内容正文:
15 水解常数(Kh)及应用
[对应学生用书P264]
1.盐类的水解常数
(1)含义:盐类水解的平衡常数,称为水解常数,用Kh表示。
(2)表达式:
水解反应
Kh表达式
A-+H2OHA+OH-
Kh=
B++H2OBOH+H+
Kh=
(3)影响因素:只与温度有关,升高温度,促进水解,Kh增大。
2.Kh与Ka(或Kb)的换算关系
(1)一元弱酸或弱碱的Ka或Kb与弱酸根或弱碱阳离子的Kh关系:Ka=或Kb=。
(2)二元弱酸的Ka1、Ka2与相应酸根的水解常数Kh1、Kh2的关系:Ka1=,Ka2=。
3.水解常数的应用
(1)判断水解程度:Kh越大,水解程度越大。
(2)判断弱酸弱碱盐溶液的酸碱性及粒子浓度大小。
(3)判断酸式盐溶液的酸碱性及粒子浓度大小。
(4)判断某些混合溶液的酸碱性及粒子浓度大小。
[例1] (经典高考题)某弱酸HA溶液中主要成分的分布分数随pH的变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.该酸-lgKa≈4.7
B.NaA的水解平衡常数Kh=
C.当该溶液的pH=7.0时,c(HA)<c(A-)
D.某c(HA)∶c(A-)=4∶1的缓冲溶液,pH≈4
B 解析:根据图可知,c(HA)=c(A-)时,pH=4.7,该酸Ka==c(H+)=10-4.7 mol/L,故-lgKa≈4.7,A正确;NaA的水解平衡常数Kh==,B错误;根据图可知,当pH=7.0时,A-的分布分数大于HA,则有c(HA)<c(A-),C正确;根据图可知,c(HA)为0.8,c(A-)为0.2时,pH约为4,故某c(HA)∶c(A-)=4∶1的缓冲溶液,pH≈4,D正确。
[例2] (2024·浙江6月选考卷)室温下,H2S水溶液中各含硫微粒物质的量分数δ随pH变化关系如下图[例如δ(H2S)=]。已知:Ksp(FeS)=6.3×10-18,Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17。
下列说法正确的是( )
A.溶解度:FeS大于Fe(OH)2
B.以酚酞为指示剂(变色的pH范围8.2~10.0),用NaOH标准溶液可滴定H2S水溶液的浓度
C.忽略S2-的第二步水解,0.10 mol/L的Na2S溶液中S2-水解率约为62%
D.0.010 mol/L的FeCl2溶液中加入等体积0.20 mol/L的Na2S溶液,反应初始生成的沉淀是FeS
解答本题时,图像中关键信息获取及分析如下:
C 解析:FeS的溶解平衡为FeS(s)Fe2+(aq)+S2-(aq),饱和FeS溶液物质的量浓度为= mol/L=×10-9 mol/L;Fe(OH)2的溶解平衡为Fe(OH)2Fe2+(aq)+2OH-(aq),饱和Fe(OH)2溶液物质的量浓度为= mol/L=×10-6 mol/L>×10-9 mol/L,故溶解度:FeS小于Fe(OH)2,A错误;酚酞的变色范围为8.2~10,若以酚酞为指示剂,用NaOH标准溶液滴定H2S水溶液,由图可知当酚酞发生明显颜色变化时,反应没有完全,即不能用酚酞作指示剂判断滴定终点,B错误;Na2S溶液中存在水解平衡S2-+H2OHS-+OH-、HS-+H2OH2S+OH-(忽略第二步水解),第一步水解平衡常数Kh(S2-)=====0.1,设水解的S2-的浓度为x mol/L,则=0.1,解得x≈0.062,S2-的水解率约为×100%=62%,C正确;0.01 mol/L FeCl2溶液中加入等体积0.2 mol/L Na2S溶液瞬间,先不考虑反应,得到0.005 mol/L FeCl2和0.1 mol/L Na2S的混合液,此时浓度商Q=c(Fe2+)·c(S2-)=0.005×(0.1-0.062)=1.9×10-4>Ksp(FeS),同理c(Fe2+)·c2(OH-)=0.005×(0.062)2=1.922×10-5>Ksp[Fe(OH)2],故反应初始生成的沉淀是FeS和Fe(OH)2,D错误。
1.(2024·辽宁沈阳三模)25 ℃时,H2SO3HSO+H+的电离常数Ka1约为1×10-2,则该温度下NaHSO3水解反应的平衡常数Kh=________,若向NaHSO3溶液中加入少量的I2,则溶液中 将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案:1×10-12 增大
解析:NaHSO3的水解平衡常数Kh=,H2SO3的电离常数表达式为Ka1==1×10-2,水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-)=1×10-14,则有Kh====1×10-12。由Kh=可得=,加入I2后,HSO被氧化为H2SO4,c(H+)增大,c(OH-)减小,Kh不变,故增大。
2.(2024·安徽“皖南八校”联考)25 ℃时,NH3·H2O的电离平衡常数Kb=1.8×10-5。该温度下,1.0 mol/L的NH4Cl溶液中c(H+)≈________ mol/L(已知:≈2.4)。
答案:2.4×10-5
解析:据Kh=Kw/Kb可得NH4Cl的水解常数Kh=(1×10-14)/(1.8×10-5)≈5.56×10-10,又知Kh=[c(H+)·c(NH3·H2O)]/c(NH),由于NH水解程度较小,近似处理:c(H+)≈c(NH3·H2O),c(NH)≈1.0 mol/L,则有5.56×10-10=c2(H+),c(H+)≈2.4×10-5 mol/L。
3.(2024·江西红色十校联考)已知常温下H2SO3的电离常数Ka1=1.4×10-2,Ka2=6.0×10-8,则SO的水解常数Kh1=________。若常温下,pH=9的Na2SO3溶液中=________。
答案:1.67×10-7 60
解析:分步水解:SO+H2OHSO+OH-、HSO+H2OH2SO3+OH-,则有Kh1===≈1.67×10-7;===60。
[对应学生用书P265]
1.(2025·山西运城期初调研)下列说法与盐的水解有关的是( )
①明矾可用作净水剂;
②加热蒸干Na2SO3溶液,得到Na2SO4固体;
③用NaHCO3和Al2(SO4)3两种溶液可作泡沫灭火剂;
④在NH4Cl溶液中加入金属镁会产生氢气;
⑤保存FeCl2溶液时,常常需要加入少量的Fe粉
A.①③④ B.②③⑤
C.③④⑤ D.①②④
A 解析:明矾为KAl(SO4)2·12H2O,Al3+可水解生成具有吸附性的氢氧化铝胶体,可用作净水剂,①正确;加热蒸干并灼烧Na2SO3溶液,得到Na2SO4固体,是因为Na2SO3被空气中的氧气氧化,与水解无关,②错误;NaHCO3和Al2(SO4)3可发生互促水解生成二氧化碳气体,可用于灭火,③正确;NH4Cl水解呈酸性,加入镁可生成氢气,与盐的水解有关,④正确;加入Fe粉发生反应:Fe+2Fe3+===3Fe2+,防止Fe2+被氧化为Fe3+,与盐的水解无关,⑤错误。
2.(2024·湖南省长郡中学月考)在一定条件下,Na2S溶液中存在水解平衡:S2-+H2O===HS-+OH-。下列说法正确的是( )
A.稀释溶液,水解平衡常数增大
B.加入CuSO4固体,HS-浓度减小
C.升高温度,减小
D.加入NaOH固体,溶液pH减小
B 解析:水解常数只与温度有关,A错误;加入CuSO4固体,发生反应:Cu2++S2-===CuS↓,S2-的水解平衡逆向移动,HS-浓度减小,B正确;水解为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,因而增大,C错误;加入NaOH固体,S2-的水解平衡逆向移动,但溶液中c(OH-)增大,溶液pH增大,D错误。
3.(2025·江西省重点中学盟校联考)常温下,部分弱电解质的电离常数如表所示:
弱电解质
电离常数
HCOOH
Ka=1.8×10-4
HCN
Ka=6.2×10-10
H2CO3
Ka1=4.5×10-7 Ka2=4.7×10-11
NH3·H2O
Kb=1.8×10-5
下列说法错误的是( )
A.结合H+的能力:HCO>HCOO-
B.0.1 mol/L的NH4HCO3溶液中存在关系:c(HCO)>c(NH)>c(H+)>c(OH-)
C.等体积、等浓度的HCN溶液与氨水混合,充分反应后溶液呈碱性
D.25 ℃时,pH=7的HCOONa与HCOOH的混合溶液中存在关系:c(H+)=c(OH-)
B 解析:相同条件下,酸的电离常数越大,酸根离子结合氢离子的能力越小,故酸根离子结合氢离子能力的大小顺序是CO>CN->HCO>HCOO-,A正确;H2CO3的第一步电离常数小于NH3·H2O,则HCO的水解程度大于NH,故NH4HCO3溶液呈碱性,则c(H+)<c(OH-),c(NH)>c(HCO),离子浓度大小顺序是c(NH)>c(HCO)>c(OH-)>c(H+),B错误;HCN的电离常数小于NH3·H2O,等体积、等浓度的HCN溶液与氨水混合,得到NH4CN溶液,溶液呈碱性,C正确;25 ℃时,pH=7的HCOONa与HCOOH的混合溶液呈中性,存在关系:c(H+)=c(OH-),D正确。
4.(2024·河北邢台十校联考)测定不同温度下0.5 mol/L CuSO4溶液和0.5 mol/L Na2CO3溶液的pH,数据如下表:
温度/℃
25
30
40
50
60
CuSO4溶液的pH
3.71
3.51
3.44
3.25
3.14
Na2CO3溶液的pH
10.41
10.30
10.28
10.25
10.18
下列说法不正确的是( )
A.升高温度,Na2CO3溶液中c(OH-)增大
B.升高温度,CuSO4溶液和Na2CO3溶液的水解平衡均正向移动
C.升高温度,CuSO4溶液的pH变化是Kw改变与水解平衡移动共同作用的结果
D.升高温度,可能导致CO结合H+程度大于H2O电离产生H+程度
D 解析:根据表格中数据可知,温度升高,Na2CO3在水中的水解程度增大,同时Kw增大,c(OH-)应增大,A正确;水解是中和反应的逆反应,所以水解是吸热反应,温度升高,水解程度增大,B正确;在CuSO4溶液中有pH=-lgc(H+)=-lg,升高温度,Kw增大,c(OH-)也增大,故该溶液的pH变化是Kw改变与水解平衡移动共同作用的结果,C正确;平衡CO+H2OHCO+OH-,可以看作是两步反应:H2OH++OH-、CO+H+HCO,与CO结合的H+来自水的电离,故CO结合H+程度小于H2O电离产生H+程度,D错误。
5.(2023·重庆卷)(NH4)2SO4溶解度随温度变化的曲线如图所示,关于各点对应的溶液,下列说法正确的是( )
A.M点Kw等于N点Kw
B.M点pH大于N点pH
C.N点降温过程中有2个平衡发生移动
D.P点c(H+)+c(NH)+c(NH3·H2O)=c(OH-)+2c(SO)
B 解析:温度升高,水的电离程度增大,则M点Kw小于N点Kw,A错误;升高温度促进铵根离子的电离,且N点铵根离子浓度更大,水解生成氢离子浓度更大,N点酸性更强,故M点pH大于N点pH,B正确;N点降温过程中有水的电离平衡、铵根离子的水解平衡、硫酸铵的溶解平衡3个平衡发生移动,C错误;P点为硫酸铵的不饱和溶液,由电荷守恒可知:c(H+)+c(NH)=c(OH-)+2c(SO),D错误。
[课时训练(43)见P581]
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