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3.“对数图像”的分析应用
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对数图像模型
1.(配合物|2024·河北卷11题)在水溶液中,CN-可与多种金属离子形成配离子。X、Y、Z三种金属离子分别与CN-形成配离子达平衡时,lgeq \f(c金属离子,c配离子)与-lg c(CN-)的关系如图。
下列说法正确的是( )
A.99%的X、Y转化为配离子时,两溶液中CN-的平衡浓度:X>Y
B.向Q点X、Z的混合液中加少量可溶性Y盐,达平衡时eq \f(cX,cX配离子)>eq \f(cZ,cZ配离子)
C.由Y和Z分别制备等物质的量的配离子时,消耗CN-的物质的量:Y<Z
D.若相关离子的浓度关系如P点所示,Y配离子的解离速率小于生成速率
解析:B [99%的X、Y转化为配离子时,溶液中eq \f(cX,cX配离子)=eq \f(cY,cY配离子)=eq \f(1%,99%),则lgeq \f(cX,cX配离子)=lgeq \f(cY,cY配离子)≈-2,根据图像可知,纵坐标约为-2时,溶液中-lg cX(CN-)>-lg cY(CN-),则溶液中CN-的平衡浓度:X<Y,A错误。Q点时,lgeq \f(cX,cX配离子)=lgeq \f(cZ,cZ配离子),即eq \f(cX,cX配离子)=eq \f(cZ,cZ配离子),加入少量可溶性Y盐后,会消耗CN-形成
Y配离子,使得溶液中c(CN-)减小(沿横坐标轴向右移动),lgeq \f(cX,cX配离子)与lgeq \f(cZ,cZ配离子)曲线在Q点相交后,随着-lg c(CN-)继续增大,X对应曲线位于Z对应曲线上方,即lgeq \f(cX,cX配离子)>lgeq \f(cZ,cZ配离子),则eq \f(cX,cX配离子)>eq \f(cZ,cZ配离子),B正确。设金属离子形成配离子的离子方程式为金属离子+mCN-===配离子,则平衡常数K=eq \f(c配离子,c金属离子·cmCN-),
lg K=lgeq \f(c配离子,c金属离子)-mlg c(CN-)=-lgeq \f(c金属离子,c配离子)-mlg c(CN-),即lgeq \f(c金属离子,c配离子)=-mlg c(CN-)-lg K,故X、Y、Z三种金属离子形成配离子时结合的CN-越多,对应lgeq \f(c金属离子,c配离子)~-lg c(CN-)曲线斜率越
大,由题图知,曲线斜率:Y>Z,则由Y、Z制备等物质的量的配离子时,消耗CN-的物质的量:Z<Y,C错误。由P点状态移动到形成Y配离子的反应的平衡状态时,-lg c(CN-)不变,lgeq \f(cY,cY配离子)增大,即c(Y)增大、c(Y配离子)减小,则P点状态Y配离子的解离速率>生成速率,D错误。]
2.(对数图像中Ka、Ksp计算|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
解析:
D [曲线①代表-lgc(Cd2+)、③代表-lgc(S2-),由图示曲线①③交点可知,此时c(Cd2+)=c(S2-)=10-13mol/L(图像中计算K确定曲线交点,即浓度相等)则有Ksp(CdS)=c(Cd2+)·c(S2-)=10-13×10-13=10-26,A错误;③为pH与-lgc(S2-)的关系曲线,B错误;曲线④代表-lgc(HS-),由图示曲线④两点坐标可知,当c(H+)=10-1.6mol/L时,c(HS-)=10-6.5mol/L,Ka1(H2S)=eq \f(cH+·cHS-,cH2S)=eq \f(10-1.6×10-6.5,0.1)=10-7.1或者当c(H+)=10-4.2 mol/L时,c(HS-)=10-3.9 mol/L,Ka1(H2S)=eq \f(cH+·cHS-,cH2S)=
eq \f(10-4.2×10-3.9,0.1)=10-7.1,C错误;已知Ka1(H2S)·Ka2(H2S)=曲线-lg c(S2-)中没有给出c(S2-)、c(HS-)的关系,无法直接计算,利用pH=4.9,Ka1(H2S)计算c(HS-)eq \f(cH+·cHS-,cH2S)×eq \f(cH+·cS2-,cHS-)=eq \f(c2H+·cS2-,cH2S),由曲线③两点坐标可知,当c(H+)=10-4.9 mol/L时,c(S2-)=10-13mol/L,
或者当c(H+)=10-6.8mol/L时,c(S2-)=10-9.2mol/L,故有Ka1(H2S)·Ka2(H2S)=eq \f(c2H+·cS2-,cH2S)=eq \f(10-4.92×10-13,0.1)=eq \f(10-6.82×10-9.2,0.1)=10-21.8,结合C项分析可知,Ka1(H2S)=10-7.1,故有Ka2(H2S)=eq \f(10-21.8,10-7.1)=10-14.7,D正确。]
3. (双选)(配离子与对数图像|2023·山东卷)在含HgI2(s)的溶液中,一定c(I-)范围内,存在平衡关系:HgI2(s) HgI2(aq);HgI2(aq) Hg2++2I-;HgI2(aq) HgI++I-;HgI2(aq)+IHgIeq \o\al(-,3);HgI2(aq)+2IHgIeq \o\al(2-,4),平衡常数依次为K0、K1、K2、K3、K4。已知lg c(Hg2+)、lg c(HgI+),lg c(HgIeq \o\al(-,3))、lg c(HgIeq \o\al(2-,4))随lg c(I-)的变化关系如图所示,下列说法错误的是( )
A.线L表示lg c(HgIeq \o\al(2-,4))的变化情况
B.随c(I-)增大,c[HgI2(aq)]先增大后减小
C.a=lg eq \f(K1,K2)
D.溶液中I元素与Hg元素的物质的量之比始终为2∶1
[解题指导]
解析:BD [由信息提取可知曲线L表示lgc(HgIeq \o\al(2-,4)),A正确;根据平衡关系:HgI2(s) HgI2(aq),可知K0=c[HgI2(aq)],故当c(I-)增加时,c[HgI2(aq)]保持不变,B错误;K1=eq \f(c2I-·cHg2+,c[HgI2aq]),K2=eq \f(cHgI+·cI-,c[HgI2aq]),由图可知,M点时lgc(X)相等,即c(Hg2+)=c(HgI+),则lgeq \f(K1,K2)=lgc(I-)=a,C正确;由题干可知,c(I-)发生变化,I-可以是外加的含I-的物质,所以溶液中Ⅰ元素与Hg元素的物质的量之比不一定为2∶1,D错误。]
1.(pX与pH|2024·重庆第八中学一模)常温下,分别在Mn(NO3)2、Zn(NO3)2、HNO2溶液中滴加NaOH溶液,溶液中pX[pX=-lgc(X),X代表Mn2+、Zn2+、eq \f(cNO\o\al(-,2),cHNO2)]与pH关系如图所示。已知:Ksp[Mn(OH)2]>Ksp[Zn(OH)2]。下列叙述错误的是( )
A.L3表示p(Mn2+)与pH的关系
B.常温下,Ksp[Zn(OH)2]的数量级为10-17
C.a点存在c(Na+)<c(HNO2)
D.常温下,Mn(OH)2难溶于HNO2
解析:D [L1随着pH的增大而减小,即代表eq \f(cNO\o\al(-,2),cHNO2),L2、L3均随pH的增大而增大,且pH相同时,L2更大,由于Ksp[Mn(OH)2]>Ksp[Zn(OH)2],即L2为Zn2+,L3为Mn2+。A.由分析得,L3表示p(Mn2+)与pH的关系,故A正确;B.由b点坐标可得:Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)·c2(OH-)=10-6.15×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(10-14,10-9)))2=10-16.15,数量级为10-17,故B正确;C.a点纵坐标为0,即eq \f(cNO\o\al(-,2),cHNO2)=1,存在电荷守恒:c(H+)+c(Na+)
=c(OH-)+c(NOeq \o\al(-,2)),c(H+)>c(OH-),即c(Na+)<c(NOeq \o\al(-,2)),eq \f(cNO\o\al(-,2),cHNO2)=1,c(Na+)<c(HNO2),故C正确;D.离子方程式:Mn(OH)2+2HNO2Mn2++2H2O+2NOeq \o\al(-,2),K=eq \f(cMn2+·c2NO\o\al(-,2),c2HNO2)=eq \f(cMn2+·c2OH-·c2NO\o\al(-,2)·c2H+,c2HNO2·c2OH-·c2H+)=eq \f(Ksp[MnOH2]·K\o\al(2,a),K\o\al(2,w)),即K=eq \f(10-12.7×10-3.32,10-142)=108.7>105,可知常温下Mn(OH)2溶于HNO2,故D错误。]
2.(pM与pH图像|2023·全国甲卷)如图为Fe(OH)3、Al(OH)3和Cu(OH)2在水中达沉淀溶解平衡时的pMpH关系图{pM=-lg[c(M)/(mol·L-1)];c(M)≤10-5mol·L-1可认为M离子沉淀完全}。下列叙述正确的是( )
A.由a点可求得Ksp[Fe(OH)3]=10-8.5
B.pH=4时Al(OH)3的溶解度为eq \f(10-10,3)mol·L-1
C.浓度均为0.01 mol·L-1的Al3+和Fe3+可通过分步沉淀进行分离
D.Al3+、Cu2+混合溶液中c(Cu2+)=0.2 mol·L-1时二者不会同时沉淀
解析:C [A.由点a(2,2.5)可知,此时pH=2,pOH=12,c(Fe3+)=10-2.5 mol·L-1则Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=10-2.5×10-12×3=10-38.5,故A错误;B.由点(5,6)可知,此时pH=5,pOH=9,c(Al3+)=10-6mol·L-1则Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)·c3(OH-)=10-6×10-9×3=10-33,pH=4时c(OH-)=10-10mol·L-1,c(Al3+)=eq \f(10-33,10-103)mol·L-1=10-3mol·L-1,
即Al(OH)3的溶解度为10-3 mol·L-1,故B错误;C.由题图可知,当铁离子完全沉淀时,铝离子尚未开始沉淀,可通过调节溶液pH的方法分步沉淀Al3+和Fe3+,故C正确;D.由题图可知,Al3+沉淀完全时,pH约为4.7,Cu2+刚要开始沉淀,此时c(Cu2+)=0.1 mol·L-1,若c(Cu2+)=0.2 mol·L-1>0.1 mol·L-1,则Al3+、Cu2+会同时沉淀,故D错误。]
3.(复杂情境正盐与酸式根的对数与pH|2023·濮阳第一次摸底)H2R为某二元有机弱酸。常温下,在保持c(HR-)=0.01 mol·L-1的Na2R和NaHR的混合溶液中,若用pR、pH2R表示-lg c(R2-)、-lg c(H2R),则不同溶液中的pR或pH2R与pH的关系曲线如图所示。下列说法中正确的是( )
A.XY所在的曲线是pR与pH的关系曲线
B.常温下,Ka2(H2R)的数量级为10-5
C.Y点对应的pH=4.7
D.溶液中存在c(R2-)·c(H2R)=10-7
解析:D [随着pH增大,即c(OH-)增大,c(H2R)减小,c(R2-)增大,则-lg c(H2R)增大,-lg c(R2-)减小,所以XY所在的曲线是pH2R与pH的关系曲线,YZ所在的曲线是pR与pH的关系曲线,故A错误;Ka2(H2R)=eq \f(cR2-·cH+,cHR-),Z点pH=6,则c(H+)=1×10-6 mol·L-1,pR=2;-lg c(R2-)=2,所以c(R2-)=1×10-2 mol·L-1,又已知c(HR-)=0.01 mol·L-1;所以Ka2(H2R)=eq \f(10-2×10-6,0.01)=10-6,故B错误;
根据X点数据,c(H2R)=0.01 mol·L-1,c(H+)=10-3 mol·L-1,又已知c(HR-)=0.01 mol·L-1,故Ka1(H2R)=eq \f(cHR-·cH+,cH2R)=eq \f(10-3×0.01,0.01)=10-3,所以Ka1(H2R)·Ka2(H2R)=eq \f(c2H+·cR2-,cH2R)=10-3×10-6=10-9,Y点时,c(R2-)=c(H2R);所以c2(H+)=10-9,c(H+)=eq \r(10-9) mol·L-1=10-4.5 mol·L-1,pH=4.5,故C错误;c(R2-)·c(H2R)=eq \f(cR2-·cH+,cHR-)×eq \f(cH2R·c2HR-,cH+·cHR-)=c2(HR-)×eq \f(Ka2,Ka1)=0.012×eq \f(10-6,10-3)=10-7,故D正确。]
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