碳酸钠溶液呈碱性是由于其水溶液中的碳酸根离子发生水解反应,导致氢氧根离子浓度增加。具体原因如下:
碳酸根离子的水解反应
碳酸钠($Na_2CO_3$)在水中完全电离为钠离子($Na^+$)和碳酸根离子($CO_3^{2-}$)。碳酸根离子是弱酸(碳酸)的共轭碱,会与水中的氢离子($H^+$)结合,形成碳酸氢根离子($HCO_3^-$)和氢氧根离子($OH^-$),反应式为:
$$
CO_3^{2-} + H_2O leftrightarrow HCO_3^- + OH^-
$$
该反应消耗了水中的氢离子,导致氢氧根离子浓度升高,溶液呈碱性。
水解反应的驱动力
碳酸是二元弱酸,其一级电离完全($H_2CO_3 leftrightarrow H^+ + HCO_3^-$),二级电离($HCO_3^- leftrightarrow H^+ + CO_3^{2-}$)程度极小。因此,碳酸根离子主要通过一级电离产生的碳酸氢根进一步水解,增强碱性。
溶液pH值表现
由于水解后氢氧根离子浓度显著增加,碳酸钠溶液的pH值通常在10.6-11.6之间,属于强碱性。
总结 :碳酸钠溶液的碱性源于碳酸根离子的水解作用,该过程通过消耗氢离子、生成氢氧根离子,最终使溶液呈碱性。