内容正文:
第 三 章
水溶液中的离子反应与平衡
化学·选择性必修1
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专题提升 (五)水溶液中的图像分析
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[课后分层练(二十二)] 水溶液中的图像分析
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【学习目标】 1.学会运用化学理论,分析水溶液中发生的反应,认识溶液中微粒之间的数量关系。
2.学会对溶液系统的整体分析和对平衡体系的微观分析,培养化学学科的核心素养。
1.题型和考点分析
(1)水溶液中的图像分析以选择题为主。常见题型有离子浓度曲线、滴定曲线、分布系数曲线、电导率曲线、沉淀溶解平衡曲线;曲线的数目有单曲线和多曲线;解答过程中需要将定性判断和定量计算相结合。
(2)常见的考点:①强弱电解质的比较;②勒夏特列原理在三大平衡中的应用;③水的离子积常数;④溶液酸碱性的判断;⑤pH的简单计算与应用(含pH的变化规律及大小比较);⑥微观粒子数的大小比较与计算(三大守恒的应用);⑦电离常数、水解常数、溶度积常数等的计算与应用。
2.解题策略
一、溶液稀释时pH变化、浓度与体积图像
1.pH与稀释倍数的线性关系
①pH与lg eq \f(V,Va)变化相同的是强酸;HY为强酸、HX为弱酸
②A、B两点的溶液中:c(X-)=c(Y-)
③水的电离程度:D>C>A=B
①MOH为强碱、ROH为弱碱
②c(ROH)>c(MOH)
③水的电离程度:A>B
2.室温下,一强一弱溶液中pH、浓度与体积的稀释图像
(1)相同体积、相同pH的酸性溶液稀释
(2)相同体积、相同浓度的酸性溶液稀释
3.当lg eq \f(V,V0)=0时, eq \f(V,V0)=1,溶液没有稀释;
lg eq \f(V,V0)=1时, eq \f(V,V0)=10,说明溶液稀释为原来的10倍,lg eq \f(V,V0)=3时, eq \f(V,V0)=103,溶液稀释为原来的1 000倍。
【例1】 (2021·浙江6月选考)实验测得10 mL 0.50 mol·L-1 NH4Cl溶液、10 mL 0.50 mol·L-1 CH3COONa溶液的pH分别随温度与稀释加水量的变化如图所示。已知25 ℃时CH3COOH和NH3·H2O的电离常数均为1.8×10-5。下列说法不正确的是( )
A.图中实线表示pH随加水量的变化,虚线表示pH随温度的变化
B.将NH4Cl溶液加水稀释至浓度为 eq \f(0.50,x) mol·L-1,溶液pH变化值小于lg x
C.随温度升高,Kw增大,CH3COONa溶液中c(OH-)减小,c(H+)增大,pH减小
D.25 ℃时稀释相同倍数的NH4Cl溶液与CH3COONa溶液中:c(Na+)-c(CH3COO-)=c(Cl-)-c(NH eq \o\al(+,4))
解析:选C。NH4Cl水解能使溶液呈酸性,浓度越小,虽然水解程度越大,但其溶液的酸性越弱,故其pH越大;温度越高,水的电离度越大,因此,图中的实线为pH随加水量的变化,虚线表示pH随温度的变化,A正确;将NH4Cl溶液加水稀释至浓度为 eq \f(0.50,x) mol·L-1时,若NH4Cl的水解平衡不发生移动,则其中的c(H+)变为原来的 eq \f(1,x),则溶液的pH将增大lg x,因加水稀释时,NH4Cl的水解平衡向正反应方向移动,c(H+)大于原来的 eq \f(1,x),溶液pH的变化值小于lg x,B正确;随温度升高,水的电离程度变大,Kw增
大,CH3COONa的水解程度变大,溶液中c(OH-)增大,C错误;25 ℃时稀释相同倍数的NH4Cl溶液与CH3COONa溶液中均存在电荷守恒,c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-),c(NH eq \o\al(+,4))+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),NH4Cl溶液中,c(Cl-)-c(NH eq \o\al(+,4))=c(H+)-c(OH-),醋酸钠溶液中,c(Na+)-
c(CH3COO-)=c(OH-)-c(H+),由于25 ℃时CH3COOH和NH3·H2O的电离常数均为1.8 ×10-5,且原溶液的物质的量浓度相同,因此稀释相同倍数后的NH4Cl溶液与CH3COONa溶液,溶质的物质的量浓度仍相等,盐的水解程度相同,则两溶液中|c(OH-)-c(H+)|(两者差的绝对值)相等,c(Na+)-c(CH3COO-)=c(Cl-)-c(NH eq \o\al(+,4)),D正确。
1.常温下任何酸或碱溶液无限稀释时,溶液的pH都不可能大于7或小于7,只能接近7。
2.弱酸、弱碱的稀释规律
溶液
稀释前溶液pH
加水稀释到原来
体积的10n倍
稀释后溶液pH
酸
强酸
pH=a
pH=a+n
弱酸
a<pH<a+n
碱
强碱
pH=b
pH=b-n
弱碱
b-n<pH<b
3.对数图像的解题策略
(1)先确定图像的类型是对数图像还是负对数图像。
(2)再弄清楚图像中横坐标和纵坐标的含义,是浓度对数还是比值对数。
(3)抓住图像中的特殊点:如pH=7、lg x=0,交叉点。
(4)厘清图像中曲线的变化趋势及含义,根据含义判断线上、线下的点所表示的意义。
(5)将图像中数据或曲线的变化与所学知识对接,作出选项的正误判断。
二、酸碱中和滴定图像
该图为NaOH溶液滴定弱酸HA溶液曲线图,①为未反应点,HA抑制水的电离;②为半反应点,所得溶液为HA和NaA混合溶液,溶液呈酸性;③为中性点,所得溶液为HA和NaA混合溶液;④为完全反应点,所得溶液为NaA溶液,溶液呈碱性;⑤⑥均为NaOH溶液过量点,溶液显碱性
强碱滴定强酸、弱酸的曲线,强酸起点低;强酸滴定强碱、弱碱的曲线,强碱起点高;强碱与强酸反应的突跃范围大于强碱与弱酸反应(强酸与弱碱反应);强碱与强酸恰好反应时pH=7;强碱与弱酸恰好反应时pH>7,强酸与弱碱恰好反应时pH<7
该图为二元弱酸H2Y溶液中滴加NaOH溶液曲线图,lg eq \f(c(HY-),c(H2Y))=lg eq \f(c(HY-)×c(H+),c(H2Y)×c(H+))=lg eq \f(Ka1,c(H+)),逐渐增大,lg eq \f(c(HY-),c(Y2-))=lg eq \f(c(HY-)×c(H+),c(Y2-)×c(H+))=lg eq \f(c(H+),Ka2),逐渐减小,A点pH可以计算Ka1,E点pH可以计算Ka2,C点溶液中c(H2Y)=c(Y2-)
该图为将KOH溶液滴加到二元弱酸(H2X)溶液中,混合溶液的pH与离子浓度变化的关系图。二元弱酸(H2X)的Ka1≫Ka2,当lg eq \f(c(X2-),c(HX-))=0时,c(X2-)=c(HX-),此时Ka2=c(H+),因而n代表一级电离的曲线,m代表二级电离曲线,可以根据N点、M点的坐标计算pKa1和pKa2
该图为盐酸滴定氨水时水电离的c(H+)随加入盐酸体积的变化图,A点为氨水;B点为氯化铵和氨水的混合溶液;C点为完全反应点,所得溶液为氯化铵溶液,溶液呈酸性;D点为氯化铵和盐酸的混合溶液,溶液呈酸性
【例2】 (2024·湖南高考)常温下Ka(HCOOH)=1.8×10-4,向20 mL 0.10 mol·L-1 NaOH溶液中缓慢滴入相同浓度的HCOOH溶液,混合溶液中某两种离子的浓度随加入HCOOH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:M<N
B.M点:2c(OH-)=c(Na+)+c(H+)
C.当V(HCOOH)=10 mL时,c(OH-)=c(H+)+2c(HCOOH)+c(HCOO-)
D.N点:c(Na+)>c(HCOO-)>c(OH-)>c(H+)>c(HCOOH)
解析:选D。结合起点和终点,经过M点在下降的曲线表示的是OH-浓度的改变,经过M点、N点的在上升的曲线表示的是HCOO-浓度的改变。A项,M点时,V(HCOOH)=10 mL,溶液中仍剩余有未反应的NaOH,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项,M点时,根据电荷守恒有c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCOO-),M点为交点可知c(OH-)=c(HCOO-),联合可得c(Na+)+c(H+)=2c(OH-),故B正确;C项,当V(HCOOH)=10 mL时,溶液中的溶质c(NaOH)∶c(HCOONa)
=1∶1,根据电荷守恒有c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCOO-),根据元素守恒c(Na+)=2c(HCOOH)+2c(HCOO-),联合可得c(OH-)=c(H+)+c(HCOO-)+2c(HCOOH),故C正确;D项,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c(Na+)>c(HCOO-)及c(OH―)>c(H+),观察图中N点可知c(HCOO-)≈0.05 mol/L,根据Ka(HCOOH)= eq \f(c(H+)c(HCOO-),c(HCOOH))=1.8×10-4,可知c(HCOOH)>c(H+),故D错误。
1.滴定图像的解题思维模型
2.滴定图像的五点突破方法
如室温下,向20 mL 0.1 mol·L-1 HA溶液中逐滴加入0.1 mol·L-1 NaOH溶液,溶液pH的变化如图所示。
三、分布系数曲线图像
δ0为HA分布系数,δ1为A-分布系数,交点溶液pH为4.76,溶液中c(HA)=c(A-),电离常数Ka=10-4.76(Kh= eq \f(Kw,Ka)= eq \f(1.0×10-14,1.0×10-4.76)<Ka),根据在一定pH条件下的微粒分布系数和酸的浓度,可以计算各组分在该pH时的平衡浓度,由分布系数可以书写一定pH时所发生反应的离子方程式
δ0代表H2A,δ1代表HA-,δ2代表A2-,δ0与δ1交点处溶液pH为1.2,溶液中c(H2A)=c(HA-),电离常数Ka1=10-1.2;δ1与δ2交点处溶液pH为4.1,溶液中c(A2-)=c(HA-),电离常数Ka2=10-4.1(Kh2= eq \f(Kw,Ka1)= eq \f(1.0×10-14,1.0×10-1.2)<Ka2,NaHA溶液呈酸性)
【例3】 (2021·山东高考改编)赖氨酸[H3N+(CH2)4CH(NH2)COO-,用HR表示]是人体必需氨基酸,其盐酸盐(H3RCl2)在水溶液中存在如下平衡:H3R2+H2R+HRR-。向一定浓度的H3RCl2溶液中滴加NaOH溶液,溶液中H3R2+、H2R+、HR和R-的分布系数δ(x)随pH变化如图所示。已知δ(x)= eq \f(c(x),c(H3R2+)+c(H2R+)+c(HR)+c(R-)),下列表述正确的是( )
A. eq \f(K2,K1)> eq \f(K3,K2)
B.M点,c(Cl-)+c(OH-)+c(R-)=2c(H2R+)+c(Na+)+c(H+)
C.O点,pH= eq \f(-lgK2+lgK3,2)
D.P点,c(Na+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
解析:选D。向H3RCl2溶液中滴加NaOH溶液,依次发生离子反应:H3R2++OH-===H2R++H2O、H2R++OH-===HR+H2O、HR+OH-===R-+H2O,溶液中H3R2+逐渐减小,H2R+和HR先增大后减小,R-逐渐增大。K1= eq \f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2R+))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H3R2+))),K2= eq \f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(HR))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2R+))),K3= eq \f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R-))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(HR))),M点c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H3R2+))=c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2R+)),由此可知K1=10-2.2,N点c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(HR))=c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2R+)),则K2=10-9.1,P点c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(HR))=c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R-)),则K3=10-10.8。 eq \f(K2,K1)= eq \f(10-9.1,10-2.2)=10-6.9, eq \f(K3,K2)= eq \f(10-10.8,10-9.1)=10-1.7,因此 eq \f(K2,K1)< eq \f(K3,K2),故A错误;M点存在电荷守恒:c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R-))+c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH-))+c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Cl-))=2c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H3R2+))+c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2R+))
+c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+))+c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Na+)),此时c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H3R2+))=c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2R+)),因此c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R-))+c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH-))+c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Cl-))=3c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2R+))+c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+))+c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Na+)),B错误;O点c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2R+))=c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R-)),因此 eq \f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2R+)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R-)))=1,即 eq \f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2R+))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(HR))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R-))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(HR))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+)))= eq \f(c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+)),K2·K3)=1,因此c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+))= eq \r(K2·K3),溶液pH=-lg c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+))= eq \f(-lgK2-lgK3,2),C错误;P点溶质为NaCl、HR、NaR,此时溶液呈碱性,因此c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH-))>c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+)),溶质浓度大于水解和电离所产生微粒浓度,因此c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Na+))>c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Cl-))>c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH-))>c eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H+)),D正确。
分布分数曲线应关注的5个方面
1.通过曲线变化找关系。
2.顶点:该粒子含量最大值。
3.交点分为两种:通过曲线交点找粒子等量关系,通常用来求平衡常数;利用横坐标垂线与曲线的交点,寻找同条件下溶液中的粒子数量关系。
4.零点:该粒子完全反应。
5.若有两类曲线,纵坐标应为双坐标,着重分析每类曲线所对应的纵坐标。
四、沉淀溶解平衡图像
1.离子浓度的曲线型图像(以CaSO4沉淀溶解平衡曲线为例)
(1)A、C点在曲线上,A→C的变化为增大c(SO eq \o\al(2-,4)),如加入Na2SO4固体,但Ksp不变
(2)B点的Q>Ksp,有沉淀生成
(3)D点的Q<Ksp,溶液不饱和,还能继续溶解CaSO4
2.对数直线型图像
①直线AB上的点:c(M2+)=c(R2-)。
②溶度积:CaSO4>CaCO3>MnCO3。
③X点相对于CaCO3析出沉淀,相对于CaSO4是不饱和溶液,能继续溶解CaSO4;
Y点:c(SO eq \o\al(2-,4))>c(Ca2+),二者浓度积等于10-5;
Z点:c(CO eq \o\al(2-,3))<c(Mn2+),二者浓度积等于10-10.6。
④横坐标数值越大,c(R2-)越小;纵坐标数值越小,c(M2+)越大。
⑤Ksp(MR)=c(M2+)×c(R2-)→-lg Ksp(MR)=-lg c(M2+)-lg c(R2-)→
-lg Ksp(MR)=pM+pR
【例4】 (2024·辽宁高考)25 ℃下,AgCl、AgBr和Ag2CrO4的沉淀溶解平衡曲线如图所示。某实验小组以K2CrO4为指示剂,用AgNO3标准溶液分别滴定含Cl-水样、含Br-水样。
已知:①Ag2CrO4为砖红色沉淀;
②相同条件下AgCl溶解度大于AgBr;
③25 ℃时,pKa1(H2CrO4)=0.7,pKa2(H2CrO4)=6.5。
下列说法错误的是( )
A.曲线②为AgCl沉淀溶解平衡曲线
B.反应Ag2CrO4+H+⥫⥬2Ag++HCrO eq \o\al(-,4)的平衡常数K=10-5.2
C.滴定Cl-时,理论上混合液中指示剂浓度不宜超过10-2.0 mol·L-1
D.滴定Br-达终点时,溶液中2-,4) eq \f(c(Br-),c(CrO))
=10-0.5
解析:选D。AgCl与AgBr结构相似,故图中二者斜率相同,且相同条件下Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr),因此曲线①代表Ag2CrO4沉淀溶解平衡曲线,曲线②代表AgCl沉淀溶解平衡曲线,曲线③代表AgBr沉淀溶解平衡曲线,根据①上的点(2.0,7.7)可求得:Ksp(Ag2CrO4)=10-11.7;根据②上的点(2.0,7.7)可求得Ksp(AgCl)=10-9.7;根据③上的点(6.1,6.1)可求得Ksp(AgBr)=10-12.2,A正确;该反应的平衡常数K=eq \o\al(-,4) eq \f(c2(Ag+)×c(HCrO),c(H+))
=eq \o\al(-,4) eq \f(c2(Ag+)×c(HCrO)×c(CrO eq \o\al(2-,4)),c(H+)×c(CrO eq \o\al(2-,4)))
= eq \f(Ksp(Ag2CrO4),Ka2(H2CrO4))= eq \f(10-11.7,10-6.5)=10-5.2,B正确;Cl-沉淀完全时,CrO eq \o\al(2-,4)才能开始沉淀,当Cl-恰好沉淀完全时,溶液中c(Ag+)= eq \r(Ksp(AgCl))=10-4.85 mol·L-1,由Ksp(Ag2CrO4)=10-11.7可知,生成Ag2CrO4沉淀时c(CrO eq \o\al(2-,4))= eq \f(10-11.7,(10-4.85)2) mol·L-1=10-2 mol·L-1,故滴定Cl-时,理论上混合液中指示剂浓度不宜超过10-2 mol·L-1,C正确;滴定Br-达终点时,溶液中同时存在AgBr、Ag2CrO4沉淀,则溶液中eq \o\al(2-,4) eq \f(c(Br-),c(CrO))
= eq \f(Ksp(AgBr)·c(Ag+),Ksp(Ag2CrO4))=10-0.5c(Ag+),D错误。
1.解沉淀溶解平衡图像计算的模型
(1)从图像中找到数据,根据公式计算得出Ksp的值。
(2)比较溶液的Q与Ksp的大小,判断溶液中有无沉淀析出。
(3)涉及Q的计算时,所代入的离子浓度一定是混合溶液中的离子浓度,因此计算离子浓度时,所代入的溶液体积也必须是混合液的体积。
2.抓住Ksp的特点,结合选项分析判断
(1)溶液在蒸发时,离子浓度的变化分两种情况:
①原溶液不饱和时,离子浓度都增大;
②原溶液饱和时,离子浓度都不变。
(2)溶度积常数只是温度函数,与溶液中溶质的离子浓度无关,在同一曲线上的点,溶度积常数相同。
1.(2025·湖南长沙明德中学期中)T ℃时,PdI2在溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示,下列说法正确的是( )
A.T ℃时,PdI2的Ksp=7.0×10-9
B.T ℃时,a点对应的是PdI2饱和溶液,b、d两点对应的都是PdI2不饱和溶液
C.T ℃时,向a点对应的溶液中加入少量NaI固体,溶液由状态a移动至状态c
D.降低温度至T ℃,溶液由状态d移动至状态b
解析:选C。根据图中a点对应的数据可知,PdI2的Ksp=7×10-5×(1×10-4)2=7×10-13,A错误;a点在曲线上为饱和溶液,b点在a点正下方为不饱和溶液,d点在曲线上方为过饱和溶液,B错误;a点对应的是PdI2的饱和溶液,加入少量NaI固体c(I-)增大,Ksp不变,c(Pd2+)减小,溶液由状态a移动至状态c,C正确;b点溶液为不饱和溶液,沉淀溶解过程吸热,溶液由状态d降低温度至T ℃时生成沉淀,仍为饱和溶液,不可能移动至状态b,D错误。
2.常温下,向25 mL 0.1 mol·L-1H2R溶液中逐滴加入等浓度的NaOH溶液,所得溶液中含R元素的微粒的物质的量分数与溶液pH的关系如图,下列说法错误的是( )
A.Na2R水解的离子方程式为R2-+H2O⥫⥬HR-+OH-
B.常温下, Na2R水解常数Kh=10-11
C.0.1 mol·L-1 NaHR 溶液中存在c(R2-)+c(HR-)=0.1 mol·L-1
D.常温下,等物质的量浓度的NaHR与Na2R溶液等体积混合后得到的溶液pH=3.0
解析:选D。由图像可知,0.1 mol·L-1 H2R溶液全部电离为HR-,说明第一步电离为完全电离,Na2R中的R2-发生水解,其离子方程式为R2-+H2O⥫⥬HR-+OH-,A正确;pH=3时,c(R2-)=c(HR-),则Na2R水解常数Kh= eq \f(c(OH-)·c(HR-),c(R2-))=10-11,B正确;H2R溶液全部电离,不存在H2R分子,则由元素守恒可知,c(R2-)+c(HR-)=0.1 mol·L-1,C正确;HR-⥫⥬H++R2-,电离常数Ka= eq \f(c(H+)·c(R2-),c(HR-)),当c(R2-)=c(HR-),Ka=10-3,等物质的量浓度的NaHR、Na2R等体积混合,HR-的电离程度大于R2-的水解程度,所得c(HR-)<c(R2-),故pH>3,D错误。
3.(2025·天津第二十一中期中改编)常温下,分别取未知浓度的MOH和HA溶液,加水稀释至原体积的n倍。稀释过程中,两溶液pH的变化如图所示。下列叙述正确的是( )
A.X点与Z点等体积混合后的溶液中:c(M+)=c(A-)>c(H+)=c(OH-)
B.X、Y、Z三点溶液中水的电离程度:Z>Y=X
C.P线代表HA的稀释图像且HA为强酸
D.X点溶液与Y点溶液混合至pH=7时:c(A-)+c(HA)>c(M+)
解析:选D。根据图中曲线MOH溶液不断稀释,碱性减弱,pH不断减小,Q线是MOH的稀释曲线,HA溶液不断稀释,酸性不断减弱,pH不断增大,P线是HA溶液的稀释曲线,再根据lg n与pH变化分析稀释10n倍pH变化不到n个单位,说明HA为弱酸,同理MOH是强碱,C错误;X点是pH=5的弱酸HA,Z点是pH=9的强碱MOH,二者等体积混合溶质是MA和HA的混合溶液,且HA物质的量浓度大于MA物质的量浓度,溶液显酸性,则有c(A-)>c(M+)>c(H+)>c(OH-),A错误;Y点pH=10,Z点
pH=9,则Y点碱性更强,抑制水的能力更强,水电离程度更小,Z点pH=9,X点pH=5,两者抑制水的能力相同,水电离程度相等,X、Y、Z三点溶液中水的电离程度:Z=X>Y,B错误;X点溶液与Y点溶液混合至pH=7时,根据电荷守恒和pH=7得到c(M+)=c(A-),则c(A-)+c(HA)>c(M+),D正确。
4.常温下,分别加水稀释V0 mL 0.1 mol·L-1的盐酸、一氯乙酸(ClCH2COOH)溶液至V mL,溶液的pH与lg eq \f(V,V0)的关系如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.L2代表盐酸的pH与lg eq \f(V,V0)的关系
B.lg eq \f(V,V0)=3时,加热两种溶液, eq \f(c(Cl-),c(ClCH2COO-))不变
C.加水稀释过程中,水的电离程度都减小
D.常温下,ClCH2COOH的电离常数Ka为 eq \f(10-3.86,0.1-10-1.93) mol·L-1
解析:选D。盐酸是强酸,盐酸每稀释10倍pH增大1,所以L1代表盐酸的pH与lg eq \f(V,V0)的关系,A错误;一氯乙酸是弱酸,加热两种溶液,一氯乙酸的电离平衡正向移动,B错误;加水稀释过程中,氢离子浓度减小,水的电离程度都增大,C错误;常温下,0.1 mol/L的ClCH2COOH溶液的pH=1.93,电离常数为 eq \f(c(ClCH2COO-)·c(H+),c(ClCH2COOH))= eq \f(10-3.86,0.1-10-1.93) mol·L-1,D正确。
5.已知:pCu=-lg c(Cu2+),常温下向20 mL 0.1 mol·L-1 CuCl2溶液中滴加0.2 mol· L-1 Na2S溶液的滴定曲线如图所示。已知:Ksp(FeS)>Ksp(CuS)。下列说法不正确的是( )
A.常温下,Ksp(CuS)为1.0×10-36.6
B.在A点的溶液中存在c(Cu2+)>c(S2-)
C.C点溶液中c(Cu2+)为2.0×10-35.6 mol·L-1
D.相同温度下,若将CuCl2溶液换为同浓度、同体积的FeCl2溶液,B点会平行向右移动
解析:选D。B点c(Cu2+)=10-18.3 mol·L-1时,Na2S与CuCl2恰好完全反应,Ksp=c(Cu2+)×c(S2-)=10-18.3×10-18.3=10-36.6,A正确;A点Na2S溶液体积小于10 mL,Cu2+没有反应完,c(Cu2+)>c(S2-),B正确;C点Na2S溶液体积为20 mL,则溶液中剩余的c(S2-)= eq \f(0.2 mol/L×0.01 L,0.04 L) =0.05 mol·L-1,Ksp(CuS)为1.0×10-36.6,c(Cu2+)= eq \f(Ksp,c(S2-))= eq \f(1.0×10-36.6,0.05)mol·L-1=2.0×10-35.6 mol·L-1,C正确;相同温度下,若将CuCl2溶液换为同浓度、同体积的FeCl2溶液,由于Ksp(FeS)>Ksp(CuS),则恰好反应完时c(Fe2+)和c(S2-)会大于10-18.3 mol·L-1,B点会平行向左移动,D错误。
6.(2025·山东青岛高三统考)在一定条件下,一种离子先沉淀,而其它离子在另一条件下沉淀的现象称为分步沉淀。某混合溶液中Zn2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+浓度相同,若通入H2S气体,可使金属离子分步沉淀。离子浓度与pH关系如图,下列说法错误的是( )
[已知Ksp分别为:ZnS(2.93×10-25)、MnS(4.65×10-14)、FeS(1.59×10-19)、NiS(1.07×10-21)]
A.a、b、c、d依次对应Mn2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+
B.每条线的右方为该硫化物的沉淀区,左方为沉淀溶解区
C.ZnS沉淀的同时溶液酸度升高,从而加速ZnS的溶解
D.饱和H2S溶液中,c(S2-)随溶液酸度而变,关系式为c(S2-)= eq \f(Ka1Ka2c(H2S),c2(H+) )
解析:选A。由溶度积可知,沉淀浓度相同的Zn2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+需要的c(S2-)由大到小顺序为:Mn2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+,所需c(S2-)越小越先沉淀,H2S溶液中存在电离平衡,c(H+)减小,平衡正移,c(S2-)增大,即pH越大,c(S2-)越大,所以a、b、c、d依次对应Zn2+、Ni2+、Fe2+、Mn2+,A错误;H2S气体溶于水形成氢硫酸,逐步电离:H2S⥫⥬H++HS-、HS-⥫⥬H++S2-,pH越小,c(H+)越大,平衡逆向移动,c(S2-)减小,更不易形成沉淀,所以每条线的左方为沉淀溶解区,右方为该硫化物的沉淀区,B正确;Zn2+
与S2-形成沉淀,促进H2S电离,平衡右移,c(H+)增大,酸度增大,又会促进ZnS的溶解,C正确;Ka1= eq \f(c(H+)c(HS-),c(H2S)),Ka2= eq \f(c(H+)c(S2-),c(HS-)),则c(S2-)= eq \f(Ka1Ka2c(H2S),c2(H+) ),D正确。
7.室温时,用0.100 mol·L-1的标准AgNO3溶液滴定15.00 mL浓度相等的Cl-、Br-和I-混合溶液,通过电位滴定法获得lg c(Ag+)与V(AgNO3)的关系曲线如图所示[忽略沉淀对离子的吸附作用。若溶液中离子浓度小于1.0×10-5 mol·L-1时,认为该离子沉淀完全。Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgBr)=5.4×10-13,Ksp(AgI)=8.5×10-17]。下列说法正确的是( )
A.a点:有白色沉淀生成
B.原溶液中I-的浓度为0.100 mol·L-1
C.当Br-沉淀完全时,已经有部分Cl-沉淀
D.b点:c(Cl-)>c(Br-)>c(I-)>c(Ag+)
解析:选C。Ksp(AgI)最小,即I-先沉淀,生成的AgI为黄色,故A错误。由图知消耗4.5 mL AgNO3时3种卤素离子沉淀完全,由于3种离子浓度相等,所以每种离子消耗AgNO3 1.5 mL,所以原溶液中I-的物质的量为1.5×10-4 mol,则c(I-)= eq \f(n,V)= eq \f(1.5×10-4 mol,0.015 L)=0.010 mol·L-1,故B错误。当Br-沉淀完全时,Br-浓度为1.0×10-5 mol/L,溶液中的c(Ag+)= eq \f(Ksp(AgBr),c(Br-))=5.4×10-8 mol/L,c(Cl-)·c(Ag+)= eq \f(1.5×10-4,0.018)×5.4×10-8=4.5×10-10>Ksp(AgCl),
已经有部分Cl-沉淀,故C正确。b点硝酸银过量,Ag+浓度最大,Cl-、Br-和 I-已沉淀完全,且Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI),各离子浓度为c(Ag+)>c(Cl-)>c(Br-)>c(I-),故D错误。
8.(2025·山东威海高二期末)25 ℃时,向三元酸H3A溶液中滴加NaOH溶液,溶液的pH与pX的变化关系如图所示,pX表示-lg eq \f(c(H2A-),c(H3A))或-lg eq \f(c(HA2-),c(H2A-))或-lg eq \f(c(A3-),c(HA2-))。下列说法正确的是( )
A.直线a表示-lg eq \f(c(H2A-),c(H3A))与pH的关系
B.Na2HA溶液中c(A3-)>c(H2A-)
C.pH=7时,c(H2A-)>c(HA2-)
D.NaH2A溶液中:c(OH-)+c(A3-)+c(HA2-)=c(H+)+3c(H3A)
解析:选C。已知Ka1= eq \f(c(H2A-)·c(H+),c(H3A)),Ka2= eq \f(c(HA2-)·c(H+),c(H2A-)),因为Ka1>
Ka2>Ka3,所以当溶液的pH相等时,-lg eq \f(c(H2A-),c(H3A))=-lg eq \f(Ka1,c(H+))<-lg eq \f(c(HA2-),c(H2A-))
=-lg eq \f(Ka2,c(H+))<-lg eq \f(c(A3-),c(HA2-))=-lg eq \f(Ka3,c(H+)),则直线a表示-lg eq \f(c(A3-),c(HA2-))与pH的关系,直线b表示-lg eq \f(c(HA2-),c(H2A-))与pH的关系,直线c表示-lg eq \f(c(H2A-),c(H3A))与pH的关系, A错误;由图选取点(-2,4.15)、(0,7.21)、(2,10.35)可计算:Ka1= eq \f(c(H2A-)·c(H+),c(H3A))=10-2.15,Ka2= eq \f(c(HA2-)·c(H+),c(H2A-))=10-7.21,Ka3=
eq \f(c(A3-)·c(H+),c(HA2-))=10-12.35,Kh(HA2-)= eq \f(Kw,Ka2)= eq \f(10-14,10-7.21)=10-6.79>10-12.35,说明HA2-的水解大于电离,溶液显碱性,c(H2A-)>c(A3-),B错误;pH=7时,c(H+)=c(OH-)=10-7,Ka2= eq \f(c(HA2-)·c(H+),c(H2A-))= eq \f(c(HA2-)·10-7,c(H2A-))=10-7.21, eq \f(c(HA2-),c(H2A-))= eq \f(10-7.21,10-7)=10-0.21,因此c(H2A-)>c(HA2-),C正确;等物质的量的H3A与NaOH反应生成NaH2A,根据电荷守恒得:c(Na+)+c(H+)=c(H2A-)+2c(HA2-)+3c(A3-)+c(OH-),根据元素守恒得:c(Na+)=c(H2A-)+c(HA2-)+c(A3-)+c(H3A),则c(H+)+c(H3A)=c(HA2-)+2c(A3-)+c(OH-),D错误。
9.(2025·湖南雅礼中学期中)常温下,已知Kb(NH3·H2O)≈1.75×10-5。向某氨水溶液中缓缓通入HCl气体,溶液中lgeq \o\al(+,4) eq \f(c(NH),c(NH3·H2O))
与pH的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.图中A点pH值:a<7
B.升高温度,A点的位置可能移动到A2
C.当n(NH3·H2O)∶n(HCl)=2∶1时,存在关系:c(OH-)+c(NH3·H2O)=c(H+)+c(NH eq \o\al(+,4))
D.在通入HCl的过程中,水的电离程度始终增大
解析:选B。图中A点lgeq \o\al(+,4) eq \f(c(NH),c(NH3·H2O))
=0,即c(NH eq \o\al(+,4))=c(NH3·H2O),则c(OH-)=Kb≈1.75×10-5,c(H+)= eq \f(Kw,c(OH-))= eq \f(1×10-14,1.75×10-5),故a>7,A错误;由Kb= eq \f(Kw,Kh)知,NH3·H2O的电离程度大于NH eq \o\al(+,4)的水解程度,升高温度,NH3·H2O电离程度增大,电离出更多的OH-,pH增大,A点的位置可能移动到A2,B正确;当n(NH3·H2O)∶n(HCl)=2∶1时,溶液是等量的NH4Cl和NH3·H2O的混合溶液,根据质子守恒式得2c(OH-)+c(NH3·H2O)=
2c(H+)+c(NH eq \o\al(+,4)),C错误;当HCl过量时,水电离程度会受到抑制,D错误。
10.25 ℃时,向某草酸溶液中滴加KOH溶液,溶液中H2C2O4、HC2O eq \o\al(-,4)、C2O eq \o\al(2-,4)的物质的量浓度分数δ(X)[δ(X)=eq \o\al(-,4) eq \f(c(X),c(H2C2O4)+c(HC2O)+c(C2O eq \o\al(2-,4)))
]
与pH的关系如图所示:
(1)室温下,草酸的一级电离常数Ka1为_________。
(2)①向草酸溶液中滴加KOH溶液至pH=2.5的过程中主要反应的离子方程式为__________________________________。
②0.1 mol· L-1 KHC2O4溶液中,c(K+)_______(填“>”“<”或“=”)
c(HC2O eq \o\al(-,4))+2c(C2O eq \o\al(2-,4))。
(3)室温下,通过下列实验探究0.010 0 mol·L-1 Na2C2O4溶液的性质:
实验1:实验测得0.010 0 mol·L-1 Na2C2O4溶液的pH为8.6。
实验2:向溶液中滴加等体积、0.010 0 mol·L-1 HCl溶液,pH由8.6降为4.8。
实验3:向溶液中加入等体积0.020 0 mol·L-1 CaCl2溶液,出现白色沉淀。
实验4:向稀硫酸酸化的KMnO4溶液中滴加Na2C2O4溶液至溶液褪色。
已知室温下Ksp(CaC2O4)=2.5×10-9,下列说法错误的是_______。
A.0.010 0 mol/L Na2C2O4溶液中满足:eq \o\al(2-,4) eq \f(c(Na+),c(C2O)+c(HC2O eq \o\al(-,4)))
>2
B.实验2滴加盐酸过程中不可能存在:c(Na+)=c(HC2O eq \o\al(-,4))+2c(C2O eq \o\al(2-,4))+c(Cl-)
C.实验3所得上层清液中:c(C2O eq \o\al(2-,4))=5×10-7 mol·L-1
D.实验4发生反应的离子方程式为5C2O eq \o\al(2-,4)+2MnO eq \o\al(-,4)+16H+===10CO2↑+2Mn2++8H2O
解析:向某草酸溶液中滴加KOH溶液,溶液中H2C2O4的量一直减小、HC2O eq \o\al(-,4)的量先增加后减小、C2O eq \o\al(2-,4)的量一直增大,故曲线1、2、3分别为H2C2O4、HC2O eq \o\al(-,4)、C2O eq \o\al(2-,4)的物质的量浓度分数δ(X)与pH的关系曲线。(1)由点(1.2,0.5)可知c(HC2O eq \o\al(-,4))=c(H2C2O4),则室温下,草酸的一级电离常数Ka1=eq \o\al(-,4) eq \f(c(H+)c(HC2O),c(H2C2O4))
=10-1.2。(2)①由图可知,C点pH约等于(1.2+4.2)÷2=2.7,则向草酸溶液中滴加KOH溶液至pH=2.5<2.7的过程中主要反应为草酸和氢氧化钾生成草酸氢钾和水:H2C2O4+OH-===HC2O eq \o\al(-,4)+H2O。②由
点(4.2,0.5)可知c(HC2O eq \o\al(-,4))=c(C2O eq \o\al(2-,4)),则室温下,草酸的电离常数Ka2=eq \o\al(2-,4) eq \f(c(H+)c(C2O),c(HC2O eq \o\al(-,4)))
=10-4.2;0.1 mol·L-1 KHC2O4溶液中的水解常数为 eq \f(Kw,Ka1)= eq \f(10-14,10-1.2)=10-12.8<Ka2,则其电离大于水解,溶液显酸性,c(H+)>c(OH-),由电荷守恒可知,c(K+)+c(H+)=c(OH-)+c(HC2O eq \o\al(-,4))+2c(C2O eq \o\al(2-,4)),则c(K+)<c(HC2O eq \o\al(-,4))+2c(C2O eq \o\al(2-,4))。(3)0.010 0 mol·L-1 Na2C2O4溶液中根据元素守恒可知eq \o\al(2-,4) eq \f(c(Na+),c(C2O)+c(HC2O eq \o\al(-,4))+c(H2C2O4))
=2,则eq \o\al(2-,4) eq \f(c(Na+),c(C2O)+c(HC2O eq \o\al(-,4)))
>2,A正确;实验2滴加盐酸过程中pH由8.6降为4.8,则当pH=7时,由电荷
守恒可知:c(Na+)=c(HC2O eq \o\al(-,4))+2c(C2O eq \o\al(2-,4))+c(Cl-),B错误;实验3加入等体积0.020 0 mol·L-1 CaCl2溶液,反应后钙离子过量,所得上层清液中c(Ca2+)= eq \f(0.02V-0.01V,2V) mol/L=0.005 mol/L,则c(C2O eq \o\al(2-,4))= eq \f(Ksp(CaC2O4),0.005)= eq \f(2.5×10-9,0.005) mol/L=5×10-7 mol/L,C正确;高锰酸根离子具有强氧化性,氧化草酸根离子生成二氧化碳,发生反应的离子方程式为5C2O eq \o\al(2-,4)+2MnO eq \o\al(-,4)+16H+===10CO2↑+2Mn2++8H2O,D正确。
答案:(1)10-1.2 (2)①H2C2O4+OH-===HC2O eq \o\al(-,4)+H2O ②< (3)B
11.常温下向H2SO3溶液中加入适量的NaOH,溶液中H2SO3、HSO eq \o\al(-,3)、SO eq \o\al(2-,3)的分布系数δ(X)随pOH的变化如图。
(1)下列说法正确的是___________。
A.Ka1(H2SO3)=10-1.88
B.n(NaHSO3)∶n(Na2SO3)=1∶1时,溶液显酸性
C.N点对应的溶液,对水的电离起到抑制作用
(2)M点对应的溶液中,c(H+)=3c(SO eq \o\al(2-,3))+______________。(用含离子浓度的关系式表示)
解析:Ⅰ.由图知,pOH越大,pH越小,酸性越强,则δ3表示H2SO3,δ2表示HSO eq \o\al(-,3),δ1表示SO eq \o\al(2-,3),由Ka1=eq \o\al(-,3) eq \f(c(HSO)c(H+),c(H2SO3))
,当c(HSO eq \o\al(-,3))=c(H2SO3)时,Ka1=c(H+)= eq \f(Kw,c(OH-))= eq \f(10-14,10-12.12)=10-1.88,Ka2=eq \o\al(2-,3) eq \f(c(SO)c(H+),c(HSO eq \o\al(-,3)))
,当c(HSO eq \o\al(-,3))=c(SO eq \o\al(2-,3))时,Ka2=c(H+)= eq \f(Kw,c(OH-))= eq \f(10-14,10-6.80)=10-7.20。(1)由上述分析知,Ka1(H2SO3)=10-1.88,A正确;n(NaHSO3)∶n(Na2SO3)=1∶1,即c(HSO eq \o\al(-,3))=c(SO eq \o\al(2-,3)),即为M点,pOH=6.8,即溶液呈碱性,B错误;N点对应的溶液
中主要存在的是HSO eq \o\al(-,3),HSO eq \o\al(-,3)的电离常数为Ka2=10-7.20,水解常数为Kh= eq \f(Kw,Ka1)= eq \f(10-14,10-1.88)=10-12.12,电离大于水解,对水的电离起到抑制作用,C正确。(2)M点对应的溶液中含有Na2SO3和NaHSO3,且n(NaHSO3)∶n(Na2SO3)=1∶1,由电荷守恒得:c(Na+)+c(H+)=2c(SO eq \o\al(2-,3))+c(HSO eq \o\al(-,3))+c(OH-),由于M点c(HSO eq \o\al(-,3))=c(SO eq \o\al(2-,3)),则c(H+)=3c(SO eq \o\al(2-,3))+c(OH-)-c(Na+)。
答案:(1)AC (2)c(OH-)-c(Na+)
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