电解液浓度（精选9篇）
电解液浓度 篇1
0 前 言
镁合金作为工程材料,具有密度低(约为1.74 g/cm3),比强度、比刚度高,导电、导热性好,减震、磁屏性能优良,可回收等特点[1],在汽车、通讯、航空航天等领域得到了日益广泛的应用[2]。由于镁的化学性质非常活泼,标准电极电位很低,常温空气中极易腐蚀,从而制约了其进一步应用[1]。因此,提高镁合金耐蚀性具有重要的现实意义。
传统的镁合金防护措施主要有阳极氧化[3]、电镀[4,5]、化学镀、化学转化膜、离子注入以及激光改性等。其中,阳极氧化技术比较有效,但因含有Cr6+,对环境污染严重,因此需要发展镁合金防护新技术。微弧氧化又称等离子体氧化,是在传统阳极氧化基础上发展起来的新型材料表面处理技术,最终可在金属(Al、Ti或Mg)表面生成一层具有特殊结构和性能的氧化物陶瓷膜[6,7]。
在微弧氧化处理中,常用的电解液分为酸性和碱性2类,酸性电解液对环境有污染而应用较少。本工作以硅酸盐 - 碱金属氢氧化物碱性体系为电解液,研究了电解液组分浓度对镁合金微弧氧化过程及成膜耐蚀性的影响。
1 试 验
1.1 基材预处理
试验材料为ZK60镁合金,化学成分(质量分数):4.800%～6.800% Zn,0.500% Zr,0.002% Ni,余量为Mg,线切割为ϕ(11.28±0.05) mm×20.00 mm。试样一端与铜导线连接,用环氧树脂密封,制成工作面为1 cm2的电极,依次经600,1 200,2 000号砂纸以及金相砂纸打磨,用蒸馏水冲洗,再经丙酮擦洗后备用。
1.2 微弧氧化
微弧氧化采用DYY - 6C(600 V,400 mA)型电源,电流密度20 mA/cm2,时间30 min。试样作阳极,不锈钢板作阴极,以Na2SiO3和NaOH的混合液作电解液,用磁力搅拌器搅拌。
1.3 氧化膜性能测试
微弧氧化膜的耐蚀性通过动电位极化曲线和恒电位阳极极化电流 - 时间曲线等方法来评价。电化学测试在CHI660C电化学工作站上进行,采用三电极体系,微弧氧化试样为工作电极,铂片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,以3.5%中性NaCl溶液为介质。极化曲线测量扫描速度为0.5 mV/s。恒电位阳极极化电流 - 时间曲线在自腐蚀电位为+100 mV的阳极极化电位下测量1 h。
采用TT260覆层测厚仪测量微弧氧化膜的厚度,JSM - 5610LV扫描电子显微镜观察表面和横截面微观形貌,EDAX能谱仪和SIMENS D5000型X射线衍射仪分析化学成分。
2 结果与讨论
2.1 微弧氧化膜的成分
表1为NaOH和Na2SiO3浓度均为0.10 mol/L时所得微弧氧化膜的能谱分析结果。从表中可以看出,氧化膜主要由O、Mg、Si元素组成,含少量Zn、K、C、Pt。其中,O部分来自镁基体,Mg和Zn则全部来自基体,而Si和Na全部来自电解液,Pt是测试制样喷金过程带入氧化膜中的。此外,氧化膜层中还含少量C,可能来自树脂。
图1为NaOH和Na2SiO3浓度均为0.10 mol/L时所得微弧氧化膜的X射线衍射(XRD)谱。
从图1可以看出,Mg2SiO4的衍射峰较强,为微弧氧化膜的主要成分。这说明Si对微弧氧化成膜有促进作用,微弧氧化膜中Mg以MgO形式存在,还有微量Mg单质的衍射峰,可能来自合金基体中的Mg。
2.2 NaOH浓度对微弧氧化的影响
2.2.1 对微弧氧化膜形貌的影响
Na2SiO3浓度保持在0.10 mol/L,NaOH浓度为0.10 mol/L和2.00 mol/L时,ZK60镁合金微弧氧化膜的表面及截面形貌分别见图2和图3。
由图2可知,微弧氧化电解液中NaOH浓度对膜层形貌的影响较大:当NaOH浓度为0.10 mol/L时,膜层中的微孔分布均匀,孔径小,表面粗糙度较小;当NaOH浓度为2.00 mol/L时,氧化膜表面分布不均匀,呈层状堆叠,表面孔数量多,粗糙度大。
从图3可以看出,NaOH浓度不同时,氧化膜截面形貌区别明显:NaOH浓度为0.10 mol/L时,微弧氧化膜厚度均匀,与基体结合良好;NaOH浓度为2.00 mol/L时,膜层断裂,不均匀。这种结构使溶液中的腐蚀介质易于穿过氧化膜层进入内部,腐蚀镁合金基体。
2.2.2 对微弧氧化膜耐蚀性能的影响
图4是不同NaOH浓度所得微弧氧化膜的动电位极化曲线,相应的自腐蚀电流密度见表2。
从图4和表2可以看出,NaOH浓度在0.01～2.00 mol/L内随其浓度降低,试样的自腐蚀电流密度逐渐变小,当NaOH浓度为0.10 mol/L时自腐蚀电流密度最小,电流密度越小,膜下金属的腐蚀速度越慢;当NaOH浓度降低到0.01 mol/L时,腐蚀电流再次增加,腐蚀速度再次增大。
图5是微弧氧化膜厚度和电解液中NaOH浓度的关系。
从图5可知,在一定范围内随着NaOH浓度降低,氧化膜厚度逐渐增大:当NaOH浓度为2.00 mol/L时,膜的厚度很薄,可能是NaOH浓度太高,氧化膜在强碱环境下有一定的溶解;NaOH浓度太低,为0.01 mol/L时,同样不利于氧化膜生成,膜层很薄,以致氧化膜耐蚀性能差。
2.3 Na2SiO3浓度对微弧氧化的影响
2.3.1 对微弧氧化膜形貌的影响
NaOH浓度保持在0.10 mol/L,Na2SiO3浓度为0.01 mol/L和1.00 mol/L时,ZK60镁合金微弧氧化膜的表面及截面形貌分别见图6和图7。从图6可知,Na2SiO3浓度的变化对膜层形貌的影响较明显:当Na2SiO3浓度为0.01 mol/L时,膜层中的微孔很多,孔径较小,分布均匀,膜层呈层状堆叠,表面粗糙度较大;当Na2SiO3浓度为1.00 mol/L时,表面氧化膜单位面积上孔的数量很少,但孔径大,分布不均匀,粗糙度较小。
从图7可以看出,2种不同Na2SiO3浓度氧化膜截面形貌区别较大:Na2SiO3浓度为0.01 mol/L时,微弧氧化膜很薄,只有十几微米,厚度很不均匀,局部还有断裂,与基体结合力较差;Na2SiO3浓度为1.00 mol/L时,膜层比较均匀,具有一定膜厚,约为50～60 μm,基本无断裂。这种结构使溶液中的腐蚀介质很难穿过氧化膜层进入内部腐蚀镁合金基体,从而具有较好的耐蚀性。
2.3.2 对微弧氧化膜耐蚀性能的影响
图8为不同Na2SiO3浓度微弧氧化膜在自腐蚀电位为+100 mV的恒电位阳极极化电流 - 时间曲线。
从图8可以看出:当t﹤1 200 s时,随着电解液中Na2SiO3浓度的增加,微弧氧化膜的阳极电流逐渐降低,说明氧化膜的耐蚀性逐渐增强;当t﹥1 200 s时,Na2SiO3浓度为0.01 mol/L的曲线趋于平缓,其阳极电流不再显著增加,腐蚀速率基本保持恒定,此时其他浓度的曲线阳极电流仍然缓慢上升。从整体来看,Na2SiO3浓度为0.01 mol/L时,阳极电流比较大,表明此时微弧氧化膜的耐蚀性较差,这可能是由于Na2SiO3在微弧氧化过程中起成膜作用[8],其含量太少不利于氧化膜的生成,以致膜层的防护效果不好。
图9为微弧氧化膜厚度和电解液中Na2SiO3浓度的关系。
从图9可知,随着Na2SiO3浓度增加,氧化膜的厚度逐渐增大,当Na2SiO3浓度为0.01 mol/L时,由于浓度太低,不利于氧化膜生成,膜层很薄,氧化膜耐蚀性差。
图10是不同Na2SiO3浓度微弧氧化膜的动电位极化曲线,相应的自腐蚀电流密度列于表3。
从图10和表3可以看出,Na2SiO3浓度为0.50 mol/L时,自腐蚀电流密度为6.28×10-6A/cm2,比1.00 mol/L时试样的自腐蚀电流密度大6倍;Na2SiO3浓度为1.00 mol/L时,微弧氧化膜的腐蚀速率最小,耐腐蚀性能最好。
3 结 论
(1)电解液中NaOH浓度在0.01～2.00 mol/L内随其浓度降低,微弧氧化后自腐蚀电流密度逐渐变小,微弧氧化膜耐蚀性逐渐增强;但NaOH浓度低于某一值时,耐蚀性变差,NaOH的最佳浓度值为0.10 mol/L。
(2)NaOH浓度较小时(0.10 mol/L),微弧氧化膜中的孔洞尺寸小,分布均匀,膜层厚度均匀且表面粗糙度小;NaOH浓度较大时(2.00 mol/L),表面氧化膜呈层状堆积,并且孔洞较大,膜层出现断裂,厚度不均匀,防护效果差。
(3)随着Na2SiO3浓度增加,氧化膜厚度逐渐增大,耐蚀性变好。Na2SiO3浓度为1.00 mol/L时微弧氧化膜的自腐蚀电流密度最小,膜层的耐蚀性能最好。
摘要：采用酸性电解液微弧氧化,对环境有污染。为此,采用环保型的Na2SiO3-NaOH碱性电解液体系对ZK60镁合金进行了微弧氧化,研究了电解液组分浓度对微弧氧化膜耐腐蚀性的影响。结果表明:电解液中NaOH浓度越低,微弧氧化膜层的耐蚀性越好,粗糙度越小,成膜越均匀;随着Na2SiO3浓度增加,微弧氧化膜厚度增加,腐蚀电流变小,耐蚀性提高。
关键词：电化学方法,ZK60镁合金,微弧氧化,耐蚀性
参考文献
[1]Gray J E,Luan B.Protective coatings on magnesium and itsalloys—A critical review[J].Journal of Alloys and Com-pounds,2002,336(1,2):88~113.
[2]Guo HF,An MZ,Xu S,et al.Microarc oxidation of corro-sion resistant ceramic coating on a magnesium alloy[J].Materials Letter,2006,60:1 538~1 541.
[3]Mato S,Alcala G,Skeldon P,et al.High resistivity magne-sium-rich layers and current instability in anodizing aMg/Ta alloy[J].Corros Sci,2003,45(8):1 779~1 792.
[4]Gu C,Lian J,Li G,et al.Electroless Ni-P plating onAZ91D magnesium alloy from a sulfate solution[J].Journalof Alloys and Compounds,2005,391(1,2):104~109.
[5]Sharma A,Suresh M,Bhojraj H,et al.Electroless nickelplating on magnesium alloy[J].Metal Finish,1998,96(3):10~16.
[6]钟涛生,蒋百灵,李俊明,等.铝合金微弧氧化电流密度的临界条件研究[J].材料保护,2005,38(8):16~18.
[7]张玉海.镁合金表面处理技术的研究进展[J].材料保护,2008,41(3):55~57.
[8]钱建刚,李荻,王学力,等.硅酸钠浓度对镁合金阳极化的影响[J].材料科学与工艺,2006,14(1):29~31.
电解液浓度 篇2
微电解法预处理高浓度含酚废水的研究
摘要：用微电解法对高浓度含酚废水进行预处理,考察了反应时间、铁碳质量比、铁碳总量、初始pH值、温度等因素对含酚废水处理效果的影响,得出了最佳反应条件.结果表明,在优化工艺条件下,废水经微电解法预处理后,CODCr去除率为70.8%.作 者：刘楚宁 LIU Chu-ning 作者单位：宿迁市环境监测中心站,江苏,宿迁,223800 期 刊：化工技术与开发 Journal：TECHNOLOGY & DEVELOPMENT OF CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)：2010, 39(7) 分类号：X703 关键词：微电解 预处理 含酚废水电解液浓度 篇3
1.两大理论
（1）电离理论
①弱电解质的电离是微弱的，电离产生的微粒都非常少，同时还要考虑水的电离，如氨水溶液中：NH3·H2O、NH+4、OH-浓度的大小关系是
c（NH3·H2O）>c（OH-）>c（NH+4）。
②多元弱酸的电离是分步进行的，其主要是第一级电离（第一步电离程度远大于第二步电离）。如在H2S溶液中：H2S、HS-、S2-、H+的浓度大小关系是c（H2S）>c（H+）>c（HS-）>c（S2-）。
（2）水解理论
①弱电解质离子的水解也是微弱的（双水解除外），但由于水的电离，故水解后酸性溶液中c（H+）或碱性溶液中c（OH-）总是大于水解产生的弱电解质溶液的浓度。如NH4Cl溶液中：NH+4、Cl-、NH3·H2O、H+的浓度大小关系是c（Cl-）>c（NH+4）>c（H+）>c（NH3·H2O）。
②多元弱酸酸根离子的水解是分步进行的，其主要是第一步水解，如在Na2CO3溶液中：CO2-3、HCO-3、H2CO3的浓度大小关系应是c（CO2-3）>c（HCO-3）>c（H2CO3）。
例1用物质的量都是0.1 mol的CH3COOH和CH3COONa配成1 L混合溶液，已知其中
c（CH3COO-）>c（Na+），对该溶液的下列判断正确的是（ ）。
A.c（H+）>c（OH-）
B.c（CH3COO-）=0.1 mol·L-1
C.c（CH3COOH）>c（CH3COO-） D.c（CH3COO-）+c（OH-）=0.1 mol
·L-1
解析依电荷守恒关系：c（CH3COO-）+c（OH-）=c（Na+）+c（H+），因c（CH3COO-）>c（Na+），则c（H+）>c（OH-）；且c（CH3COO-）+c（OH-）=c（H+）+0.1 mol·L-1>0.1 mol·L-1；依物料守恒关系：c（CH3COOH）+c（CH3COO-）=0.2 mol·L-1，因c（CH3COO-）>c（Na+）=0.1 mol·L-1，则c（CH3COO-）>c（CH3COOH）。答案：A
例2对于等物质的量浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液，下列说法不正确的是（ ）。
A.分别升高温度，两种溶液的pH均减小
B.相同温度下两种溶液的pH：Na2CO3>NaHCO3
C.分别加入少量NaOH，两溶液中c（CO2-3）均增大
D.两溶液均存在c（Na+）+c（H+）=
c（OH-）+c（HCO-3）+2c（CO2-3）
解析A项，升温，CO2-3、HCO-3的水解程度均增大，pH增大，错误。答案：A
2.三种守恒关系
（1）电荷守恒规律
电解质溶液中，溶液都是呈电中性，即阴离子所带负电荷总数一定等于阳离子所带正电荷总数。如NaHCO3溶液中存在着Na+、H+、HCO-3、CO2-3、OH-，存在如下关系：c（Na+）+c（H+）=c（HCO-3）+c（OH-）+2c（CO2-3）。注意：电荷守恒式中不只是各离子浓度的简单相加。如2c（CO2-3）的系数2代表一个CO2-3带2个负电荷，不可漏掉。
（2）物料守恒规律
电解质溶液中，元素总是守恒的。如K2S溶液中S2-、HS-都能水解，故S元素以S2-、HS-、H2S三种形式存在，它们之间有如下守恒关系：c（K+）=2c（S2-）+2c（HS-）+2c（H2S）。注意：物料守恒式中，离子浓度系数不能漏写或颠倒。如K2S溶液中的物料守恒式中，“2”表示c（K+）是溶液中各种硫元素存在形式的硫原子总浓度的2倍。
图1
（3）质子守恒规律
如Na2S水溶液中的质子转移如图1所示，由图可得Na2S水溶液中质子守恒式可表示： c（H+）+2c（H2S）+c（HS-）=c（OH-）。质子守恒的关系式也可以由电荷守恒式与物料守恒式推导得到。
例3将足量CO2气体通入水玻璃（Na2SiO3溶液）中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是（ ）。
A.Na2SiO3 B.Na2CO3、Na2SiO3
C.Na2CO3、SiO2 D.SiO2
解析将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2+Na2SiO3+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：H2SiO3△H2O+SiO2；2NaHCO3△Na2CO3+CO2↑+H2O；SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑，各反应物存在如下关系：H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2，2NaHCO3～Na2CO3～SiO2，由上述关系可知，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。答案：A
例4下列溶液中有关物质的浓度关系正确的是（ ）。
A.c（NH+4）相等的（NH4）2SO4、NH4HSO4、NH4Cl溶液中：
c（NH4HSO4）>c[（NH4）2SO4]>c（NH4Cl）
B.向醋酸钠溶液中加入适量醋酸，得到的酸性混合溶液：
c（Na+）>c（CH3COO-）>c（H+）>c（OH-）
C.1.0 mol·L-1 Na2CO3溶液：
c（OH-）=c（HCO-3）+c（H+）+2c（H2CO3）
nlc202309040137
D.某二元弱酸的酸式盐NaHA溶液中：
c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HA-）+c（A2-）
解析A项，大小顺序应为c（NH4Cl）>c（NH4HSO4）>c[（NH4）2SO4]；B项，c（CH3COO-）应大于c（Na+）；C项，符合质子守恒；D项应为c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HA-）+2c（A2-）。答案：C
3.两种解题方法
（1）盐与酸（碱）混合法
首先考虑是否反应，都不反应，分析盐的水解程度和酸（碱）的电离程度的大小。若能反应，则按反应后混合组成再综合考虑水解和电离两种因素。如：0.1 mol/L的HCl和0.1 mol/L的NH4Cl等体积混合后，溶液之间不反应，c（Cl-）>c（H+）>c（NH+4），因为水解微弱。
例5将0.2 mol·L-1 NaHCO3溶液与0.1 mol·L-1 KOH溶液等体积混合，下列关系正确的是（ ）。
A.2c（K+）=c（HCO-3）+2c（CO2-3）+c（H2CO3）
B.c（Na+）>c（K+）>c（HCO-3）>c（CO2-3）>c（OH-）>c（H+）
C.c（OH-）+c（CO2-3）=c（H+）+c（H2CO3）+0.1 mol·L-1
D.3c（K+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO-3）+2c（CO2-3）
解析根据物料守恒可知A中表达式错；题中两溶液反应后含有等浓度的HCO-3和CO2-3，由于CO2-3的水解程度大于HCO-3的水解程度，因此选项B中的表达式为c（Na+）>c（HCO-3）>c（K+）>c（CO2-3）>c（OH-）>c（H+），B错；C选项，根据电荷守恒有c（Na+）+c（K+）+c（H+）=c（OH-）+c（HCO-3）+2c（CO2-3），根据物料守恒有c（Na+）=c（HCO-3）+c（CO2-3）+c（H2CO3），两者相减可知正确的表达式为c（OH-）+c（CO2-3）=c（H+）+c（H2CO3）+0.05 mol·L-1。由电荷守恒和c（Na+）=2c（K+）可知选项D正确。答案：D
（2）整体思维法
根据单一溶液或溶液混合后的酸碱性比较离子的浓度大小。比如：0.1 mol/L的HCl和0.1 mol/L的NH3·H2O等体积混合后，恰好生成NH4Cl溶液，则按照NH4Cl的离子浓度大小比较即可：c（Cl-）>c（NH+4）>c（H+）>c（OH-）。
例6下列溶液中微粒浓度关系一定正确的是（ ）。
A.氨水与氯化铵的pH=7的混合溶液中：c（Cl-）>c（NH+4）
B.pH=2的一元酸和pH=12的一元强碱等体积混合：c（OH-）=c（H+）
C.0.1 mol·L-1的硫酸铵溶液中：c（NH+4）>c（SO2-4）>c（H+）
D.0.1 mol·L-1的硫化钠溶液中：c（OH-）=c（H+）+c（HS-）+c（H2S）
解析A选项，由电荷守恒：c（Cl-）+c（OH-）=c（NH+4）+c（H+），pH=7可知c（Cl-）=c（NH+4） ，A错误；
若pH=2的一元酸是强酸，和pH=12的一元强碱等体积混合呈中性；pH=2的一元酸是弱酸，和pH=12的一元强碱等体积混合呈酸性，B项错误。
C选项，NH+4水解是微弱的，则c（NH+4）>c（SO2-4）>c（H+），C正确；硫化钠溶液中存在质子守恒：c（OH-）=c（H+）+c（HS-）+2c（H2S），D错误。答案：C
跟踪训练：
1.下列说法正确的是（ ）
A.某溶液中存在的离子只有Cl-、OH-、NH+4、H+，该溶液中离子浓度大小关系可能为c（Cl-）>c（NH+4）>c（OH-）>c（H+）
B.常温下0.1 mol/L的下列溶液①NH4Al（SO4）2 ②NH4Cl ③NH3·H2O ④CH3COONH4中，c（NH+4）由大到小的顺序是：②>①>④>③
C.0.1mol/L HA溶液与0.1mol·L-1的NaOH溶液等体积混合：c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（A-）
D.常温下0.4mol/L HA溶液和0.2mol/L NaOH溶液等体积混合后溶液的pH=3，则混合溶液中离子浓度的大小顺序为：c（A-）>c（H+）>c（Na+）>c（OH-）
2.下列说法正确的是（ ）
A.常温下将pH=2的醋酸和pH=12的NaOH溶液等体积混合，所得溶液显碱性
B.已知同温时氢氟酸的电离常数大于亚硝酸的电离常数，则相同温度相同浓度的NaF溶液和NaNO2溶液的碱性：NaF溶液较强
C.将等体积的盐酸和氨水混合，充分反应后所得溶液呈中性，则两溶液的物质的量浓度关系为：c（HCl） D.已知MgCO3的Ksp=6.82×10-6，则所有含有固体MgCO3的溶液中，都有c（Mg2+）=c（CO2-3），且c（Mg2+）·c（CO2-3）=6.82×10-6 3.下列说法正确的是（ ） A.某二元弱酸的酸式盐NaHA溶液中：c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HA-）+c（A2-） B.一定量的（NH4）2SO4与NH3·H2O混合所得的酸性溶液中：c（NH+4）<2c（SO2-4） C.物质的量浓度均为0.01 mol/L的CH3COOH和CH3COONa的溶液等体积混合后溶液中c（CH3COOH）+c（CH3COO-）=0.02mol/L nlc202309040137 D.物质的量浓度相等的①NH4HSO4溶液、②NH4HCO3溶液、③NH4Cl溶液中c（NH+4）：①>②>③ 4.对于0.1mol·L-1的NH4Cl溶液，下列说法正确的是（ ） A.升高温度，溶液pH升高 B.通入少量HCl，c（NH+4）和c（Cl-）均增大 C.c（NH+4）+c（OH-）=c（Cl-）+c（H+） D.c（Cl-）>c（H+）>c（NH+4）>c（OH-） 跟踪训练答案： 1 C 解析阴离子总浓度大于阳离子总浓度，A项不正确；NH4Al（SO4）2中有两种离子发生水解，NH+4和Al3+同时水解，水解相互抑制，因此该溶液中NH+4的水解程度最小，浓度最高，NH3·H2O电离出的NH+4是非常少量的，因此NH3·H2O中NH+4浓度最低，B项错误；根据电荷守恒知C项正确；D项，0.4 mol/L HA溶液和0.2 mol/L NaOH溶液等体积混合，反应生成0.1 mol/L NaA，另外剩余0.1 mol/L HA，由于混合后溶液的pH=3[c（H+）=0.001 mol/L]，溶液显酸性，说明HA的电离程度大于A-的水解程度，则c（A-）>c（Na+），混合溶液中离子浓度的大小顺序为：c（A-）>c（Na+）>c（H+）>c（OH-）。 2 C 解析将pH=2的醋酸[c（H+）=0.01 mol/L]和pH=12的NaOH溶液[c（OH-）=0.01 mol/L]等体积混合，醋酸过量很多，所得溶液显酸性；同温时氢氟酸的电离常数大于亚硝酸的电离常数，则酸性：HF>HNO2，水解能力：NO-2>F-，相同温度相同浓度的NaF溶液和NaNO2溶液的碱性：NaF溶液较弱；MgCO3的Ksp=6.82×10-6，则相同温度下，含有固体MgCO3的溶液中，c（Mg2+）·c（CO2-3）=6.82×10-6，但不一定都有c（Mg2+）=c（CO2-3）。 3 B 解析NaHA溶液中共含5种离子，根据电荷守恒有c（H+）+c（Na+）=c（OH-）+c（HA-）+2c（A2-），A错；（NH4）2SO4与NH3·H2O混合所得溶液显酸性，则c（H+）>c（OH-），根据电荷守恒c（NH+4）<2c（SO2-4），B正确；根据物料守恒有c（CH3COOH）+c（CH3COO-）=0.01 mol/L，C错；NH4HSO4、NH4HCO3、NH4Cl溶液中NH+4水解程度最大的是NH4HCO3，最小的是NH4HSO4，所以c（NH+4）：①>③>②，D错。 4 B 解析NH4Cl溶液中存在NH+4+H2O≒NH3·H2O+H+，水解是一个吸热过程，升温，平衡右移，c（H+）增大，pH减小，A选项错；通入少量HCl后，c（H+）增大，平衡左移，c（NH+4）增大，c（Cl-）同时也增大，B选项正确；根据电荷守恒，c（NH+4）+c（H+）=c（Cl-）+c（OH-），溶液为酸性，c（H+）>c（OH-），则c（NH+4）+c（OH-） （收稿日期：2014-11-04） 一、掌握解此类题的三个思维基点: 电离、水解和守恒( 电荷守恒、物料守恒及质子守恒) 1. 电荷守恒: 任何溶液中都呈电中性,电解质溶液中所有的阳离子所带的正电荷数与所有的阴离子所带的负电荷数相等. 如在CH3COONa溶液中,c ( CH3COO-) + c ( OH-) =c( Na+) + c( H+) 1 2. 溶质守恒( 物料守恒) : 溶质在溶液中某种离子的各种存在形式总和不变. 如在CH3COONa溶液中, ( 3) 质子守恒( 溶剂守恒) : 溶液中溶剂水电离的c( H+) 和c( OH-) 浓度相等,如在CH3COONa溶液中,水所电离的H+被部分CH3COO-结合生成CH3COOH,因此: c ( H+) +c( CH3COOH) = c( OH-) 3. 对于这个守恒实际上是电荷守恒和物料守恒两个恒等式的代换关系,学生可以不必记忆或自行导出,只要掌握1式和2式即可代换出来( 由1式c( Na+) =c( CH3COO-) + c ( OH-) - c ( H+) 代入2式c ( Na+)=c( CH3COO-) + c( CH3COOH) 得c( CH3COO-) + c( OH-) c( H+) = c( CH3COO-) + c( CH3COOH) ,删去两边相同的即可得3) . 二、做题时搞清溶液状况,首先搞清是单一溶液还是混合溶液,然后再根据情况分析 1. 单一溶质的溶液中离子浓度比较 ( 1) 多元弱酸溶液中,由于多元弱酸是分步电离的( 注意:弱酸弱碱电离都是微弱的) ,第一步的电离远远大于第二步,第二步远远大于第三步,但是三步电离都产生氢离子. 由此可判断多元弱酸溶液中离子浓度大小顺序. 如H3PO4溶液中: ( 2) 多元弱酸的强碱正盐溶液中,要根据酸根离子的分步水解( 注意: 水解都是微弱的) 来分析. 第一步水解程度大于第二步水解程度,依次减弱. 如Na2S溶液中: ( 3) 多元弱酸的酸式盐溶液中,由于存在弱酸的酸式酸根离子的电离,同时还存在弱酸的酸式酸根离子的水解,因此必须搞清电离程度和水解程度的相对大小,然后判断离子浓度大小顺序. 常见的NaH CO3、Na HS、Na2HPO4溶液中酸式酸根离子的水解程度大于电离程度,溶液中c( OH-) > c( H+) 溶液显碱性,例NaH CO3中: c( Na+) > c( HCO3) > c( OH-) > c( H+) >c( CO23) ,( 说明: CO23由HCO3电离得到,HCO3CO23+H+; 如不考虑水的电离,应有c( H+) = c( CO23) ,因为还有水电离出的H+,所以c( H+) > c( CO23) . 而在NaH SO3、Na H2PO4溶液中弱酸根离子电离程度大于水解程度,溶液显酸性,c( H+) > c( OH-) . 如在Na HSO3中: 据此,在教学中可引导学生得出以下重要规律: ( 1) 第一步水解生成的粒子浓度在[OH-]和[H+]之间,第二步水解生成的粒子浓度最小. 如Na2S溶液中的各离子浓度大小的顺序 为: c ( Na+) > c ( S2 -) > c ( OH-) > c ( HS-)> c( H+) . ( 2) 不同溶液中同种离子浓度的比较: 既要考虑离子在溶液中的水解因素,又要考虑其他离子的影响,即是抑制还是促进,然后再判断. 如相同pH的CH3COONa溶液与Na HCO3溶液比较Na+的浓度大小问题,由于CH3COOH的酸性比HCO3强( 就是电离 出H+的能力) ; 所以,应为c ( CH3COONa ) >c( NaH CO3) ,故而,相同pH的CH3COONa溶液与Na HCO3溶液比较Na+浓度的的结果是CH3COONa溶液的Na+浓度大. 2. 混合溶液中离子浓度的比较 首先要考虑混合后溶液的状况及溶液的酸碱性,即溶液中c( H+) 与c( OH-) 的关系. ( 1) 强酸与弱碱溶液混合后溶液中离子浓度大小比较 a. 酸过量: 溶液为强酸和强酸弱碱盐的混合溶液,溶液中一定存在c( H+) > c( OH-) 呈酸性. 如盐酸和NH4Cl溶液中: b. 酸碱恰好完全反应: 溶液为单一盐溶液,弱碱根离子水解,溶液呈酸性. 如NH4Cl溶液中: c( Cl-) > c( NH4+) > c( H+)> c( OH-) . c. 碱少量过量: 溶液为弱碱和强酸弱碱盐的混合溶液,溶液中可能有: c( OH-) = c( H+) 呈中性. 如NH4Cl溶液和氨水的中性混合溶液中: c( NH4+) = c( Cl-) > c( OH-) = c( H+) . d. 碱大量过量: 溶液为大量弱碱和强酸弱碱盐的混合溶液,溶液中c( OH-) > c( H+) 呈碱性. 如NH4Cl溶液和氨水的碱性混合溶液中: c( NH4+) > c( Cl-) > c( OH-) > c( H+) . ( 2) 强碱和弱酸溶液混合后,溶液中离子浓度的大小比较 a. 呈碱性包括两种情况; 强碱和强碱弱酸盐的混合溶液及单一强碱弱酸盐溶液. 如Na OH和CH3COONa的混合溶液中:c( Na+) > c( CH3COO-) > c( OH-) > c( H+) 或CH3COONa溶液中: c( Na+) > c( CH3COO-) > c( OH-) > c( H+) . b. 呈中性: 强碱弱酸 盐和少量 弱酸的混 合溶液. 如CH3COONa和CH3COOH的混合溶 液中: c. 呈酸性: 强碱弱酸 盐和大量 弱酸的混 合溶液. 如CH3COONa和CH3COOH的混合溶 液中: ( 3) 强酸强碱的盐溶液不水解,比较容易判断,根据具体问题考虑,一般不会出现错误. ( 4) 弱酸弱碱盐溶液过于复杂,不在中学考察范围之内. 三、溶液中离子浓度关系判断小技巧( 巧用等号关系) 若粒子间用等号连接,应根据守恒原理,视不同情况,从以下几个方面思考: ( 1) 若等号一端全部是阴离子或阳离子时,应首先考虑溶液中阴、阳离子的电荷守恒. 如: Na2SO4和Mg Cl2的混合溶液中: c( Na+) + 2c( Mg2 +) + c( H+) = c( Cl-) + 2c( SO24) + c( OH-) . ( 2) 若等号一端各项中都含同种元素时,首先应考虑这种元素的原子守恒,即物料守恒. 如Na HCO3溶液中. ( 3) 若等号一端为c( H+) 或c( OH-) 时,应首先考虑是否符合水的电离守恒. 如在Na2CO3溶液中H+和OH-均由水电离产生,故应该有c( OH-) = c( H+) ,但由于CO23在溶液中会结合质子产生HCO3、H2CO3( 结合了2个质子) ,故在Na2CO3溶液中c( OH-) = c( H+) + c( HCO3) + 2c( H2CO3) ( 4) 若等号两端既有分子又有离子,则考虑将电荷守恒与物料守恒相加或相减; 或利用质子来源进行分析. 如Na HCO3溶液中: 电荷守恒: c ( Na+) + c ( H+) = c ( HCO3) + 2 ( CO23)+ c( OH-) 物料守恒: c( Na+) = c( HCO3) + c( CO23) + c( H2CO3) 代数关系可得: c( H+) + c( H2CO3) = c( CO23) + c( OH-) 一、问题提出 在教学过程中，常发现学生关于浓度对弱电解质的电离平衡移动方向与电离度的影响，存在困惑。以醋酸溶液为例，存在醋酸的电离平衡：CH3COOHCH3COO-+H+。加醋酸，醋酸浓度增大，平衡向电离方向移动，电离度减小；加水稀释，醋酸浓度减小，平衡电离方向移动，电离度增大。学生就困惑了：醋酸溶液中醋酸浓度不论是增大还是减小，为什么平衡均向电离的方向移动？是否与勒夏特列原理矛盾？ 二、问题解决 1.电离度 醋酸的电离度的改变可以通过定量分析得出结论。假设原醋酸溶液中，各组分的浓度分别为c（CH3COOH）、c（CH3COO-）、c（H+），此温度下，平衡常数为K=。加入纯醋酸或加水稀释后，假设醋酸的电离度不变，即各组分的浓度分别为nc（CH3COOH）、nc（CH3COO-）、nc（H+），此时浓度商为Q==nK。当原醋酸溶液中浓度增大，n>1，即Q>K，假设不成立，平衡左移，醋酸的电离度减小；醋酸浓度减小，n<1，即Q 2.电离平衡移动的方向 我们通过速率—时间图像来表示，就可以快速直观理解，在原醋酸溶液中加入醋酸还是加水稀释，平衡均向电离的方向移动。 通过速率—时间图像可知：原醋酸溶液中加入醋酸，c（CH3COOH）瞬间增大，c（CH3COO-）、c（H+）瞬间不变，即v正瞬间增大，v逆瞬间不变，v正>v逆，平衡向正反应方向（电离方向）移动，如图1所示。在溶液中加入醋酸，相对应的是移走溶液中醋酸，瞬间c（CH3COOH）瞬间减小，c（CH3COO-）、c（H+）瞬间不变，平衡向逆反应方向（结合方向）移动，如图2所示。增大或减小醋酸的浓度，平衡将向能够减弱这种改变的方向移动，符合勒夏特列原理。 原醋酸溶液中加水稀釋，c（CH3COOH）、c（CH3COO-）、c（H+）瞬间均减小，v正瞬间减小，v逆瞬间减小，且v逆减小的幅度更大。v正>v逆，平衡向正反应方向（电离方向）移动，如图3所示。从微粒数目的角度看，醋酸的电离是向微粒数目增大的方向进行。注意：对于有溶剂H2O参与的反应，微粒数目变化时溶剂H2O不作考虑。因此加水稀释，反应物与生成物浓度均减小，平衡向微粒数目增大的方向（电离方向）移动，符合勒夏特列原理。 综上所述，弱电解质的电离平衡体系中，再加弱电解质增大了反应物的浓度，平衡向正反应方向（电离）方向移动，但电离度减小；加水稀释即相当于气相可逆反应中的减压，瞬间各组分浓度均减小，平衡向微粒数目增大的方向（电离方向）移动，电离度增大，符合勒夏特列原理。 编辑 谢尾合 一、溶质单一型溶液 1.酸溶液和碱溶液。 对于酸和碱溶液主要考虑电离, 在酸溶液中的所有离子中, c (H+) 最大;碱溶液的所有离子中, c (OH-) 最大, 其他离子浓度根据电离程度进行比较, 其中难点在于弱酸和弱碱的电离。 2.盐类的水解非常微弱, 一般不超过千分之二。盐溶液中正盐主要考虑水解, 酸式盐要先判断酸式酸根以电离为主还是水解为主。 (1) 弱酸的阴离子和弱碱阳离子因水解而消耗, 如Na HCO3溶液中, c (Na+) >c (HCO3-) 。 (2) 弱酸阴离子和弱碱阳离子的水解是微量的 (双水解除外) , 因此水解生成的弱电解质及产生的H+ (或OH-) 也是微量的, 但由于水的电离平衡和盐类水解的平衡同时存在, 所以水解后的呈酸性的溶液中c (H+) (或呈碱性的溶液中c (OH-) ) 总是大于水解产生的弱电解质的浓度。 (3) 水解的口诀要牢记:有弱才水解, 无弱不水解, 越弱越水解, 都弱都水解, 谁强显谁性, 同强显中性;所以在水解呈酸性的溶液中, 总有c (H+) >c (OH-) , 在水解呈碱性的溶液中, 总有c (H+) <c (OH-) 。以强酸弱碱盐为例, 在氯化铵溶液中, 同时存在着如下电离平衡和水解平衡:NH4Cl=NH4++Cl-;H2O葑H++OH-;NH4++H2O葑NH3·H2O+H+, 由于铵根离子被水解, 所以c (Cl-) >c (NH4+) , 而溶液中的电离程度大于水解程度, 所以c (Cl-) >c (NH4+) >c (H+) >c (OH-) 。 (4) 多元弱酸的强碱正盐中, 要根据酸根的分步水解来分析 (注意水解都是微弱的) ;第一步水解程度大于第二步水解程度, 依次减弱, 以第一步水解为主;如在硫化钠溶液中, 同时存在以下电离和水解平衡: Na2S=2Na++S2-, H2O葑H++OH-;S2-+H2O葑HS-+OH-;HS-+H2O葑H2S+OH-, 由于电离产生c (Na+) :c (S2-) =2:1, 且部分硫离子水解, 所以c (Na+) >c (S2-) , 而水解时第一步大于第二步, 所以c (S2-) >c (HS-) >c (H2S) ;强碱弱酸盐显碱性, 所以c (OH-) >c (H+) , 而溶液中OH-同时来源于S2-水解和水的电离, 所以有c (OH-) >c (HS-) , 所以Na2S溶液中的离子浓度关系如下:c (Na+) >c (S2-) >c (OH-) >c (HS-) >c (H+) 。 (5) 多元弱酸酸式盐溶液中, 由于存在弱酸的酸式根离子的电离, 同时还存在弱酸的酸式根离子的水解, 必须搞清楚电离程度和水解程度的相对大小, 然后判断离子浓度的顺序;这个时候需要记住一些典型的特例。例如, 常见的Na HCO3, Na HS, Na2HPO4溶液中, 水解程度大于电离程度, 溶液呈碱性。例如在Na HCO3溶液中有c (Na+) >c (HCO3-) >c (OH-) >c (H+) >c (CO32-) ;而在溶液Na HSO3, Na H2PO4中则是电离程度大于水解程度, 溶液呈酸性, 例如, 在溶液Na HSO3中, 离子浓度顺序为:c (Na+) >c (HSO3-) >c (H+) >c (SO32-) >c (OH-) 。 二、混合溶液中的离子浓度 1.相互不反应, 则同时考虑电离和水解哪个占主要地位;要求记住典型特例, CH3COOH与CH3COONa等浓度时, 电离程度大于水解程度, c (CH3COOH) <c (CH3COO-) , 呈酸性;NH3·H2O和NH4Cl等浓度时, 电离程度大于水解程度, c (NH3·H2O) <c (NH4+) , 呈碱性;HCN和Na CN等浓度时, 水解程度大于电离程度, c (HCN) >c (CN-) , 呈碱性。 例用物质的量为0.1mol CH3COOH和CH3OONa溶液配成1L的混合溶液, 已知其中c (CH3COO-) >c (Na+) , 比较混合溶液中的离子浓度大小。 解:在混合溶液中, CH3COOH, CH3COONa的电离和CH3COO-的水解同时存在, 即CH3COOH葑CH3COO-+H+;CH3COONa=CH3COO-+Na+;CH3COO-+H2O葑CH3COOH+OH-;根据电荷守恒有:c (CH3COO-) +c (OH-) =c (H+) +c (Na+) , 根据题意, c (CH3COO-) >c (Na+) , 所以, c (OH-) <c (H+) , 溶液呈酸性, 电离程度大于水解程度;根据物料守恒, 可以有c (CH3COOH) +c (CH3COO-) =0.2mol/L, 溶液中离子浓度大小为:c (CH3COO-) >c (Na+) >c (H+) >c (OH-) 。 2.两种物质恰好完全反应———当作单一溶质处理;故与情况一相同;若强酸与强碱混合, 恰好完全反应, 则溶液呈中性;若强酸和弱碱恰好完全反应, 生成的溶液为单一的盐溶液, 弱碱根离子水解, 溶液呈酸性;若强碱和弱酸恰好完全反应, 生成的溶液为单一的盐溶液, 弱酸根离子水解, 溶液呈碱性;如, 在10ml 0.1mol/L Na OH溶液中加入同体积, 同浓度CH3COOH溶液, 两种溶液恰好完全反应, 生成CH3COONa和水, 因此反应后的溶液实际就是单一溶质CH3COONa溶液, 而CH3COONa是强碱弱酸盐, 极少一部分发生水解, 因此可知, 溶液中离子浓度的大小关系为:c (Na+) >c (CH3COO-) >c (OH-) >c (H+) ;由电荷守恒可以得到:c (Na+) +c (H+) =c (CH3COO-) +c (OH-) ;由物料守恒可以得到:c (Na+) =c (CH3COO-) +c (CH3COOH) 。 3.两种物质反应, 其中一种剩余;此类题目中若有酸或碱过量时, 应抓住两溶液混合后剩余的弱酸或弱碱的电离程度和生成的盐的水解程度的相对大小。 (1) 强酸和弱碱溶液混合后, 若酸过量, 则反应后的溶液为强酸和强酸弱碱盐, 显然溶液显酸性, c (H+) >c (OH-) ;若碱溶液大量过量, 溶液为大量的弱碱溶液和强酸弱碱盐的混合溶液, 溶液中的c (H+) <c (OH-) , 溶液显碱性;若碱溶液少量过量, 溶液为少量的弱碱溶液和强酸弱碱盐的混合溶液, 溶液中c (H+) =c (OH-) ;因此可以根据这几种情况具体判断溶液中离子浓度的大小. 例用0.1mol/L的盐酸溶液滴定0.1mol/L的氨水, 滴定过程中不可能出现的现象是 () 解析:氨水和盐酸混合后, 溶液中存在的离子有四种:Cl-, NH4+, H+和OH-;若氨水大量过量, 则溶液为NH3·H2O和NH4Cl混合溶液, 呈碱性, 所以有c (NH4+) >c (Cl-) >c (OH-) >c (H+) , 所以A正确;若氨水少量过量, 则溶液可能呈中性, 此时c (OH-) =c (H+) , 根据电荷守恒, 可得c (NH4+) =c (Cl-) , 所以B正确;若盐酸过量, 溶液为HCl和NH4Cl的混合溶液, 此时溶液呈酸性, 则有此时就会有:c (Cl-) >c (NH4+) , c (H+) >c (OH-) , 所以D正确, 而对于C选项, 根据电荷守恒, 有c (NH4+) +c (H+) =c (OH-) +c (Cl-) , 因此不可能出现c (Cl-) >c (NH4+) , c (OH-) >c (H+) , 所以不可能出现的现象是C。 (2) 强碱和弱酸混合后, 若强碱过量, 则反应后的溶液为强碱和强碱弱酸盐的混合溶液, 显然溶液呈碱性即c (H+) <c (OH-) ;若酸少量过量, 则得到的溶液为少量弱酸和强碱弱酸盐的混合溶液, 则溶液呈中性, c (H+) =c (OH-) ;若酸大量过量, 则得到的溶液为大量的弱酸和强碱若酸盐的混合溶液, 溶液呈酸性, 即c (H+) >c (OH-) 。 例某酸性溶液中只有Na+, CH3COO-, H+, OH-四种离子, 则下列描述正确的是 () A.该溶液由p H=3的CH3COOH与p H=11的Na OH溶液等体积混合而成; B.该溶液由等物质的量浓度、等体积的Na OH溶液和CH3COOH溶液混合而成; D.加入适量氨水, c (CH3COO-) 一定大于c (Na+) 、c (NH4+) 之和。 解析:此题的关键首先要抓住题目中的“酸性”两个字, 而且要注意弱酸、弱碱给出p H值和给出物质的量浓度是两个完全不同的概念, 选项A中, CH3COOH是弱酸, 不完全电离, 现溶液中电离出的c (H+) =10-3mol/L, Na OH是强碱, 完全电离出的c (OH-) =10-3mol/L;恰好完全反应, 生成强碱弱酸盐CH3COONa, 同时由于酸碱中和反应的发生, 使CH3COOH电离出的c (H+) 降低, 电离平衡向右移动, 产生更多的H+, 致使溶液呈酸性。选项B中, 等物质的量浓度, 等体积的Na OH溶液和CH3COOH溶液混合, 恰好完全反应, 生成强碱弱酸盐CH3COONa, 溶液呈碱性, 与题目不符合;选项C中, 根据电荷守恒的原理, 溶液中的离子浓度始终满足c (CH3COONa-) +c (OH-) =c (Na+) +c (H+) , 在任何溶液中都不可能出现c (CH3COO-) >c (Na+) , c (OH-) >c (H+) ;所以C选项不正确。选项D中, 根据电荷守恒, 溶液中离子浓度满足:c (CH3COON) +c (OH-) =c (NH4+) +c (Na+) +c (H+) , 若加入氨水后溶液呈中性, 即:c (OH-) =c (H+) , 则有c (CH3COONa-) =c (NH4+) +c (Na+) ;若溶液呈碱性, 即c (OH-) >c (H+) , 则有c (CH3COONa-) <c (NH4+) +c (Na+) ;若溶液呈酸性, 则有c (CH3COONa-) >c (NH4+) +c (Na+) , 因此, c (CH3COO-) 不一定大于c (Na+) 、c (NH4+) 之和。所以答案为A。 三、同一粒子在不同溶液中的离子浓度大小比较, 看不同溶液中其他粒子对该离子浓度的影响 例物质的量浓度相同的下列溶液中, c (NH4+) 最大的是 (%) 解析:A、B、C、D都是强电解质, NH4Cl为强酸弱碱盐, 水解消耗铵根离子;NH4HSO3中电离占优势, 产生的H+抑制了NH4+的水解;CH3COONH4是双水解, 大量消耗NH4+, 产生氨气, 使得溶液中NH4+浓度下降;NH4HCO3中电离出来的HCO3-的水解会促进NH4+的水解, 使得溶液中NH4+浓度降低。因此, 正确答案为B。 一般说来, 若选项为离子浓度的等式, 要从电荷守恒、物料守恒、质子守恒考虑, 甚至有时需要将其中两个守恒等式进行叠加处理。教学中发现, 学生最容易理解的是电荷守恒, 理解起来最吃力的是质子守恒, 而往往在解题中, 大多数题目只要运用电荷守恒就可以解决, 最多把电荷守恒和物料守恒联系起来也就可以解决问题了。 A. 溶液中c ( H+) 和c ( OH-) 都减小 B. 溶液中c ( H+) 增大 C. 醋酸电离平衡向左移动 D. 溶液的p H增大 这里的答案明显选D。学生问: 将0. 1 mol·L- 1换成2 mol·L- 1或0. 8 mol·L- 1, 加水稀释后的浓度也不知道, 答案的选项还是一样的吗? 为什么题目总是把数据限定为0. 1 mol·L- 1? 为了解决这个问题, 下面来进行探讨。 首先介绍弱电解质电离度概念: 当弱电解质在溶液中达到电离平衡时, 溶液中已经电离的电解质分子数占原来总分子数 ( 包括电离的和未电离的) 的百分数, 用符号α表示。 电离度可以表示弱电解质的相对强弱。 电离度不仅跟电解质的性质有关, 还跟溶液的浓度、温度有关。越稀越电离; 越热越电离。 【讨论】电解质的电离度大, 是否它的溶液的导电能力一定强? 我们以CH3COOH为例: 起始浓度C 0 0 平衡浓度C - CαCαCα 导电能力与离子浓度成正比 ( 当然也与离子所带电荷有关) , c ( H+) = Cα。 由此公式可知, 溶液的电离度大, 其导电能力不一定强, 应分情况: 1同T, 同C的不同弱电解质, α大→C ( 离) 增大→导电能力强。 2同T, 稀释浓的弱电解质时 ( 如冰醋酸) , 起始, α增大, C ( 离) 增大→导电能力增强, 但稀释到一定程度后, 再稀释, 尽管α增大, 但V ( aq) 增大变为主要因素→C ( 离) 减小→溶液导电性减小, 即c ( H+) =n ( H+) /V (aq) 。 看起来似乎解决了问题, 但是这是定性的, 也是模糊的。此类问题能否定量化? 查阅有关实验数据 ( 教参高中化学第二册P59表3 - 1) : 不同浓度的CH3COOH溶液的电离度和电离常数 ( 25℃ ) ( 部分内容) 我们尝试探究方法以求得这个浓度变化的临界点, 在临界点以上稀释, c ( H+) 增大, 在临界点以下稀释, c ( H+) 减小, 从而达到量化的目的。经过多年的思考, 笔者把具体算法做如下归纳, 仅供参考。 我们以c ( H+) 为纵坐标, 以加水量为横坐标, 对冰醋酸进行稀释, 由于计算出的c ( H+) 太小, 所以我们将纵坐标c ( H+) 扩大104倍, 这样作图方便一些, 图像也更清晰。 根据此图像可粗略认为0. 2 mol·L- 1是CH3COOH在25℃时的浓度临界点, 即c ( CH3COOH) > 0. 2 mol·L- 1时, 加一定量的水稀释后其浓度仍大于0. 2 mol·L- 1, c ( H+) 随水量增加而增大; 当c ( CH3COOH) < 0. 2mol·L- 1, 加水稀释后, c ( H+) 减少。 由于25℃同浓度氨水的电离度和醋酸的几乎一致, 所以氨水的临界点也是c ( NH3·H2O) = 0. 2 mol·L- 1即c ( NH3·H2O) > 0. 2 mol·L- 1时, 加一定量的水稀释后且氨水浓度仍大于0. 2 mol·L- 1, c ( OH-) 随水量增加而增加, 当c ( NH3·H2O ) < 0. 2 mol·L- 1, 加水稀释后, c ( OH-) 减少。 因此, 命题者为了体现严谨, 总是将数据定为0. 1mol·L- 1, 而且比0. 2 mol·L- 1小些, 此时加水稀释后c ( H+) 一定减小, 以避免出错。上述例题若将数据换成2 mol·L- 1或0. 8 mol·L- 1, 加水后选什么项, 那还要看加水稀释后的浓度是大于还是小于0. 2 mol·L- 1, 大于0. 2 mol·L- 1选B, 溶液中c ( H+) 增大; 小于0. 2 mol·L- 1, c ( H+) 是先增后减, 不好回答。 此临界点有利于我们划清界限, 有助于教师准确命题, 学生清楚做题。不同的弱电解质其临界值是不同的, 中学化学教学只对CH3COOH和NH3·H2O作要求。 关键词：EXCEL,连续性肾脏替代治疗,置换液,电解质浓度 近年来,连续性肾脏替代治疗(CRRT)技术日趋成熟,其临床应用范围越来越广,临床疗效评价日益肯定,成为抢救重症患者不可或缺的手段之一[1]。CRRT时原则上要求置换液中的电解质浓度与机体生理浓度接近。因临床情况复杂多变,许多患者需按实际情况随时调整置换液配方。手工计算置换液电解质浓度的方法比较复杂繁琐,笔者所在科室利用Excel工作表的科学计算功能制作一张带自动计算功能的表格,只需输入药物的剂量,即可精确计算出置换液相关电解质的浓度。报告如下。 1 资料与方法 1.1 材料 相关药物分子式和分子量CRRT置换液配方以南京军区总院置换液配方[2]为基础,通过翻查药典和药物说明书得出计算时所需药物的分子式和分子量。通过公式:量浓度(mmol/L)=百分数÷分子量×10000,计算出相关药物的量浓度。如表1。 1.2 设计Excel工作表 要求只输入药物的剂量,即可计算出置换液相关电解质的浓度。工作表的设计如图1 注:据中国药典2000年版第二部 注:只需输入带*号的药物剂量,即可得出置换液的电解质浓度 分别录入公式如下: 1.3 一般资料 收集2008年4月～2008年10月笔者所在科室行CRRT治疗的患者20例,抽取治疗时已配好的置换液A液10 ml送检。为防止送检途中AB液混合后出现沉淀现象,至检验室时再用取样枪按比例抽取B液与A液混匀后即进行化验,分查钾、钠、氯、碳酸氢根、钙等离子和葡萄糖(G1u)的浓度。对检验结果与计算结果进行相关性分析。选取使用CRRT抢救的1例重度低钠血症患者和1例代谢性碱中毒患者为实例,了解治疗结束时目标离子的变化情况。重度低钠血症患者为男性,65岁,诊断为2型糖尿病并糖尿病肾病肾病CKD 3期,合并冠心病、心功能Ⅲ级,积极予以利尿、强心等治疗后出现重度低钠血症,治疗前血钠112 mmol/L,患者出现嗜睡、乱语等精神症状,予行每天日间CRRT,每次治疗12 h,治疗结束时抽静脉血送检查钠离子浓度。代谢性碱中毒患者,男性,62岁,诊断为慢性阻塞性肺气肿、2型呼吸衰竭合并急性肾功能衰竭,已行机械辅助通气,但血气分析pH>7.60持续2 d,治疗前动脉血气分析pH=7.62,42 mmol/L,同样予每天日间CRRT,每次治疗12 h,治疗结束时抽取静脉血送检生化查。检验结果与计算结果进行比较。 2 结果 2.1 20份标本中各种电解质浓度的实验室化验结果与计算结果非常接近,其相关系数详见表2。 2.2 重度低钠血症和代谢性碱中毒患者每次治疗结束时目标离子浓度的理论计算值(计算值)和实际检测结果(实测值)比较情况如表3。 3 讨论 随着CRRT的应用越来越广泛,临床上遇到的问题也越来越多。一方面,治疗时患者内环境紊乱愈发复杂;另一方面,高容量CRRT应用也有明显增多。CRRT原则上要求置换液中的电解质浓度与机体生理浓度接近。这必然要求医生要精确地掌握CRRT时置换液的电解质浓度,并实时进行调整以适应临床需求。 既往用手工或普通计算器进行CRRT时置换液电解质浓度的计算,工作繁琐复杂,且容易出错。故笔者所在科室利用Excel工作表设计了相关的计算表格,只输入药物的剂量,即可自动计算出置换液相关电解质的浓度。通过调整各种药物的剂量,可以轻易得到临床治疗所需要的相关电解质的浓度,操作简单方便。为进一步确认这一表格的准确性,笔者选取了临床CRRT时已配置好的20份置换液标本送检化验,并对其各种电解质浓度的实验室化验结果与计算结果进行对照分析,两者非常接近。这充分证明设计的Excel工作表可以精确计算出置换液相关电解质的浓度。再通过两例实例可以看出,在实际应用中,目标离子浓度通过CRRT后也较接近计算结果。计算结果不能准确无误地反映患者体内相关电解质的实际浓度,是因为人体内环境和体液循环是非常复杂的。该计算公式只是简单地以一室模型进行计算,而CRRT目标电解质通过置换液进入体内的分布,不是用单纯一室模型可以解析的,很可能需要用到二室甚至是多室模型才能分析,后两个模型涉及的内容是很深奥和复杂的,已远超笔者所在科室能力范围之内,故不予讨论。按简单的一室模型,其计算结果只能近似反映体内相关电解质的实际浓度,不能做到与体内实际浓度一致。另外,患者在CRRT时还有其他补液治疗,补液成分也可以改变体内电解质的浓度;还有CRRT治疗持续时间和置换液流速对体内电解质浓度也有影响。但不管如何,这样的计算结果对指导临床工作已然足够。 在设计计算表格过程中,需要注意两个重要的问题。其一是相关药物分子式和分子量。以临床很常用的葡萄糖溶液为例,许多人想当然其分子式应为C6H12 06,这样计算出来的分子量即为180;但通过查看药物说明书和药典,笔者发现葡萄糖溶液的分子式是C6H1206·H2O,分子量是198。目前临床上主张CRRT时使用正常浓度的葡萄糖置换液对患者更有益处[3,4],而就是这一点差别,即可导致置换液葡萄糖浓度计算不精确,在危重症患者或糖尿病患者的CRRT时,容易造成患者血糖过高或过低。这样的现象同样存在于氯化钙和硫酸镁中(见表1)。其实,国内早有作者利用Excel工作表设计了类似的血液滤过置换液电解质浓度计算表格,但该表格在设计时存在药物的分子量错误,从而导致计算结果的错误[5]。其二是关于钙离子的问题。CRRT时,置换液中的钙是以离子钙的形式存在的[5],但很多医院实验室检测的是血浆的总钙水平,总钙包涵了结合钙和离子钙。必须清晰认识这一点,不要再把离子钙浓度看成是总钙浓度,否则,CRRT时易导致患者出现高钙血症。 通过CRRT置换液电解质浓度计算表格的设计,笔者认识到临床工作和基础科学是紧密联系在一起的。Excel软件在卫生领域有着广泛的应用,新近有梁虹等[7]用它来管理病区药品物品的有效期,郑艳泽等[8]用它来计算和分析食物营养成分,张永等[9]利用它实现了肌酐身高指数的快速自动化计算。只要大家开动脑筋,基础科学是可以很好地为临床服务的,但前提是必须有扎实的基本功和严谨的科学态度。 综上所述,利用笔者所在科室设计的Excel工作表,可以精确计算CRRT置换液的电解质浓度,只需调整药物的剂量,即可得出临床所需的置换液的相关电解质浓度。这个方法简单易行,对临床工作很有指导意义。在电脑非常普及、智能手机都能支持Excel工作表的今天,这个方法值得在临床推广。 参考文献 [1]季大玺,龚德华.应重视连续性肾脏替代治疗在危重病中的应用.中国血液净化,2007,6(11):581—583. [2]季大玺,谢红浪,刘芸,等.连续性肾脏替代治疗在重症急性肾功能衰竭救治中的应用.肾脏病与透析肾移植杂志,1997,6(5): 415-421. [3]刘宏宝,陈威,王汉民,等.不同血液滤过置换液对创伤后多器官功能障碍综合征糖代谢障碍患者的疗效比较.中华急诊医学杂志,2007,16(12):1243—1247. [4]李欣,李志坚,冯婉娜,等.连续性肾脏替代治疗中不同配方置换液的疗效比较.中华肾脏病杂志,2001,17(5):286. [5]丁拥军,王秀娟.对血液净化置换液浓度计算和表达方式的质疑.中国血液净化,2005,4(5):274. [6]谷红霞,高鑫,乔静,等.用EXCEL表格调配床旁血液滤过置换液的方法.实用医药杂志,2007,24(4):420—421. [7]梁虹,谢露琳,陈映杏.Excel表格在病区药品物品有效期管理中的应用.中国医学创新,2010,7(23):179—180. [8]郑艳泽,翟成凯.Excel 2007在食物营养成分计算及分析中的应用.中国卫生统计,2010,27(3):317. 超级电容器有水系电解质溶液与有机电解 质溶液相 比,具有环境友好、空气环 境中组装 方便和比 电容较大 的优点。关于不同的电解液对超级电容器的影响的研究比较少,尤其是对具有广阔前景的石墨烯超级电容器的影响更鲜有涉及。Tian等[6]研究了电解质浓度和温度对活性炭超级电容器性能的影响;Li等[7]详细研究了电解质种类与装配压力对单壁碳纳米管超级电容器性能 的影响;Ren等[8]探索了温 度对水合肼还原的石墨烯超级电容器电容性能的影响。 本研究使用水合肼还原氧化石墨烯(GrapneneOxide)的方法制备了高质量的石墨烯纸,对其结构和成分进行了表征,以石墨烯纸为活性材料,采用不同浓度和种类的水系电解质溶液,系统研究了电解质溶液浓度和阴阳离子种类对石墨烯纸超级电容器电容、交流阻抗等电化学性能的影响。 1实验部分 1.1石墨烯纸的制备 采用改进后的Hummers法氧化石墨粉末制得氧化石墨烯[9]。称氧化石墨烯粉末250mg,加入到1L去离子水 中,并在超声清洗仪(FB15150,FisherScientific)中超声处 理2h,得到氧化石墨烯分散液,加入4mL氨水溶液(质量分数25% ~28%,国药集团)和206μL水合肼溶液(质量分数85%,国药集团)混合均匀。混合液在95℃下油浴 加热搅拌1.5h,得到石墨烯悬浮液。取一定量的石墨烯悬浮液真空 抽滤数小 时,室温下干燥得到石墨烯纸。 1.2石墨烯纸的表征 石墨烯纸的形貌结 构表征采 用扫描电 子显微镜 (SEM,SU-70,HITACHI)和透射电子显微镜(TEM,TecnaiG2F30STwin,Philips-FEI)。通过Raman光谱、X射线衍射 光谱(XRD)和X光电子能谱(XPS)等测试来分析材料的结构和成分。Raman光谱采用激发波 长为532nm的激光拉 曼光谱仪(DSRSmartRaman,ThermoFisherScientific)。XRD测试采用型号XRD-6000的X射线衍射仪。XPS测试采用型号VGEscalabMarkIIX射线光电子能谱仪。 1.3电化学性能测试 取直径为15mm的石墨烯纸为活性 材料,测得其单 片质量为0.45mg,按两电极体系组装超级电容器装置[2]。集流体采用0.03mm的镍箔,隔膜使用120μm厚的DR2012聚丙烯膜(苏州贝格 新材料公 司)。电解质 溶液分别 使用1mol·L-1、3mol·L-1、6mol·L-1的KOH溶液,1mol·L-1的NaOH、LiOH、KCl、NaCl、LiCl溶液(国药集团)。在瑞士万通公司的PGSTAT302N电化学工作站上进行超级电容器的循环伏安和电化学阻抗谱测试。 2结果与讨论 2.1石墨烯纸的结构与性质 图1(a)-(d)所示分别为制备的石墨烯纸的实物图、SEM图和石墨烯纳米片的TEM图。从图1(a)中可以看出,石墨烯纸是一种表面具有金属光泽的石墨烯薄膜,具有很好的柔韧性和机械强度。图1(b)是石墨烯纳米片的TEM图,从中可以明显地看到石墨烯纳米片无序、透明,表面形貌 褶皱,这是石墨烯材料的固有特征。图1(c)的SEM图显示,石墨烯纸由若干层状结构的石墨烯片堆叠而成,其总厚度约为8μm。从高分辨率的截面图,图1(d)中可以发现,在石墨烯片表面呈波纹状,粗糙多褶皱,片与片之间形成许多的开口孔隙。 图2(a)-(c)分别为石墨烯纸的XRD图、Raman光谱图和XPS图。从图2(a)中可以看出,石墨烯纸在2θ为24.5°处有1个较宽的 (002)衍射峰,可计算出 石墨烯纸 片间距约 为0.363nm,稍高于原始石墨片间距0.334nm(24.5°),远低于氧化石墨烯的片间距0.6~1.2nm。石墨烯纸 片间距比 石墨略大,是由于存在少量含氧官能团和结构缺陷而导致的,石墨烯纸片间距越接近原始石墨,还原程度越高,可以看出我们制备的石墨烯纸还原程度比较高。 图2(b)所示为石 墨烯纸的 拉曼光谱 图。从图中可 以看出,两个主要的强度峰D峰和G峰分别出现在1342cm-1处和1580cm-1处,D峰对应于材料的缺陷、褶皱和无序度,G峰体现了材料的石墨化结构[10]。石墨烯纸的D峰和G峰的强度比约为1.3,比氧化石墨烯略高(约为0.9),这是由于 还原后石墨烯中存在的sp3碳原子形成了更多的微晶石墨以及抽滤过程对石墨烯纳米片形貌的改变。 XPS测试用来分析石墨烯材料中的元素和化学键,更深入地反映其成分和还原程度。图2(c)所示为石墨烯纸的C1s峰经过高斯拟合后的谱图。如图所示,拟合后在不同 位置得到4个分峰,对应于不同官能团中的碳原子:sp2和sp3杂化碳碳键C-C/C=C(284.6eV),羟基碳C-OH(286.4eV),在的醛基碳C=O(287.9eV)和羧基碳O=C-OH(289.8eV)。经计算,石墨烯纸中碳氧原子比约为9.5,这更进一步地表明石墨烯的还原程度很高。 2.2电解质浓度的影响 图3所示是石墨烯纸为活性材料的超级电容 器在KOH电解质溶液浓度为1mol·L-1、3mol·L-1、6mol·L-1时的循环伏安和交流阻抗的 对比图。具体 的电化学 参数值见 表1。在活性材料为0.45mg石墨烯纸、电解质为6mol·L-1KOH溶液时,比电容达到了163.8F·g-1,明显高于一般活性炭和碳纳米管超级电容器,而且石墨烯纸本身具有自支撑性和柔韧性,不需要粘结剂和导电剂,组装简单容易,是一种非 常理想的超级电容器活性材料。 从图3(a)和3(b)分别给出了石墨烯纸超级电容器在20mV·s-1扫速时的循环伏安图和交流阻抗图。如图3(a)和表1所示,KOH溶液浓度从1mol·L-1到3mol·L-1再到6mol·L-1时,比电容值 分别为107.7F·g-1、149.6F·g-1、163.8F·g-1,溶液阻抗分别21.1Ω,6.05Ω,2.85Ω。可见,随着电解质浓度的增加,石墨烯纸超级电容器比电容量明显增加,溶液阻抗明显降低。首先,离子浓度 较大时,更多的离子会吸附在石墨烯纸材料微观孔隙表面,所以可以形成更大的电容。另一方面,电解质溶液对超级电容器电化学 性能的影响主要和其导电性、离子种类有关。溶液中电 荷的传递 是靠离子携带电荷传递的,影响电解质溶液的导电性的主要因素有:离子浓度、离子所带电荷数和离子的自由迁移率[1]。当电解质溶液种类相同时,浓度越大,溶液中的离子 浓度越大,电解质溶液的导电性越强,导致超级电容器在溶液中的电荷传输阻抗降低[6]。 2.3电解质种类的影响 图4和图5所示分别是石墨烯纸为活性材料的超级电容器在电解质溶液分别为1mol·L-1KOH、NaOH、LiOH和1mol·L-1KCl、NaCl、LiCl时的循环 伏安和交 流阻抗的 对比图。具体的电化学参数值同见表1。 我们可以看出不同阳离子和不同阴离子都对石墨烯超级电容器的电化学性能有很大的影响。如图4和图5所示,当阴离子不变,阳离子分别为K+、Na+、Li+时,超级电容器的比电容明显增加,溶液阻抗降低;当阳离子不变,阴离子分 别为OH-、Cl-时,比电容明显 降低,溶液阻抗 增加。这是因 为不同的离子尺寸与性质对超级电容器的性能的影响。离子外径尺寸关系为:K+>Na+>Li+,Cl->OH-,对于水系 电解质溶液,阳离子容易形成水合阳离子,尺寸有所增加,但是尺寸大小依然K+(H2O)>Na+(H2O)>Li+(H2O),阴离子则不易形成水合离子。当离子尺寸减小时,由于石墨 烯纸材料孔隙表面能够容纳更多的离子电荷,离子也更容易进入,从而显著增大比电容量,降低阻抗[7]。同时,因为离子自由迁移率与离子尺寸成反比,离子尺寸减小导致离子自由迁移率增大,电解质溶液的导电性增加,同样会使溶液阻抗降 低。对于阴离子OH-、Cl-,一方面由于离子尺寸大小使得碱性电解质溶液比中性氯化物电解质溶液提供更大的电容;另一方面,碱性电解质非常容易溶于水,从而具有非常高的电导率,也更容易随着水分子进入活性材料内。所以具有较小尺寸的氢氧化物电解质比中性氯化物电解质更适合做石墨烯纸超级电容器的电解质溶液。 3结论 通过水合肼还原氧化石墨烯溶液后真空抽滤制备的超薄柔性自支撑石墨烯纸经过一系列表征证明其还原程度高,是超级电容器理想的活性材料,具有很好的深入研究 价值。采用石墨烯纸为活性材料,分别以不同浓度和种类的水系电解液组装成超级电容器进行电化学测试。通过比 较发现,电解质浓度和种类对石墨烯纸超级电容器的电化学性能有很大影响。随着溶液浓度增大,活性材料比电容显著增大,溶液阻抗明显降低,其中6mol·L-1KOH时的比电容高达163.8F/g;阳离子K+、Na+、Li+直径逐渐减小,阴离子Cl-、OH-逐渐减小,同样地活性材料比电容显著增大,溶液阻抗明显降低。这是由于超级电容器电化学性能与活性材料储存电量和溶液导电性有关。离子浓度越大,导电性越好,电化学性 能越好;离子直径越小,电荷迁移率越高,活性材料可储存电量和溶液导电性都提高,电化学性能越好。所以,具有较小尺寸的碱金属氢氧化物饱和溶液更适合做超级电容器的电解质溶液。 摘要：采用改进后的Hummers法制备氧化石墨,经水合肼还原后制得超薄石墨烯纸材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、X射线衍射光谱(XRD)和X光电子能谱(XPS)等手段对制备的石墨烯纸进行表征。采用循环伏安和交流阻抗谱等电化学方法考察了水系电解质溶液浓度和电解质种类对石墨烯纸为活性材料的超级电容器电化学性能的影响。结果表明:随着电解质浓度的增加或阴阳离子尺寸的减小,石墨烯纸超级电容器比电容量明显增加,溶液阻抗明显降低;具有较小尺寸的碱金属氢氧化物饱和溶液更适合做超级电容器的电解质溶液。 关键词：石墨烯纸,超级电容器,水系电解质,电化学性能 参考文献 [1]Conway B E,Electrochemical supercapacitors:Scientific fundamentals and technological applications[M].New York:Kluwer Academic/Plenum Publisher,1999. [2]Stoller M D,Park S,Zhu Y,et al.[J].Nano Lett,2008,8(10):3498-502. [3]Bo Z,Wen Z H,Kim H,et al.[J].Carbon,2012,50(12):4379-4387. [4]Gwon H,Kim H S,Lee K U,et al.[J].Energy&Environmental Science,2011,4(4):1277-1283. [5]Yu A P,Roes I,Davies A,et al.[J].Applied Physics Letters,2010,96(25):253105. [6]Tian Y,Yan J W,Xue R,et al.[J].Acta Physico-Chimica Sinica,2011,27(2):479-485. [7]Li X,Rong J,Wei B.[J].Acs Nano,2010,4(10):6039-6049. [8]Ren P G,Yan D X,Ji X,et al.[J].Nanotechnology,2011,22(5):055705. [9]Stankovich S,Dikin D A,Piner R D,et al.[J].Carbon,2007,45(7):1558-1565.电解质溶液中离子浓度大小比较 篇4
电解液浓度 篇5
电解液浓度 篇6
电解液浓度 篇7
电解液浓度 篇8
电解液浓度 篇9