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金版教程 高考总复习首选用卷 化学
高考题型专练——水溶液中粒子浓度的关系与图像分析
1.(2023·辽宁卷)某废水处理过程中始终保持H2S饱和,即c(H2S)=0.1 mol·L-1,通过调节pH使Ni2+和Cd2+形成硫化物而分离,体系中pH与-lg c关系如下图所示,c为HS-、S2-、Ni2+和Cd2+的浓度,单位为mol·L-1。已知Ksp(NiS)>Ksp(CdS),下列说法正确的是( )
A.Ksp(CdS)=10-18.4
B.③为pH与-lg c(HS-)的关系曲线
C.Ka1(H2S)=10-8.1
D.Ka2(H2S)=10-14.7
答案 D
解析 H2S饱和溶液中,随pH升高,HS-、S2-浓度逐渐增大,Ni2+、Cd2+浓度逐渐减小,则-lg c(HS-)和-lg c(S2-)随pH的升高而减小,-lg c(Ni2+)和-lg c(Cd2+)随pH的升高而增大。pH相同时,HS-浓度大于S2-浓度,即-lg c(HS-)小于-lg c(S2-),则③为pH与-lg c(S2-)的关系曲线,④为pH与-lg c(HS-)的关系曲线;S2-浓度相同时,由于Ksp(NiS)>Ksp(CdS),所以Cd2+浓度更小,即-lg c(Ni2+)小于-lg c(Cd2+),则①为pH与-lg c(Cd2+)的关系曲线,②为pH与-lg c(Ni2+)的关系曲线。由点(4.9,13.0)可知,Ksp(CdS)=c(Cd2+)·c(S2-)=10-13×10-13=10-26,A错误;Ka1==为定值,代入④上两组数据计算,Ka1===10-7.1,④代表pH与-lg c(HS-)的关系曲线,B、C错误;取③上任一组数据计算Ka2(H2S)====10-14.7,D正确。
2.(2023·湖北卷)H2L为某邻苯二酚类配体,其pKa1=7.46,pKa2=12.4。常温下构建Fe(Ⅲ)H2L溶液体系,其中c0(Fe3+)=2.0×10-4 mol·L-1,c0(H2L)=5.0×10-3 mol·L-1。体系中含Fe物种的组分分布系数δ与pH的关系如图所示,分布系数δ(x)=,已知lg 2≈0.30,lg 3≈0.48。下列说法正确的是( )
A.当pH=1时,体系中c(H2L)>c([FeL]+)>c(OH-)>c(HL-)
B.pH在9.5~10.5之间,含L的物种主要为L2-
C.L2-+[FeL]+[FeL2]-的平衡常数的lg K约为14
D.当pH=10时,参与配位的c(L2-)≈1.0×10-3 mol·L-1
答案 C
解析 从题图中可以看出Fe(Ⅲ)主要与L2-进行络合,但在pH=1时,富含L的物种主要为H2L,此时电离出的HL-较少,根据H2L的一级电离常数可以简单计算pH=1时溶液中c(HL-)≈5×10-9.46 mol·L-1,但pH=1时c(OH-)=10-13 mol·L-1,此时含铁的物种为Fe3+和[FeL]+且相等,则c([FeL]+)=1×10-4 mol·L-1,因此这四种粒子的浓度大小为c(H2L)>c([FeL]+)>c(HL-)>c(OH-),A错误;当pH=10时,可计算==10-2.4,==102.54,故在pH=10时HL-的含量最大,B错误;L2-+[FeL]+[FeL2]-的平衡常数K=,当[FeL2]-与[FeL]+分布分数相等时(浓度均为1×10-4 mol·L-1),K=,此时体系的pH=4,===10-3.46,===10-8.4,则可认为此时体系中c(H2L)≈c0(H2L)=5.0×10-3 mol·L-1,Ka1·Ka2=,代入数据可以计算溶液中c(L2-)=5.0×10-14.86,则该络合反应的平衡常数K≈1014.16,即lg K≈14,C正确;根据题图,pH=10时溶液中主要的含Fe物种为[FeL3]3-和[FeL2(OH)]2-,其分布分数均为0.5,因此可以得到c([FeL3]3-)=c([FeL2(OH)]2-)=1×10-4 mol·L-1,此时形成[FeL3]3-消耗了3×10-4 mol·L-1的L2-,形成[FeL2(OH)]2-消耗了2×10-4 mol·L-1的L2-,共消耗了5×10-4 mol·L-1的L2-,即参与配位的c(L2-)≈5×10-4 mol·L-1,D错误。
3.(2023·新课标卷)向AgCl饱和溶液(有足量AgCl固体)中滴加氨水,发生反应Ag++NH3[Ag(NH3)]+和[Ag(NH3)]++NH3[Ag(NH3)2]+,lg [c(M)/(mol·L-1)]与lg [c(NH3)/(mol·L-1)]的关系如下图所示(其中M代表Ag+、Cl-、[Ag(NH3)]+或[Ag(NH3)2]+)。
下列说法错误的是( )
A.曲线Ⅰ可视为AgCl溶解度随NH3浓度变化曲线
B.AgCl的溶度积常数Ksp=c(Ag+)·c(Cl-)=10-9.75
C.反应[Ag(NH3)]++NH3[Ag(NH3)2]+的平衡常数K的值为103.81
D.c(NH3)=0.01 mol·L-1时,溶液中
c{[Ag(NH3)2]+}>c{[Ag(NH3)]+}>c(Ag+)
答案 A
解析 氯化银饱和溶液中银离子和氯离子的浓度相等,向饱和溶液中滴加氨水,溶液中银离子浓度减小,氯离子浓度增大、一氨合银离子浓度增大,继续滴加氨水,一氨合银离子浓度增大的幅度小于二氨合银离子,则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别表示二氨合银离子、一氨合银离子、银离子、氯离子与氨气浓度对数变化的曲线。氨的浓度较小时AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),浓度较大时AgCl(s)+2NH3[Ag(NH3)2]+(aq)+Cl-(aq),氯化银的溶解度曲线应与氯离子的曲线吻合,即为曲线Ⅳ,A错误;由题图可知,c(NH3)=10-1 mol·L-1时,c(Cl-)=10-2.35 mol·L-1,c(Ag+)=10-7.40 mol·L-1,则氯化银的溶度积常数Ksp=10-2.35×10-7.40=10-9.75,B正确;由题图可知,氨分子浓度对数为-1时,溶液中二氨合银离子和一氨合银离子的浓度分别为10-2.35 mol·L-1和10-5.16 mol·L-1,则[Ag(NH3)]++NH3[Ag(NH3)2]+的平衡常数K===103.81,C正确;由题图可知,c(NH3)=0.01 mol·L-1时,溶液中c{[Ag(NH3)2]+}>c{[Ag(NH3)]+}>c(Ag+),D正确。
4.(2022·重庆高考)某小组模拟成垢-除垢过程如下。
100 mL 0.1 mol·L-1 CaCl2水溶液 ……
忽略体积变化,且步骤②中反应完全。下列说法正确的是( )
A.经过步骤①,溶液中c(Ca2+)+c(Na+)=c(Cl-)
B.经过步骤②,溶液中c(Na+)=4c(SO)
C.经过步骤②,溶液中c(Cl-)=c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)
D.经过步骤③,溶液中c(CH3COOH)+
c(CH3COO-)=c(Cl-)
答案 D
解析 步骤①,CaCl2和Na2SO4恰好完全反应:CaCl2+Na2SO4===CaSO4↓+2NaCl,得到0.01 mol CaSO4和0.02 mol NaCl,根据元素质量守恒知c(Na+)=c(Cl-),A错误;步骤②,发生反应:CaSO4+Na2CO3===CaCO3+Na2SO4,生成0.01 mol Na2SO4,剩余0.01 mol Na2CO3和0.02 mol NaCl,c(Na+)=6c(SO),B错误;经过步骤②,溶液中存在元素质量守恒c(Cl-)=2[c( CO)+c(HCO)+c(H2CO3)],C错误;步骤③加入0.02 mol冰醋酸,c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=c(Cl-),D正确。
5.(2021·辽宁高考)用0.1000 mol·L-1盐酸滴定20.00 mL Na2A溶液,溶液中H2A、HA-、A2-的分布分数δ随pH变化曲线及滴定曲线如图。下列说法正确的是( )
A.H2A的Ka1为10-10.25
B.c点:c(HA-)>c(A2-)>c(H2A)
C.第一次突变,可选酚酞作指示剂
D.c(Na2A)=0.2000 mol·L-1
答案 C
解析 用0.1000 mol·L-1盐酸滴定20.00 mL Na2A溶液,pH较大时A2-的分布分数δ最大,随着pH的减小,A2-的分布分数δ逐渐减小,HA-的分布分数δ逐渐增大,恰好生成NaHA之后,HA-的分布分数δ逐渐减小,H2A的分布分数δ逐渐增大,表示H2A、HA-、A2-的分布分数δ的曲线如图所示。
H2A的Ka1=,根据上图交点1计算可知Ka1=10-6.38,A错误;根据题图可知c点时c(HA-)>c(H2A)>c(A2-),B错误;根据题图可知第一次滴定突跃溶液呈碱性,所以可以选择酚酞作指示剂,C正确;根据题图e点可知,当加入盐酸40 mL时,全部生成H2A,根据Na2A+2HCl===2NaCl+H2A计算可知,c(Na2A)=0.1000 mol·L-1,D错误。
6.(2021·全国甲卷)已知相同温度下,Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3)。某温度下,饱和溶液中
-lg [c(SO)]、-lg [c(CO)]与
-lg [c(Ba2+)]的关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A.曲线①代表BaCO3的沉淀溶解曲线
B.该温度下BaSO4的Ksp(BaSO4)值为1.0×10-10
C.加适量BaCl2固体可使溶液由a点变到b点
D.c(Ba2+)=10-5.1时两溶液中=10y2-y1
答案 B
解析 BaCO3、BaSO4均为难溶物,饱和溶液中-lg [c(Ba2+)]+{-lg [c(SO)]}=-lg [c(Ba2+)×c(SO)]=-lg [Ksp(BaSO4)],同理可知溶液中-lg [c(Ba2+)]+{-lg [c(CO)]}=-lg [Ksp(BaCO3)],因Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3),则-lg [Ksp(BaCO3)]<-lg [Ksp(BaSO4)],由此可知曲线①为-lg [c(Ba2+)]与-lg [c(SO)]的关系,曲线②为-lg [c(Ba2+)]与-lg [c(CO)]的关系。由上述分析可知,曲线①为BaSO4的沉淀溶解曲线,A错误;由题图可知,当溶液中-lg [c(Ba2+)]=3时,-lg [c(SO)]=7,即c(Ba2+)=10-3 mol/L,c(SO)=10-7 mol/L,则Ksp(BaSO4)=c(Ba2+)·c(SO)=1.0×10-10,B正确;向饱和BaCO3溶液中加入适量BaCl2固体后,溶液中c(Ba2+)增大,根据温度不变则Ksp(BaCO3)不变可知,溶液中c(CO)将减小,因此a点将沿曲线②向左上方移动,C错误;由题图可知,当溶液中c(Ba2+)=10-5.1时,两溶液中==,D错误。
7.(2023·河北邢台高三一模)已知常温下水溶液中H2A、HA-、A2-、HB、B-的分布分数δ随pH变化曲线如图1;溶液中-lg c(Ca2+)和-lg c(A2-)关系如图2。用0.0100 mol·L-1 H2A溶液滴定20.00 mL 0.0100 mol·L-1 CaB2溶液,下列说法错误的是( )
A.曲线d表示δ(HB)
B.B-的水解平衡常数Kh(B-)=10-5.7
C.滴定过程中溶液会变浑浊
D.滴定过程中始终存在:c(HA-)+2c(A2-)+c(OH-)=c(HB)+c(H+)
答案 D
解析 由题图信息可知,H2A为二元弱酸,H2AH++HA-、HA-H++A2-,用0.0100 mol·L-1 H2A溶液滴定20.00 mL 0.0100 mol·L-1 CaB2溶液,发生反应:H2A+CaB2===2HB+CaA,则酸性H2A>HB,故曲线a代表H2A溶液,曲线b代表HA-,曲线c代表A2-,曲线d代表HB,曲线e代表B-,A正确;由题图可知,pH=8.3时,曲线d、e有交点,则c(H+)=10-8.3,c(HB)=c(B-),由HBH++B-可知,Ka(HB)==c(H+)=10-8.3,则Kh(B-)===10-5.7,B正确;由图2可知,钙离子浓度随着A2-浓度增大而减小,说明两者不能大量共存,滴定过程中会有CaA沉淀生成,C正确;若滴定过程中不产生沉淀,则根据电荷守恒:c(HA-)+2c(A2-)+c(OH-)+c(B-)=2c(Ca2+)+c(H+),元素质量守恒:2c(Ca2+)=c(HB)+c(B-),则c(HA-)+2c(A2-)+c(OH-)=c(H+)+c(HB),但随着H2A溶液的滴入,Ca2+产生CaA沉淀而析出,溶液中2c(Ca2+)≠c(HB)+c(B-),则c(HA-)+2c(A2-)+c(OH-)≠c(H+)+c(HB),D错误。
8.(2023·安徽省蚌埠市高三三模)百里酚蓝(以下记为H2A)是一种有机弱酸,结构如图1所示,其电离平衡可表示为:H2A红色 H++HA-黄色、HA-黄色 H++A2-蓝色;25 ℃时0.1 mol·L-1溶液中,H2A、HA-、A2-的分布分数δ与pH的变化关系如图2所示。已知:δ(A2-)=。
下列说法不正确的是( )
A.溶液由黄色变为蓝色原因是酚羟基发生了变化
B.δ(HA-)=
C.pH=7.0:c(HA-)>c(A2-)>c(H2A)>c(H+)=c(OH-)
D.NaOH滴定CH3COOH,可用H2A作指示剂,溶液由红色变为黄色且半分钟内不复原即为滴定终点
答案 D
解析 随着pH的增大,HA-在增大,H2A在减小,随着pH的进一步增大,则HA-在减小,A2-在增大。滴定终点为醋酸钠溶液,溶液显碱性,根据题给信息可知,此时溶液应该由黄色变蓝色,D错误。
9.(2023·河北省张家口市高三二模)N2H4的水溶液呈碱性,其电离方程式可表示为N2H4+H2ON2H+OH-,N2H+H2ON2H+OH-。常温下,用N2H4的水溶液滴定盐酸,滴定过程中三种含氮微粒的物质的量分布分数与溶液pH的关系如图所示,下列说法错误的是( )
A.曲线Ⅰ代表的微粒是N2H
B.pH=7时,c(N2H)>c(N2H4)>c(N2H)
C.Kb2(N2H4)=10-7.94
D.b点时溶液中存在:c(N2H4)+c(N2H)+c(N2H)+c(H+)=c(OH-)+c(Cl-)
答案 C
解析 pH越大,N2H4越多,所以曲线Ⅰ代表的微粒是N2H,A正确;pH=7时根据图像可知,c(N2H)>c(N2H4)>c(N2H),B正确;根据交点a可知,c(N2H)=c(N2H),Kb2(N2H4)==c(OH-)==10-13.74,C错误;根据电荷守恒可知,c(N2H)+2c(N2H)+c(H+)=c(OH-)+c(Cl-),b点时溶液中存在c(N2H)=c(N2H4),所以溶液中存在c(N2H4)+c(N2H)+c(N2H)+c(H+)=c(OH-)+c(Cl-),D正确。
10.(2023·辽宁省沈阳市高三二模)25 ℃时,向H3RO3溶液中加入NaOH溶液,所有含R微粒的lg cpOH关系如图所示:
已知:pOH=-lg c(OH-),a、b、c三点的坐标:a(7.3,-1.3)、b(10.0,-3.6)、c(12.6,-1.3)。
下列叙述中错误的是( )
A.Na2HRO3属于正盐
B.曲线②表示lg c(H2RO)随pOH的变化
C.a点溶液中,c(Na+)+c(H+)=3c(H2RO)+c(OH-)
D.反应H3RO3+HRO2H2RO的平衡常数K=10-5.3
答案 D
解析 由电离常数公式可知,当溶液中含R微粒的浓度相等时,电离常数与溶液中的氢离子浓度相等;由题图可知,含R微粒只有3条曲线说明H3RO3为二元弱酸,Na2HRO3为正盐,由多元弱酸分步电离,以一级电离为主可知,一级电离常数大于二级电离常数,则曲线③表示lg c(H3RO3)随pOH的变化、曲线②表示lg c(H2RO)随pOH的变化、曲线①表示lg c(HRO)随pOH的变化,由c点数据可知,H3RO3的电离常数Ka1(H3RO3)=10-1.4,由a点数据可知,H3RO3的电离常数Ka2(H3RO3)=10-6.7。由方程式可知,反应的平衡常数K=====105.3,D错误。
11.(2023·河北唐山高三二模)已知HA、HB均为一元弱酸,且Ka(HA)=2×10-3,向20 mL 0.1 mol·L-1的NaB溶液中逐滴滴加等浓度的HA溶液,溶液中lg 与lg 的变化关系如图所示:
下列说法错误的是( )
A.Ka(HB)=2×10-4
B.pH=7时,c(A-)·c(HB)>c(B-)·c(HA)
C.滴入HA溶液10 mL时,c(A-)+c(OH-)=c(H+)+c(HB)
D.滴入HA溶液20 mL时,c(Na+)>c(HB)>c(A-)
答案 D
解析 从题图中可以看出,当c(HA)=c(HB)时,c(A-)=10c(B-)。Ka(HA)=,Ka(HB)=,两式相除得=,将Ka(HA)=2×10-3、c(HA)=c(HB)、c(A-)=10c(B-)代入可得Ka(HB)=2×10-4,A正确;===10>1,所以c(A-)·c(HB)>c(B-)·c(HA),B正确;滴入HA溶液10 mL时,溶液中有电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(A-)+c(B-),元素质量守恒:c(Na+)=c(HB)+c(B-),整理可得c(A-)+c(OH-)=c(H+)+c(HB),C正确;滴入HA溶液20 mL时,NaB和HA恰好完全反应生成等物质的量的NaA和HB,NaA是强电解质,完全电离,Na+浓度最大,A-水解,HB电离,A-的水解常数为==5×10-12,HB的电离常数为2×10-4,HB的电离程度大于A-的水解程度,所以溶液中c(A-)>c(HB),D错误。
12.(2023·山东省枣庄市高三二模)常温下,向1升1.0 mol·L-1的NaClO溶液中缓慢通入SO2气体,使其充分吸收,溶液pH与通入SO2的物质的量关系如图所示(忽略溶液体积变化及NaClO、HClO的分解,以上发生的氧化还原反应均为不可逆反应)。下列说法错误的是( )
A.常温下,HClO电离平衡常数的数量级为10-8
B.a点溶液中:c(ClO-)<c(HClO)
C.b点溶液中:c(Cl-)+c(SO)>c(ClO-)+c(HClO)
D.c点溶液中:c(Cl-)+2c(SO)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)
答案 C
解析 向NaClO溶液中通入SO2气体,开始时发生反应:
①3NaClO+SO2+H2O===NaCl+2HClO+Na2SO4,当NaClO完全转变为HClO之后,再继续发生反应:②HClO+SO2+H2O===HCl+H2SO4,所以b点恰好发生反应①,NaClO全部转变为NaCl和HClO,c点恰好发生反应②。由分析可知,b点恰好发生反应①,b点溶液为 mol·L-1 HClO、 mol·L-1 NaCl和 mol·L-1 Na2SO4的混合溶液,此时pH=3.8,则HClO电离平衡常数Ka≈=1.5×10-7.6,数量级为10-8,故A正确;对于a点,当通入n(SO2)=0.2 mol时,溶液中溶质为n(NaClO)=n(HClO)=0.4 mol,此时pH>7,溶液呈碱性,说明ClO-在溶液中的水解程度大于HClO的电离,则c(ClO-)<c(HClO),故B正确;由分析可知,b点为恰好发生反应:3NaClO+SO2+H2O===NaCl+2HClO+Na2SO4,通入n(SO2)= mol,则此时溶质n(NaCl)= mol,n(HClO)= mol,n(Na2SO4)= mol,由元素质量守恒可知, mol·L-1=c(ClO-)+c(HClO)=c(Cl-)+c(SO),故C错误;由分析可知,c点恰好完全反应,溶液中存在电荷守恒c(Cl-)+2c(SO)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+),故D正确。
13.(2023·辽宁高考考前预测卷)难溶物SrF2可溶于盐酸。常温下,用HCl调节SrF2浊液的pH,测得在不同pH条件下,体系中-lg c(X)(X为Sr2+或F-)与lg 的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.L1代表-lg c(Sr2+)与lg 的变化曲线
B.a、c两点的溶液中均存在2c(Sr2+)=c(F-)+c(HF)
C.Ka(HF)的数量级为10-7
D.c点的溶液中存在c(Sr2+)>c(Cl-)
答案 B
解析 设HF的电离平衡常数为Ka,==×,随lg 增大,F-浓度增大,因存在溶解平衡SrF2(s)Sr2+(aq)+2F-(aq),F-浓度越大,Sr2+的浓度越小,所以L1代表-lg c(F-)与lg 的变化曲线,L2代表-lg c(Sr2+)与lg 的变化曲线,A错误;根据题图可知,lg =1时,-lg c(F-)=2.2,Ka(HF)==0.1×10-2.2=10-3.2,Ka(HF)的数量级为10-4,C错误;根据电荷守恒,2c(Sr2+)+c(H+)=c(F-)+c(Cl-)+c(OH-),c点处c(Sr2+)=c(F-),2c(Sr2+)=c(F-)+c(HF),则c点处c(F-)=c(HF),又由Ka(HF)=10-3.2知,c(H+)=10-3.2 mol·L-1,pH=3.2<7,溶液呈酸性,所以c(Sr2+)<c(Cl-),D错误。
14.(2023·广州市高三二模)常温下,向含有CH3COOH、CuSO4、FeSO4的工业废水中逐滴加入NaOH溶液,pM随pH的变化关系如图所示。
已知:Ka(CH3COOH)=10-4.8,Ksp[Cu(OH)2]=10-19.7。若溶液中离子浓度小于10-5 mol·L-1,认为该离子沉淀完全。下列说法不正确的是( )
A.曲线①表示-lg c(Cu2+)与pH的关系
B.pH=5时,溶液中c(CH3COOH)>c(CH3COO-)
C.pH=7时,可认为Cu2+沉淀完全
D.pH=9时,=10-3.4
答案 B
解析 -lg =-lg =-lg ,当pH=5时,将Ka代入该式,可知-lg =0.2,可知曲线②表示-lg 与pH的关系;当c(Cu2+)=10-5 mol·L-1,c(OH-)== mol·L-1=10-7.35 mol·L-1,此时pH=6.65,故曲线①表示-lg c(Cu2+)与pH的关系,曲线③表示-lg c(Fe2+)与pH的关系。由上述分析及题图知,当pH=5时,-lg >0,<1,故溶液中c(CH3COOH)<c(CH3COO-),B错误。
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