巧借數學知識 化解化學疑問

譚夢旻

(廣東省韶關市曲江中學 512100)

氫氧化鋁為什么難溶于氨水？除去氯氣中的氯化氫氣體為什么選用飽和食鹽水？碳酸鈉溶液中c(H+)、c(H2CO3)哪個大？對于這些問題，僅從化學知識的層面上難以判斷和理解，如果運用數學知識就容易解決這些問題了.

一、氫氧化鋁為什么難溶于氨水？

往5.6 mol·L-1的氨水中加入適量氫氧化鋁固體，體系中存在下列平衡：

Ksp=1.4×10-14

c(AlO2-)·c(H+)=1.4×10-14

c(AlO2-)=1．4×10-2mol·L-1

Al(OH)3在5．6 mol·L-1氨水中的溶解度約為0.11g，屬于微溶.對于Fe(OH)3、Mg(OH)2、Cu(OH)2這些常見的難溶金屬氫氧化物，要知道它們溶解時的c(H+)，可以像上述解答過程一樣，利用它們的Ksp列式計算.同樣，運用它們的Ksp也可以算出溶液中Fe3+、Mg2+、Cu2+完全沉淀時的pH.

二、除去氯氣中的氯化氫氣體為什么選用飽和食鹽水？

往飽和食鹽水中通入足量氯氣，所得溶液的顏色比飽和氯水的顏色淺得多，說明飽和食鹽水中Cl2的濃度比飽和氯水中Cl2的濃度小得多.

在常溫下，飽和食鹽水的c(NaCl)=5．3mol·L-1.在溶有足量Cl2的飽和食鹽水中存在：

c平衡：yx5.3+x≈5.3x

由①、②式得：x<5.57×10-4

在飽和食鹽水中與水反應的Cl2小于5．57×10-4mol·L-1，溶液中剩余Cl2的濃度遠小于0.082×2/3 mol·L-1.

用標準氫氧化鈉溶液對上述溶有足夠Cl2的飽和食鹽水進行中和滴定，根據所得實驗數據計算出飽和食鹽水中溶有Cl2約為2.0×10-3mol·L-1，Cl2的溶解量約為水中Cl2的溶解量的2%.

弄清楚了為何選用飽和食鹽水除去氯氣中的氯化氫氣體這個問題，就不難理解下列選擇：選用飽和NaHCO3溶液除去CO2中的氯化氫氣體，選用飽和NaHSO3溶液除去SO2中的氯化氫氣體，選用飽和NaHCO3溶液除去CO2中的二氧化硫氣體.

三、0.1 mol·L-1碳酸鈉溶液中c(H+)、c(H2CO3)哪個大？

H2CO3的電離常數K1=4.4×10-7、K2=4.7×10-11.在0.1 mol·L-1碳酸鈉溶液中：

=4.22×10-3mol·L-1

c(H+)=2.37×10-12mol·L-1

c(H2CO3)=2.24×10-8mol·L-1

在0.1 mol·L-1碳酸鈉溶液中，c(H2CO3)>c(H+).在比較鹽溶液中各種離子濃度的大小時，只要運用鹽類水解的基本知識就容易得出結論.但是，對于比較碳酸鈉溶液中離子濃度c(H+)、中性分子濃度c(H2CO3)大小的問題，由于涉及到鹽的二步水解平衡和水的電離平衡，問題復雜多了，要解決這個問題，需要借助數學知識.數學知識可以解決不少化學問題.