2025届高三化学一轮复习 水溶液中的离子反应与平衡 讲义

2025届水溶液中的离子反应与平衡一轮复习讲义 联合制碱法——侯氏制碱法 碳酸钠（Na2CO3）是一种重要的化工原料，是食品、造纸、制药、玻璃、肥皂、印染等工业乃至人民日常生活的必需品。以前，人们从草木灰中提取碳酸钾，后来又从盐碱地和盐湖等天然资源中获取碳酸钠，但量太小。远不能满足化工生产需求， 侯德榜是中国化学工业的奠基人,纯碱工业的创始人。他发明的“侯氏制碱法” 在人类化学工业史上写下了光辉的一页,在学术界也获得了相当高的评价。 思考 向饱和食盐水中通入足量NH3后，溶液中存在的平衡有哪些？再通入足量CO2后，又会增加哪些平衡？ NaCl =Na++Cl- NH3 +H2ONH3 ·H2O NH+OH－ CO2 +H2OH2CO3 HCO +H+ HCO CO+H+ H2O H++OH－ 活动一：如何证明H2CO3是弱酸？ 回顾：如何阐释CH3COOH是弱酸？ CH3COOH CH3COO- + H+ H2O H++OH－ CH3COO-+ H2O CH3COOH+OH－ 本质：水溶液中的离子反应与平衡 CH3COO-与H+反应的性质 强酸制弱酸 部分电离Ka 醋酸存在电离平衡 盐酸与醋酸钠反应 CH3COO-有与H+反应的性质 CH3COO-水解生成弱酸 水解平衡 证明CH3COOH是弱酸的方法？存在电离平衡 1.查阅Ka 2.测一定物质的量浓度CH3COOH的pH 3.将醋酸加水稀释，分析pH的变化 4.比较CH3COOH与盐酸 Ⅰ.等体积等浓度 分别与足Zn反应产生气泡的快慢 Ⅱ.等体积等pH 分别与足量Zn反应产生气泡的快慢 Ⅲ.等体积等pH 二者消耗NaOH的量…… 证明CH3COOH是弱酸的方法？存在水解平衡 5.测CH3COONa的pH 6.盐酸可以与CH3COONa反应 …… 归纳：证明H2CO3是弱酸的思维模型 (1)H2CO3存在电离平衡 H2CO3 HCO +H+ HCO CO+H+ 1. Ka 2.测pH 3.等体积等浓度H2CO3与硫酸对比 4.等体积等pH H2CO3与硫酸对比 (2)CO+H2OHCO +OH－ 存在水解平衡 NaCl =Na++Cl- NH3 +H2ONH3 ·H2O NH+OH－ CO2 +H2OH2CO3 HCO +H+ HCO CO+H+ H2O H++OH－ 思考：以上平衡之间是否存在相互作用？最后形成的溶液中，存在的主要微粒有哪些？ NH、Na+、HCO 、Cl-、 H2O 物质 NaCl NH4HCO3 NaHCO3 NH4Cl Na2CO3 (NH4)2CO3 溶解度/g(20℃) 35.9 21.7 9.6 37.2 21.5 100 3.碳酸氢钠可溶于水，却能得到碳酸氢钠沉淀，试用平衡原理解释原因。 Na+(aq)+ HCO(aq) NaHCO3(s) 改变条件，平衡正向移动 饱和NaCl，增大c(Na+) 先通NH3，再通CO2，增大c(HCO) NaHCO3晶体析出 4.碳酸氢钠和纯碱中都不含氮元素，为什么要使用氨气作为反应物？ 5.在分离出NaHCO3的滤液里含有大量的NH和Cl- ，从平衡的角度，尝试设计回收氯化铵的方案? NH(aq)+Cl-(aq) NH4Cl (s) 改变条件，平衡正向移动 加入NaCl 细粉，增大c(Cl-) 通入NH3，增大c(NH) 降低温度 回收 NH4Cl NH4Cl可做除锈剂，请解释原因？ NH + H2ONH3 ·H2O +H+ 解释碳酸氢钠溶液呈碱性的原因 酸 H2CO3  Ka1 4.5× 10-7  Ka2 4.7× 10-11  NaHCO3 = Na+ + HCO HCO CO+H+ Ka2 = 4.7×10-11 CO+H2OHCO +OH Kh= Kw/Ka1 =2.2×10-8 水解＞电离， NaHCO3溶液显碱性 NaHCO3溶液中有哪些离子？存在哪些等量关系？ 电荷守恒c(Na+) + c(H+) = 2c(CO) + c(HCO) + c(OH－ ) 元素守恒 c(Na+) = c(CO) + c(HCO) + c(H2CO3) 热的碱液(Na2CO3)去油污 油污是什么？ 高级脂肪酸甘油酯（难溶于水） 为什么用碱洗？皂化反应 为什么需要用热的碳酸钠？热促进碳酸根离子的水解 Na2CO3产品中含有NaCl杂质，如何测定Na2CO3的纯度？ 盐酸滴定法 沉淀滴定法 硝酸银滴定法 硝酸银滴定法用K2CrO4溶液为指示剂，Ag2CrO4为砖红色沉淀 向Cl－和CrO浓度均为0.01mol/L的溶液中，逐滴加入AgNO3溶液，产生沉淀的先后顺序？开始沉淀时Ag+浓度分别是多少？已知：Ksp(AgCl) = 2.0×10-10 Ksp(Ag2CrO4) = 2.0×10-12 AgCl(s) Ag+(aq) + Cl－(aq) 2.0×10−8 0.01 Ag2CrO4(s) 2Ag+(aq) + CrO(aq) 1.4×10−5 0.01 产生沉淀的先后顺序：Cl－ ﹑CrO Ag+浓度分别是多少：2.0×10−8﹑1.4×10−5 如果有一种合适的指示剂，刚好在被测离子沉淀完全后开始沉淀，且有颜色。就可以用来测定某些离子的浓度： 随着AgNO3溶液的滴入，c(Ag+)增大,先达到 AgCl 的Ksp，然后发生沉淀反应: 滴定分析法：将一种已知其准确浓度的试剂溶液（称为标准溶液）滴加到被测物质的溶液中，直到化学反应完全时为止，然后根据所用试剂溶液的浓度和体积可以求得被测组分的含量，这种方法称为滴定分析法。 中和反应 氧化还原反应 络合反应 沉淀反应 滴定分析中的概念 化学计量点：两者的物质的量正好符合化学反应式所表示的化学计量关系时，反应到达化学计量点，也叫等量点。 滴定终点：滴定时，计量点一般是根据指示剂的变色来确定。实际上滴定是进行到溶液里的指示剂变色时停止的，停止滴定这一点称为滴定终点，或者终点。 滴定误差：滴定终点与计量点不一定恰好符合，存在很小的差别，就是滴定误差，又称为终点误差。 滴定终点的判断方法：滴入最后半滴标准液，溶液由A色变为B色，且30s不恢复。 常温下，将0.1 mol·L-1NaOH溶液逐滴加入到20.0 mL 0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液中所得溶液pH与加入NaOH溶液体积关系如下图 (1)请计算，此温度下CH3COOH的电离平衡常数 用起点计算 (2)图示中①②③点对应的溶液溶质是什么？ ①等量的CH3COOH CH3COONa ②CH3COOH CH3COONa ③CH3COONa (3)请结合电离程度和水解程度，解释为什么① 点溶液呈酸性？ CH3COOH的电离大于程度CH3COO－的水解程度 (4)分别写出①②③点中溶液中离子浓度大小关系？ ①：c(CH3COO－）>c(Na+)>c(H+)>c(OH－) ②：c(Na+) = c(CH3COO－)>c(H+)=c(OH－) ③：c(Na+) > c(CH3COO－) > c(OH－) >c(H+) 沉淀溶解平衡图像的类型 1.曲线型 以BaSO4在不同条件下沉淀溶解平衡为例 2.直线型 正对数[lgc(M＋)~lg c(R－)] ①曲线上各点的意义：曲线上任一点都表示饱和溶液，曲线上方的任一点均表示过饱和溶液，曲线下方的任一点均表示不饱和溶液 ZnS曲线：a点表示饱和溶液，c点表示不饱和溶液 CuS曲线：b点表示饱和溶液，c点表示过饱和溶液 ②计算Ksp：由曲线上数据可以计算CuS、ZnS的Ksp ③比较Ksp大小：Ksp(ZnS)>Ksp(CuS) 负对数[－lgc(M＋)~－lg c(R－)] ①横坐标数值越大，c(CO)越小；纵坐标数值越小，c(M)越大 ②直线上各点的意义：直线上的任何一点为饱和溶液；直线上方的点为不饱和溶液；直线下方的点为过饱和溶液，有沉淀生成 如：c点，相对于MgCO3来说，处于直线上方，为不饱和溶液；相对于CaCO3来说，处于直线下方，为过饱和溶液，此时有CaCO3沉淀生成 ③计算Ksp：由曲线上面给定数据可以计算出相应的Ksp ④比较Ksp大小：Ksp(MgCO3)>Ksp(CaCO3)>Ksp(MnCO3) 配套练习： 1．甲酸是重要的化工原料。工业废水中的甲酸及其盐，通过离子交换树脂(含固体活性成分，R为烷基)因静电作用被吸附回收，其回收率(被吸附在树脂上甲酸根的物质的量分数)与废水初始关系如图(已知甲酸)，下列说法不正确的是 A．活性成分在水中存在平衡：R3N+H2OR3NH++OH－ B．的废水中 C．废水初始，随下降，甲酸的电离被抑制，与作用的数目减少 D．废水初始，离子交换树脂活性成分主要以形态存在 2. 常温下Kh(HCOOH)=1.8×10-4，向溶液中缓慢滴入相同浓度溶液，混合溶液中某两种离子的浓度随加入溶液体积的变化关系如图所示，下列说法错误的是 A. 水的电离程度： B. M点： C. 当时， D. N点： 3．常温下，用浓度为的标准溶液滴定浓度均为的和的混合溶液，滴定过程中溶液的随()的变化曲线如图所示。下列说法错误的是    A．约为 B．点a： C．点b： D．水的电离程度： 4．已知25℃时二元酸H2A的Ka1=1.3×10-7，Ka2=7.1×10-15。下列说法正确的是 A．在等浓度的Na2A、NaHA溶液中，水的电离程度前者小于后者 B．向0.1mol·L-1的H2A溶液中通入HCl气体(忽略溶液体积的变化)至pH=3，则H2A的电离度为0.013% C．向H2A溶液中加入NaOH溶液至pH=11，则c(A2－)＞c(HA－) D．取pH=a的H2A溶液10mL，加蒸馏水稀释至100mL，则该溶液pH=a+1 5．下图为和在水中达沉淀溶解平衡时的关系图(；可认为离子沉淀完全)。下列叙述正确的是    A．由点可求得 B．时的溶解度为 C．浓度均为的和可通过分步沉淀进行分离 D．混合溶液中时二者不会同时沉淀 6．一定温度下，AgCl和Ag2CrO4的沉淀溶解平衡曲线如图所示。    下列说法正确的是 A．a点条件下能生成Ag2CrO4沉淀，也能生成AgCl沉淀 B．b点时，c(Cl－)=c(CrO)，Ksp(AgCl)=Ksp(Ag2CrO4) C．Ag2CrO4+2Cl－2AgCl+CrO的平衡常数K=107.9 D．向NaCl、Na2CrO4均为0.1mol·L-1的混合溶液中滴加AgNO3溶液，先产生Ag2CrO4沉淀 参考答案 1.【答案】D 【解析】A．由图可知，溶液呈碱性，溶液中存在如下平衡，故A正确； B．由电离常数公式可知，溶液中=，当溶液pH为5时，溶液中==18，故B正确； C．由图可知，溶液pH为2.4时，废水中的甲酸及其盐回收率最高，当溶液中pH小于2.4时，随溶液pH下降，溶液中氢离子浓度增大，甲酸的电离被抑制，溶液中甲酸根个离子浓度减小，与作用的数目减小，故C正确； D．由图可知，溶液呈碱性，溶液中存在如下平衡，当废水初始pH大于5时，平衡向左移动，离子交换树脂活性成分主要以R3N形态存在，故D错误； 故选D。 2.【答案】D 【解析】 【分析】结合起点和终点，向溶液中滴入相同浓度的溶液，发生浓度改变的微粒是和，当，溶液中存在的微粒是，可知随着甲酸的加入，被消耗，逐渐下降，即经过M点在下降的曲线表示的是浓度的改变，经过M点、N点的在上升的曲线表示的是浓度的改变。 【解析】A．M点时，，溶液中的溶质为，仍剩余有未反应的甲酸，对水的电离是抑制的，N点HCOOH溶液与NaOH溶液恰好反应生成HCOONa，此时仅存在HCOONa的水解，此时水的电离程度最大，故A正确； B．M点时，，溶液中的溶质为，根据电荷守恒有，M点为交点可知，联合可得，故B正确； C．当时，溶液中的溶质为，根据电荷守恒有，根据物料守恒，联合可得，故C正确； D．N点HCOOH溶液与NaOH溶液恰好反应生成HCOONa，甲酸根发生水解，因此及观察图中N点可知，，根据，可知，故D错误； 故答案选D。 3.【答案】D 【分析】NaOH溶液和HCl、CH3COOH混酸反应时，先与强酸反应，然后再与弱酸反应，由滴定曲线可知，a点时NaOH溶液和HCl恰好完全反应生成NaCl和水，CH3COOH未发生反应，溶质成分为NaCl和CH3COOH；b点时NaOH溶液反应掉一半的CH3COOH，溶质成分为NaCl、CH3COOH和 CH3COONa；c点时NaOH溶液与CH3COOH恰好完全反应，溶质成分为NaCl、CH3COONa；d点时NaOH过量，溶质成分为NaCl、CH3COONa和NaOH，据此解答。 【解析】A．由分析可知，a点时溶质成分为NaCl和CH3COOH，c(CH3COOH)=0.0100mol/L，c(H+)=10-3.38mol/L，==10-4.76，故A正确； B．a点溶液为等浓度的NaCl和CH3COOH混合溶液，存在物料守恒关系c(Na+)=c(Cl-)=c(CH3COOH)+c(CH3COO-)，故B正确； C．点b溶液中含有NaCl及等浓度的CH3COOH和 CH3COONa，由于pH<7，溶液显酸性，说明CH3COOH的电离程度大于CH3COO-的水解程度，则c(CH3COOH)<c(CH3COO-)，故C正确； D．c点溶液中CH3COO-水解促进水的电离，d点碱过量，会抑制水的电离，则水的电离程度c>d，故D错误； 答案选D。 4.【答案】B 【解析】A．在等浓度的Na2A、NaHA溶液中，A2-的水解程度大于HA-，水的电离程度前者大于后者，故A错误； B．溶液中c(H+)=10-3mol/L，H2A电离程度较小，溶液中c(H2A)≈0.1mol/L，Ka1=，c(HA-)=1.3×10-5mol/L，c(HA-)≈c(H2A) 电离，则H2A的电离度 0.013%，故B正确； C．向H2A溶液中加入NaOH溶液至pH=11，，则c(A2-)<c(HA-)，故C错误； D．H2A是弱酸，取pH=a的H2A溶液10mL，加蒸馏水稀释至100mL，H2A的电离平衡正向移动，则该溶液pH<a+1，故D错误； 选B。 5.【答案】C 【解析】A．由点a(2，2.5)可知，此时pH=2，pOH=12，则===，故A错误； B．由点(5，6)可知，此时pH=5，pOH=9，则===，时的溶解度为=10-3，故B错误； C．由图可知，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的方法分步沉淀和，故C正确； D．由图可知，沉淀完全时，，pM5，此时pH约为4.7，在此pH下刚开始沉淀的浓度为，而题中>，则会同时沉淀，故D错误； 答案选C。 6.【答案】C 【分析】根据图像，由(1.7，5)可得到Ag2CrO4的溶度积Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO)=(1×10-5)2×1×10-1.7=10-11.7，由(4.8，5)可得到AgCl的溶度积Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl)=1×10-5×1×10-4.8=10-9.8，据此数据计算各选项结果。 【解析】A．假设a点坐标为(4，6.5)，此时分别计算反应的浓度熵Q得，Q(AgCl)=10-10.5，Q(Ag2CrO4)=10-17，二者的浓度熵均小于其对应的溶度积Ksp，二者不会生成沉淀，A错误； B．Ksp为难溶物的溶度积，是一种平衡常数，平衡常数只与温度有关，与浓度无关，根据分析可知，二者的溶度积不相同，B错误； C．该反应的平衡常数表达式为K=，将表达式转化为与两种难溶物的溶度积有关的式子得K=====1×107.9，C正确； D．向NaCl、Na2CrO4均为0.1mol·L-1的混合溶液中滴加AgNO3，开始沉淀时所需要的c(Ag+)分别为10-8.8和10-5.35，说明此时沉淀Cl-需要的银离子浓度更低，在这种情况下，先沉淀的是AgCl，D错误； 故答案选C。 学科网（北京）股份有限公司 $$