Question

溶液中溶质为碳酸氢钠和碳酸且物质的量相等,求离子守恒关系式

Answer 1

碳酸氢钠的化学式为 NaHCO3，它在水中可以生成离子 Na+、HCO3- 和 H2O。碳酸的化学式为 H2CO3，它在水中可以生成离子 H+、HCO3- 和 H2O。
假设含有碳酸氢钠和碳酸的溶液的物质的摩尔数均为 x。考虑碳酸氢钠和碳酸分别会产生哪些离子：
碳酸氢钠会产生 Na+、HCO3- 和 H2O 三种离子，每个 NaHCO3 分子中含有一个 Na+ 离子和一个 HCO3- 离子，因此 x 摩尔的 NaHCO3 可以产生 x 摩尔的 Na+ 离子和 x 摩尔的 HCO3- 离子。
碳酸会产生 H+、HCO3- 和 H2O 三种离子，每个 H2CO3 分子中含有两个 H+ 离子和一个 HCO3- 离子，因此 x 摩尔的 H2CO3 可以产生 2x 摩尔的 H+ 离子和 x 摩尔的 HCO3- 离子。
根据电中性原理，离子的正电荷总量应该等于负电荷总量。在这里，Na+ 离子的总数量应该等于 H+ 离子的总数量，因此有
x mol 的 Na+ = 2x mol 的 H+，
或者
Na+ 的摩尔数 = 2H+ 的摩尔数。
另外，由于每个 HCO3- 离子既可以来自 NaHCO3 的解离也可以来自 H2CO3 的解离，因此在溶液中 HCO3- 离子的摩尔数应该等于 NaHCO3 和 H2CO3 中 HCO3- 离子的总量，即
x mol 的 HCO3- + x mol 的 HCO3- = 2x mol 的 HCO3-。
化简这两个式子，得到
Na+ 的摩尔数 = 2H+ 的摩尔数，
HCO3- 的摩尔数 = 2x。
因此，离子守恒关系式为 Na+ : H+ : HCO3- = 1 : 2 : 2。