向1L、0.15mol/L的NaOH溶液中,缓慢通入标准状况下的CO2 2.24L,待完全反应后,求关系式

题目

向1L、0.15mol/L的NaOH溶液中,缓慢通入标准状况下的CO2 2.24L,待完全反应后,求关系式
为什么2c[OH-]+c[CO32-]=c[HCO3-]+2c[H+]+3c[H2CO3]是正确的

答案

所求的式子可变形为2([OH-]-[H+])+([CO32-]-[HCO3-])-3[H2CO3]=0
通入CO2发生反应3NaOH+2CO2=Na2CO3+NaHCO3+H2O
可以认为反应后混合液溶质为0.05mol/L的碳酸钠和0.05mol/L的碳酸氢钠
不考虑水解和电离,初始状态[H+]=[OH-]=10^-7mol/L,[CO32-]=[HCO3-]=0.05mol/L
再考虑水解CO32- + H2O = HCO3- + OH- (1)
HCO3- + H2O = H2CO3 + OH- (2)
再考虑电离 HCO3- = CO32- + H+ (3)
设(1)(2)(3)反应浓度分别为c1,c2,c3
则[H2CO3]=c2,[CO32-]=0.05mol/L-c1+c3,[HCO3-]=0.05mol/L+c1-c2-c3,[CO32-]-[HCO3-]=-2c1+c2+2c3
初始[H+]=[OH-],(1) (2)反应生成的OH-会与(3)反应生成的H+反应生成水,所以[OH-]-[H+]=c1+c2-c3
所以2([OH-]-[H+])+([CO32-]-[HCO3-])-3[H2CO3]=2(c1+c2-c3)+(-2c1+c2+2c3)-3c2=0,即证