Question

（1）请结合必要的方程式，尝试从微粒的电荷情况和电离平衡的移动两方面解释为什么碳酸的分步电离一步比一步困难？（请用方程式并结合必要的文字来回答该小题）

（2）某温度（t℃）时，测得0.01 mol·L^-1 NaOH溶液的pH＝13，请回答下列问题：

①该温度下水的Kw＝                   。

②此温度下，将pH＝a的NaOH溶液V_a L与pH＝b的H₂SO₄溶液V_bL混合(忽略体积变化)，若所得混合液为中性，且a＝12，b＝2，则V_a︰V_b＝       。

（3）常温下，H₂SO₃的电离常数Ka₁＝1.2×10^－2，Ka₂＝6.3×10^－8；

H₂CO₃的电离常数Ka₁＝4.5×10^－7，Ka₂＝4.7×10^－11。某同学设计实验验证H₂SO₃酸性强于H₂CO₃：将SO₂和CO₂气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H₂SO₃酸性强于H₂CO₃。该实验设计不正确，错误在于      _____                             _____。

请设计合理实验验证H₂SO₃酸性强于H₂CO₃(简要说明实验步骤、现象和结论)，要求仪器自选。

【供选择的试剂：CO₂、SO₂、Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₂SO₃、NaHSO₃、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO₄溶液、品红溶液、pH试纸。】______                                。

Answer

（1）H2CO3HCO3- +H+；HCO3- CO32- +H+； 第一步电离产生的H+ 对第二步电离有抑制作用，第一步电离后生成的负离子较难再进一步电离出带正电荷的氢离子；

（2①1×10-15 ②10：1；

（3） 错误，SO2、CO2的溶解度不相等，所以饱和溶液的浓度不相等，不能通过比较溶液的pH判断二者的酸性强弱。

方案一.配制相同物质的量浓度的NaHSO3、NaHCO3溶液，用pH或酸度计测量离子溶液的pH，若pH: NaHSO3H2CO3；

方案二.将SO2气体依次通入NaHCO3溶液(或Na2CO3溶液)、酸性KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水中，如品红溶液不褪色，并且澄清石灰水变浑浊，就证明酸性：H2SO3>H2CO3；

方案三.将CO2气体依次通入NaHSO3溶液(或Na2SO3溶液)、品红溶液中，若品红溶液不褪色，就证明酸性：H2SO3>H2CO3。

【解析】

试题分析：（1）碳酸是二元弱酸，在溶液中存在电离平衡：H2CO3HCO3- +H+，电离产生的HCO3-在溶液中会进一步发生电离作用：HCO3- CO32- +H+。由于第一步电离产生的H+ ，使溶液中c(H+)增大，对第二步电离相当于增大了生成物的浓度，根据平衡移动原理，增大生成物的浓度，平衡逆向移动，因此对滴二步电离有抑制作用；而且第一步电离后生成的是负离子HCO3-，从负离子中失去氢离子比从中性分子H2CO3失去氢离子难，所以碳酸的分步电离一步比一步困难；（2）①某温度（t℃）时，测得0.01 mol·L-1 NaOH溶液的c(OH-)=0.01mol/L，pH＝13，c(H+)=10-13mol/L，则c(H+)·c(OH-)=10-13mol/L×0.01mol/L=1×10-15mol2/L2；所以该温度下水的Kw＝1×10-15；②此温度下，将pH＝a的NaOH溶液Va L与pH＝b的H2SO4溶液VbL混合(忽略体积变化)，若所得混合液为中性，NaOH溶液pH=a＝12，则c(OH-)=10-3mol/L；H2SO4溶液pH=b＝2，c(H+)=10-2mol/L则Va×10-3=Vb×10-2，所以Va：Vb=10-2:10-3=10:1；（3）常温下，H2SO3的电离常数Ka1＝1.2×10－2，Ka2＝6.3×10－8；H2CO3的电离常数Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11。某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3：将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H2SO3酸性强于H2CO3。该实验设计不正确，错误在于SO2、CO2的溶解度在相同的外界条件下不相等，所以得到的饱和溶液的浓度不相等，因此不能通过比较溶液的pH判断二者的酸性强弱。可以验证H2SO3酸性强于H2CO3的实验方案是方案一.利用盐的水解规律：谁弱水水解，谁强显谁性，越弱越水解的规律，配制相同物质的量浓度的NaHSO3、NaHCO3溶液，然后用pH或酸度计测量离子溶液的pH，若酸性H2SO3>H2CO3，则等浓度的NaHSO3、NaHCO3溶液中HSO3-的水解程度小于HCO3-的水解程度，溶液的碱性NaHSO3H2CO3；方案二.利用复分解反应的规律：强酸与弱酸的盐发生复分解反应，制取弱酸。将将SO2气体依次通入NaHCO3溶液(或Na2CO3溶液)，然后通入酸性KMnO4溶液除去未反应的SO2，再通过品红溶液检验SO2已经除干净，最后通入到澄清石灰水中，如观察到酸性KMnO4溶液紫色变浅，品红溶液不褪色，并且澄清石灰水变浑浊，就证明酸性：H2SO3>H2CO3。

【考点定位】考查化学实验方案的设计、评价、弱电解质电离分步进行的证明方法的知识。

【名师点睛】化学是一门实验性学科，许多知识可以通过实验得到学习、验证及巩固。要证明某种性质，就要充分掌握与该物质的性质有关的相应的物质的有关性质。如要证明H2SO3的酸性强于H2CO3的酸性，可以通过比较相同浓度的两种酸溶液的pH大小；也可以利用盐的水解规律，酸越弱，其与碱发生反应形成的盐水解程度越大，等浓度的盐水解得到的溶液的碱性越强；也可以根据复分解反应的规律，强酸制取弱酸，利用CO2可以使澄清石灰水进行检验，但要注意SO2也可以使澄清石灰水变浑浊，要排除SO2的干扰。总之只有思维严密，方能得到正确的合理的实验方案。