第9章 关键能力之数据处理——水溶液中4大常数及应用-【名师导航】2025年高考化学一轮总复习课件（人教版）

第九章 水溶液中的离子反应与平衡 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 1 1．(2023·湖南卷)常温下，用浓度为 0.020 0 mol·L-1的NaOH标准溶液滴定浓度均为 0.020 0 mol·L-1 的HCl和CH3COOH的混合溶液，滴定 过程中溶液的pH随 η 的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A．Ka(CH3COOH)约为10-4.76 B．点a：c(Na＋)＝c(Cl－)＝c(CH3COO－)＋c(CH3COOH) C．点b：c(CH3COOH)<c(CH3COO－) D．水的电离程度：a<b<c<d √ 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 D　解析：点a溶液中η＝1.00，此时溶液中c(CH3COOH)＝0.01 mol·L-1， c(H＋)＝10-3.38 mol·L-1，c(CH3COO－)≈c(H＋)＝10-3.38 mol·L-1，则Ka(CH3COOH)≈＝10-4.76，A正确；点a溶液中根据元素守恒可得 c(Na＋)＝c(Cl－)＝c(CH3COO－)＋c(CH3COOH)＝0.01 mol·L-1，B正确；点b溶液中的溶质为NaCl和等浓度的CH3COONa、CH3COOH，由题图可知，点b溶液呈酸性，则CH3COOH的电离程度大于CH3COO－的水解程度，故c(CH3COOH)<c(CH3COO－)，C正确；点c溶液中η＝2.00，此时溶液中的溶质为NaCl和CH3COONa，CH3COO－水解会促进水的电离，点d溶液中的溶质为NaCl、CH3COONa和NaOH，OH－抑制水的电离，点a、b的溶液均为酸性， H＋抑制水的电离，故水的电离程度最大的是点c，D错误。 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 2．(2023·山东卷)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2+、Li＋、Cl－、和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下所示： 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10-2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 回答下列问题： (1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O⥫⥬H＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10-9.24)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10 mol·L-1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2- 水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为________________________________，该溶液pH＝________。 (2)滤渣Ⅰ的主要成分是________(填化学式)；精制 Ⅰ 后溶液中Li＋的浓度为2.0 mol·L-1，则常温下精制Ⅱ过程中浓度应控制在________ mol·L-1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加________(填化学式)的用量。 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 (3)精制Ⅱ的目的是__________________________________________________； 进行操作X时应选择的试剂是________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致____________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 解析：(1)[B4O5(OH)4]2-水解生成等物质的量浓度的B(OH)3、[B(OH)4]－，则[B4O5(OH)4]2-水解反应的离子方程式为[B4O5(OH)4]2-＋5H2O⥫⥬2B(OH)3＋2[B(OH)4]－。Ka＝，因为在[B4O5(OH)4]2-的水解反应中，c{[B(OH)4]－}＝c[B(OH)3]，故c(H＋)＝Ka＝10-9.24 mol·L-1，则溶液pH＝9.24。(2)对比题给工艺流程图中前面脱硼及后续沉锂可知，滤渣Ⅰ不可能是含硼元素或锂元素的化合物，故精制Ⅰ中加入生石灰是为了除去水浸后滤液中残留的Mg2+、，则滤渣Ⅰ的主要成分为 Mg(OH)2、CaSO4。因Ksp(Li2CO3)＝ 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 2.2×10-2，则＝ mol·L-1＝5.5×10-3 mol·L-1，即浓度应该控制在5.5×10-3 mol·L-1以下。脱硼后溶液显酸性(脱硼加入过量盐酸及Mg2+水解使溶液显酸性)，若不进行后续的煅烧操作，则会使精制Ⅰ消耗更多的CaO。(3)精制Ⅱ的目的是除去Ca2+，所以若没有精制Ⅱ，则在沉锂过程中会生成CaCO3而使Li2CO3不纯。若不经过操作X，由于溶液呈碱性，所以经过浓缩后会使得LiOH和Li2CO3提前沉淀而使Li2CO3的产率降低，所以需用盐酸来调节Na2CO3的加入量。 答案：(1)[B4O5(OH)4]2-＋5H2O⥫⥬2B(OH)3＋2[B(OH)4]－　9.24 (2)Mg(OH)2、CaSO4　5.5×10-3　CaO (3)提高Li2CO3的纯度，避免混有CaCO3杂质　稀盐酸　LiOH和Li2CO3提前沉淀，Li2CO3的产率降低 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 (1)水溶液中的四大平衡常数是高考必考考点之一，其中题型多以选择题或填空题为主。以选择题的形式出现时，主要是以图像为载体，结合四大平衡常数的计算、离子浓度的比较等核心知识进行考查，其中结合数学思维中的数形结合与对数函数、指数函数等相关知识的考查是难点。 (2)以填空题形式出现的时候，主要涉及各类平衡常数的应用、pH的求算、根据各类平衡常数进行条件的选择、粒子浓度的计算等的相关知识点的考查。这就要求在复习的过程中以必备知识为主题，阅读题干、发现本质、寻求规律，充分利用各类平衡常数之间的换算关系，结合图形变化规律，进而完成必备知识在新情境中的正确迁移。 命题分析 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 1．四大平衡常数之间的关系 (1)Ka(Kb)、Kw、Ksp、Kh之间的关系 ①一元弱酸强碱盐：Kh＝Kw/Ka。 ②一元弱碱强酸盐：Kh＝Kw/Kb。 ③多元弱碱强酸盐，如氯化铁：Fe3+(aq)＋3H2O(l)⥫⥬Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)。 Kh＝c3(H＋)/c(Fe3+)，将＝c3(H＋)·c3(OH－)与Ksp＝c(Fe3+)·c3(OH－)两式相除，消去c3(OH－)可得Kh＝/Ksp。 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 (2)M(OH)n悬浊液中Ksp/Kw、pH间的关系 M(OH)n(s)⥫⥬Mn＋(aq)＋nOH－(aq) Ksp＝c(Mn＋)·cn(OH－)＝c(OH－)/n×cn(OH－)＝cn+1 (OH－)/n＝ (Kw/10－pH)n+1/n。 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 比较项目 定义 表达式 影响因素 电离 常数 (Ka、Kb) 在一定条件下达到电离平衡时，弱电解质电离形成的各种离子的浓度的乘积与溶液中未电离的分子的浓度之比是一个常数，这个常数称为电离常数 (1)对于一元弱酸HA： HA⥫⥬H＋＋A－，电离常数 Ka＝ (2)对于一元弱碱BOH：BOH⥫⥬B＋＋OH－，电离常数Kb＝ 只与温度有关，升高温度，K值增大 2．四大常数的对比 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 比较项目 定义 表达式 影响因素 水的离子 积常数(Kw) 一定温度下，水或稀的水溶液中c(OH－)与c(H＋)的乘积 Kw＝c(OH－)· c(H＋) 只与温度有关，升高温度，Kw增大 难溶电解 质的溶度 积常数(Ksp) 在一定温度下，在难溶电解质的饱和溶液中，各离子浓度幂之积为一个常数 MmAn的饱和溶液： Ksp＝c m(Mn＋)· cn(Am－) 只与难溶电解质的性质和温度有关 盐类 的水 解常 数(Kh) 在一定温度下，当盐类水解反应达到化学平衡时，反应产物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的盐类水解平衡常数 以＋H2O⥫⥬ NH3·H2O＋H＋为例 Kh＝ 盐的水解程度随温度的升高而增大，Kh随温度的升高而增大 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 1．(2023·浙江1月选考)碳酸钙是常见难溶物，将过量碳酸钙粉末置于水中达到溶解平衡：(aq)[已知Ksp(CaCO3)＝3.4× 10-9，Ksp(CaSO4)＝4.9×10-5，H2CO3的电离常数Kal＝4.5×10-7，Ka2＝4.7× 10-11]。下列有关说法正确的是(　　) A．上层清液中存在c(Ca2+)＝) B．上层清液中含碳微粒最主要以形式存在 C．向体系中通入CO2气体，溶液中c(Ca2+)保持不变 D．通过加Na2SO4溶液可实现CaCO3向CaSO4的有效转化 √ 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 B　解析：上层清液为CaCO3的饱和溶液水解生成，因此)，A错误；根据Ka2＝4.7×10-11可得＝4.7×10-11，则的水解平衡常数Kh＝＝≈2×10-4，说明的水解程度较大，则上层清液中含碳微粒主要为，B正确；向体系中通入CO2，CaCO3与CO2反应生成Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2易溶于水，则溶液中Ca2+浓度增大，C错误；由题干可知，Ksp(CaCO3)＝3.4×10-9，Ksp(CaSO4)＝4.9×10-5，CaCO3比CaSO4更难溶，加入Na2SO4溶液后CaCO3不会转化成CaSO4，D错误。 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 2．(2022·海南卷)(双选)NaClO溶液具有漂白能力。已知25 ℃时，Ka(HClO)＝4.0×10-8。下列关于NaClO溶液说法正确的是(　　) A．0.01 mol·L-1溶液中，c(ClO－)<0.01 mol·L-1 B．长期露置在空气中，释放Cl2，漂白能力减弱 C．通入过量SO2，反应的离子方程式为＋HClO D．25 ℃，pH＝7.0的NaClO和HClO的混合溶液中，c(HClO)>c(ClO－)＝ c(Na＋) √ √ 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 AD　解析：NaClO溶液中ClO－会水解，故0.01 mol·L-1 NaClO溶液中 c(ClO－)＜0.01 mol·L-1，A正确；漂白粉的有效成分为Ca(ClO)2，长期露置在空气中容易和CO2发生反应而失效，其反应的化学方程式为 Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3＋2HClO，HClO再分解为HCl和O2，不会释放Cl2，B错误；将过量的SO2通入NaClO溶液中，SO2被氧化：＋2H＋，C错误；根据25 ℃时HClO的电离常数Ka可知，当c(HClO)＝c(ClO－)时，c(H＋)＝Ka＝4.0×10-8 mol·L-1，pH≈7.4，则pH＝7时，c(HClO)＞c(ClO－)，NaClO和HClO的混合溶液中，存在电荷守恒：c(ClO－)＋c(OH－)＝c(H＋)＋c(Na＋)，则c(ClO－)＝c(Na＋)，又c(HClO)＞c(ClO－)，所以 c(HClO)＞c(ClO－)＝c(Na＋)，D正确。 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 3．已知：pNi＝－lg c(Ni2+)；常温下，Ksp(NiCO3)＝1.4×10-7，H2S的电离平衡常数：Ka1＝1.3×10-7，Ka2＝7.1×10-15。常温下，向10 mL 0.1 mol·L-1 Ni(NO3)2溶液中滴加0.1 mol·L-1 Na2S溶液，滴加过程中pNi与Na2S溶液体积的关系如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．E、F、G三点中，F点对应溶液中水电离程度最小 B．常温下，Ksp(NiS)＝1×10-21 C．在NiS和NiCO3的浊液中＝1.4×1014 D．Na2S溶液中，S2-第一步水解常数Kh1＝ √ 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 D　解析：A项，Ni(NO3)2是强酸弱碱盐，Na2S是强碱弱酸盐，它们都能促进水的电离，F点表示Ni(NO3)2 和Na2S恰好完全反应，溶液中溶质是NaNO3，水的电离程度最小，正确；B项，F点，10 mL 0.1 mol·L-1 Ni(NO3)2溶液和10 mL 0.1 mol·L-1 Na2S溶液恰好完全反应，c(Ni2+)＝c(S2-)＝10-10.5 mol·L-1，NiS(s)⥫⥬Ni2+(aq)＋S2-(aq)，Ksp(NiS)＝c(Ni2+)·c(S2-)＝1×10-21，正确；C项(aq)，K＝＝＝1.4×1014，正确；D项，S2-＋H2O⥫⥬HS－＋OH－，Kh1＝＝，错误。 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 4．(2024·吉林、黑龙江适应性测试)室温下，向c(Al3+)、c(Zn2+)均为0.1 mol·L-1的混合溶液中持续通入H2S气体，始终保持H2S饱和(H2S的物质的量浓度为 0.1 mol·L-1)，通过调节pH使Al3+、Zn2+分别沉淀，溶液中－lg c与pH的关系如下图所示。其中，c表示Al3+、Zn2+、OH－和S2-的物质的量浓度的数值，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10-17。下列说法错误的是(　　) A．①代表－lg c(S2-)与pH的关系曲线 B．pH逐渐增大时，溶液中优先析出的沉淀为ZnS C．Al(OH)3的Ksp＝10-32.8 D．Zn2+＋H2S⥫⥬ZnS↓＋2H＋的平衡常数K＝10-0.4 √ 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 D　解析：由于c(Al3+)、c(Zn2+)均为0.1 mol·L-1，则曲线③④表示－lg c(Al3+)或－lg c(Zn2+)与pH的关系，纵坐标表示的为－lg c，则离子浓度越小，－lg c越大，则曲线①代表－lg c(S2-)与pH的关系，曲线②代表－lg c(OH－)与pH的关系。根据曲线②与曲线④的交点坐标(5.8，8.2)，可知此时pH＝5.8，则c(OH－)＝10-8.2 mol·L-1，同时根据Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10-17可判断出曲线④为－lg c(Al3+)与pH的关系，曲线③为－lg c(Zn2+)与pH的关系。由分析可知，①代表 －lg c(S2-) 与pH的关系，A正确；曲线①代表 －lg c(S2-) 与pH的关系，曲线③为－lg c(Zn2+)与pH的关系，则根据二者交点(5.6，10.8)可知，Ksp(ZnS)＝c(Zn2+)·c(S2-)＝10-10.8×10-10.8＝10-21.6，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10-17，当c(Zn2+)为 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 0.1 mol·L-1 时，随pH逐渐增大，溶液中优先析出的沉淀为ZnS，B正确；曲线②代表－lg c(OH－)与pH的关系，曲线④为－lg c(Al3+)与pH的关系，根据曲线②与曲线④的交点坐标(5.8，8.2)，可知此时pH＝5.8，则c(OH－)＝10-8.2 mol·L-1，c(Al3+)＝10-8.2 mol·L-1，则 Ksp[Al(OH)3]＝c(Al3+)·c3(OH－)＝10-8.2 ×(10-8.2)3＝10-32.8，C正确；Zn2+＋H2S⥫⥬ZnS↓＋2H＋的平衡常数表达式为K＝＝＝，曲线①代表－lg c(S2-)与pH的关系，曲线③为－lg c(Zn2+)与pH的关系，则根据二者交点(5.6，10.8)可知，此时 c(S2-)＝10-10.8 mol·L-1，c(H＋)＝10-5.6 mol·L-1，c(H2S)＝0.1 mol·L-1，Ksp(ZnS)＝10-21.6，代入数据可得，K＝100.6，D错误。 关键能力之数据处理——水溶液中四大常数及应用 $$