在反应后期水解速度有所加快. 图 2 不同水含量下的还原糖收率 Fig. 2. Yield of TRS with different amounts of water. (1) No water; (2) 0.3 g; (3) 1.1 g. Reaction conditions:100 oC, 8 g [bmim]Cl, 2 ml DMF, 0.7 g [C4SO3hmim]Cl, 0.4 g cellulose. 当体系中含有 0.3 g (3%)水时, 水解效果最好, 30~40 min 即水解完全, 还原糖收率最高可达 90%以上. 因为此时水是过量的, 不会影响纤维素水解速度. 当水含量增加至 1.1 g 时, 由于水的稀释作用降低了体系酸性, 最终还原糖收率只达到 80%左右. 值得关注的是, 在还原糖收率达到最高点之后, 一直保持在 80%, 没有下降趋势, 这可能是因为过量水的存在抑制了葡萄糖降解反应的发生. 由此可见, 体系水含量为 3%时, 水解效果较好. 2.4 纤维素聚合度对水解的影响 前文是以微晶纤维为模型底物, 而微晶纤维是由天然纤维素经稀无机酸水解达到极限聚合度的固体产物, 属于半合成高分子化合物, 一般聚合度只有 150~300, 远低于自然界中的纤维素. 为了考察真实纤维素的水解情况, 本实验又分别选取了定性滤纸和脱脂棉为水解底物. 其中滤纸聚合度为 1 000~ 1 300, 而脱脂棉聚合度高达 6 000~11 000. 对比图 1 和图 3 可以发现, 滤纸和脱脂棉的水解与微晶纤维相比, 反应趋势完全一致. 反应开始阶段还原糖浓度迅速上升, 30~40 min 到达峰值, 随后又下降, 最终滤纸与脱脂棉的还原糖收率依然可达 60%以上. 由此可见, 纤维素水解速度与其聚合度基本无关, 这一结论完全不同于传统的水解体系. 图 3 不同聚合度的纤维素的水解结果 Fig. 3. Hydrolysis results of cellulose with different polymerization degree. (1) Filter paper as substrate; (2) Cotton as substrate. Reac-tion conditions: 100 oC, 8 g [bmim]Cl, 2 ml DMF, 0.7 g [C4SO3- hmim]Cl, 0.3 g H2O, 0.4 g substrate. 在水作为溶剂的传统体系中, 纤维素的结晶度、聚合度甚至颗粒尺寸都影响其水解速度, 对于高聚合度、高结晶度的纤维素需要较长的水解时间. 这是因为稀酸水解是多相反应, 纤维素是以固体颗粒的形式存在于溶液中. 水解反应发生时, H+只能从颗粒外表面发起进攻, 只有表面的纤维素被水解溶于水后, 才能继续内部的水解反应, 所以酸在底物表面及内部的扩散决定着水解反应的速度, 这时纤维素的聚合度、结晶度及尺寸的影响就非常大. 需要经过物理或化学的方法预处理, 降低纤维素的聚合度、结晶度及颗粒尺寸才能加快水解速度. 然而纤维素在离 第4期 姜锋 等: 酸性离子液中纤维素的水解 283 子液中进行的水解是均相反应, 其氢键网络被打断, 纤维素链完全暴露在 H+的进攻中, 这时的反应速度是不受 H+扩散影响的, 所以反应速率较快, 并与纤维素的理化性质无关. 3 结论 以离子液 1-丁基-3-甲基咪唑氯为溶剂, 溶解 4%的微晶纤维素, 以官能化的酸性离子液 1-磺酸丁基-3-甲基咪唑氯为催化剂, 加入 15%的 DMF 作为共溶剂降低体系黏度, 从而实现了纤维素的高效均相水解. 在 100 oC, 酸性离子液催化剂用量 0.7 g, 水含量 3%的条件下, 反应 30 min 即可将微晶纤维水解完全, 达到 95%的还原糖收率, 且对于高聚合度的滤纸与棉花也有很好的水解效果. 参 考 文 献 1 何北海, 林鹿, 孙润仓, 孙勇. 化学进展(He B H, Lin L, Sun R C, Sun Y. Progr Chem), 2007, 19: 1141 2 Mok W S, Antal M J, Varhegyi G. Ind Eng Chem, Res, 1992, 31: 94 3 Lee Y Y, Kim J S, Torget R W. 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范文三:盐类的水解-离子浓度大小比较
范文四:水解离子方程式的书写
范文五:酸性离子液中纤维素的水解