第三章 水溶液中的离子反应与平衡 体系构建 高考体验
考向一 弱电解质的电离平衡
例1 (2022·全国乙卷,13)常温下,一元酸HA的Ka(HA)=1.0×10-3。在某体系中,H+与
A-不能穿过隔膜,未电离的HA可自由穿过该膜(如图所示)。
设溶液中c总(HA)=c(HA)+c(A-),当达到平衡时,下列叙述正确的是( )
A.溶液Ⅰ中c(H+)=c(OH-)+c(A-)
B.溶液Ⅱ中的HA的电离度[]为
C.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)不相等
D.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c总(HA)之比为10-4
例2 (2022·浙江1月选考,17)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0.1 mol·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10 mL,加蒸馏水稀释至100 mL,则该溶液pH=a+1
考向二 滴定原理及应用
例3 (2022·山东,6)实验室用基准Na2CO3配制标准溶液并标定盐酸浓度,应选甲基橙为指示剂,并以盐酸滴定Na2CO3标准溶液。下列说法错误的是( )
A.可用量筒量取25.00 mL Na2CO3标准溶液置于锥形瓶中
B.应选用配带塑料塞的容量瓶配制Na2CO3标准溶液
C.应选用烧杯而非称量纸称量Na2CO3固体
D.达到滴定终点时溶液显橙色
例4 [ 2022·浙江6月选考,30(5)改编]氨基钠(NaNH2)是重要的化学试剂,假设NaOH是产品NaNH2的唯一杂质,可采用如下方法测定NaNH2纯度,准确称取产品NaNH2 x g→( )→
( )→( )→计算,从下列选项中选择最佳操作并排序:__________。
已知NaNH2易与水发生反应:NaNH2+H2O===NaOH+NH3↑。
a.准确加入过量的水
b.准确加入过量的HCl标准溶液
c.准确加入过量的NH4Cl标准溶液
d.滴加甲基红指示剂(变色的pH范围4.4~6.2)
e.滴加石蕊指示剂(变色的pH范围4.5~8.3)
f.滴加酚酞指示剂(变色的pH范围8.2~10.0)
g.用NaOH标准溶液滴定
h.用NH4Cl标准溶液滴定
i.用HCl标准溶液滴定
考向三 盐类的水解
例5 (2022·湖南,13)为探究FeCl3的性质,进行了如下实验(FeCl3和Na2SO3溶液浓度均为0.1 mol·L-1)。
实验 操作与现象
① 在5 mL水中滴加2滴FeCl3溶液,呈棕黄色;煮沸,溶液变红褐色
② 在5 mL FeCl3溶液中滴加2滴Na2SO3溶液,变红褐色;再滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀
③ 在5 mL Na2SO3溶液中滴加2滴FeCl3溶液,变红褐色;将上述混合液分成两份,一份滴加K3[Fe(CN)6]溶液,无蓝色沉淀生成;另一份煮沸,产生红褐色沉淀
依据上述实验现象,结论不合理的是( )
A.实验①说明加热促进Fe3+水解反应
B.实验②说明Fe3+既发生了水解反应,又发生了还原反应
C.实验③说明Fe3+发生了水解反应,但没有发生还原反应
D.整个实验说明SO对Fe3+的水解反应无影响,但对还原反应有影响
例6 (2022·浙江6月选考,17)25 ℃时,苯酚的Ka=1.0×10-10,下列说法正确的是( )
A.相同温度下,等pH的C6H5ONa和CH3COONa溶液中,c>c
B.将浓度均为0.10 mol·L-1的C6H5ONa和NaOH溶液加热,两种溶液的pH均变大
C.25 ℃时,C6H5OH溶液与NaOH溶液混合,测得pH=10.00,则此时溶液中c=c
D.25 ℃时,0.10 mol·L-1的C6H5OH溶液中加少量C6H5ONa固体,水的电离程度变小
考向四 沉淀溶解平衡
例7 (2022·山东,14)工业上以SrSO4(s)为原料生产SrCO3(s),对其工艺条件进行研究。现有含SrCO3(s)的0.1 mol·L-1、1.0 mol·L-1 Na2CO3溶液,含SrSO4(s)的0.1 mol·L-1、1.0 mol·
L-1 Na2SO4溶液。在一定pH范围内,四种溶液中lg [c(Sr2+)/mol·L-1]随pH的变化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.反应SrSO4(s)+COSrCO3(s)+SO的平衡常数K=
B.a=-6.5
C.曲线④代表含SrCO3(s)的1.0 mol·L-1 Na2CO3溶液的变化曲线
D.对含SrSO4(s)且Na2SO4和Na2CO3初始浓度均为1.0 mol·L-1的混合溶液,pH ≥7.7时才发生沉淀转化
体系构建 高考体验
考向一 弱电解质的电离平衡
例1 (2022·全国乙卷,13)常温下,一元酸HA的Ka(HA)=1.0×10-3。在某体系中,H+与A-不能穿过隔膜,未电离的HA可自由穿过该膜(如图所示)。
设溶液中c总(HA)=c(HA)+c(A-),当达到平衡时,下列叙述正确的是( )
A.溶液Ⅰ中c(H+)=c(OH-)+c(A-)
B.溶液Ⅱ中的HA的电离度[]为
C.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)不相等
D.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c总(HA)之比为10-4
答案 B
解析 常温下,溶液Ⅰ的pH=7.0,则溶液Ⅰ中c(H+)=c(OH-)=1×10-7 mol·L-1,c(H+)<c(OH-)+c(A-),A错误;常温下,溶液Ⅱ的pH=1.0,溶液中c(H+)=0.1 mol·L-1,Ka(HA)==1.0×10-3,c总(HA)=c(HA)+c(A-),则=1.0×10-3,解得=,B正确;根据题意,未电离的HA可自由穿过隔膜,故溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)相等,C错误;常温下,溶液Ⅰ的pH=7.0,溶液Ⅰ中c(H+)=1×10-7 mol·L-1,Ka(HA)==1.0×10-3,c总(HA)=c(HA)+c(A-),=1.0×10-3,溶液Ⅰ中c总(HA)=(104+1)c(HA);溶液Ⅱ中,由B项解析可知c总(HA)=1.01c(HA),未电离的HA可自由穿过隔膜,故溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)相等,溶液Ⅰ和Ⅱ中c总(HA)之比为=≈104,D错误。
例2 (2022·浙江1月选考,17)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0.1 mol·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10 mL,加蒸馏水稀释至100 mL,则该溶液pH=a+1
答案 B
解析 盐类的水解促进水的电离,等浓度的Na2A溶液比NaHA易水解,则前者水的电离程度更大,A项错误;设0.1 mol·L-1 H2A溶液在pH=3时的电离度是α,则Ka1===1.3×10-7,解得α≈1.3×10-4,B项正确;溶液pH=11时,c(H+)=10-11 mol·
L-1,由Ka2==7.1×10-15,可得=7.1×10-4<1,c(A2-)<c(HA-),C项错误;因为加水稀释促进H2A的电离,所以稀释10倍后溶液pH变化<1,D项错误。
考向二 滴定原理及应用
例3 (2022·山东,6)实验室用基准Na2CO3配制标准溶液并标定盐酸浓度,应选甲基橙为指示剂,并以盐酸滴定Na2CO3标准溶液。下列说法错误的是( )
A.可用量筒量取25.00 mL Na2CO3标准溶液置于锥形瓶中
B.应选用配带塑料塞的容量瓶配制Na2CO3标准溶液
C.应选用烧杯而非称量纸称量Na2CO3固体
D.达到滴定终点时溶液显橙色
答案 A
解析 量筒的精确度不高,不可用量筒量取Na2CO3标准溶液,应该用碱式滴定管或移液管量取25.00 mL Na2CO3标准溶液置于锥形瓶中,A说法错误;Na2CO3溶液显碱性,盛放Na2CO3溶液的容器不能用玻璃塞,以防碱性溶液腐蚀玻璃产生有黏性的硅酸钠而将瓶塞黏住,故应选用配带塑料塞的容量瓶配制Na2CO3标准溶液,B说法正确;Na2CO3有吸水性且有一定的腐蚀性,故应选用烧杯而非称量纸称量Na2CO3固体,C说法正确;Na2CO3溶液显碱性,甲基橙滴入Na2CO3溶液中显黄色,当滴入最后半滴盐酸时,溶液由黄色突变为橙色且半分钟内不变色即为滴定终点,故达到滴定终点时溶液显橙色,D说法正确。
例4 [ 2022·浙江6月选考,30(5)改编]氨基钠(NaNH2)是重要的化学试剂,假设NaOH是产品NaNH2的唯一杂质,可采用如下方法测定NaNH2纯度,准确称取产品NaNH2 x g→( )→( )→( )→计算,从下列选项中选择最佳操作并排序:__________。
已知NaNH2易与水发生反应:NaNH2+H2O===NaOH+NH3↑。
a.准确加入过量的水
b.准确加入过量的HCl标准溶液
c.准确加入过量的NH4Cl标准溶液
d.滴加甲基红指示剂(变色的pH范围4.4~6.2)
e.滴加石蕊指示剂(变色的pH范围4.5~8.3)
f.滴加酚酞指示剂(变色的pH范围8.2~10.0)
g.用NaOH标准溶液滴定
h.用NH4Cl标准溶液滴定
i.用HCl标准溶液滴定
答案 bdg
解析 产品NaNH2的唯一杂质为NaOH,因为产品溶于水生成氢氧化钠和氨气,所以可设计利用过量盐酸标准溶液进行溶解,过量的盐酸再利用氢氧化钠标准溶液反滴定,因滴定终点时,溶液中含氯化钠和氯化铵,所以需选用酸性条件下变色的指示剂判断滴定终点,最终利用所测数据计算得出产品中NaNH2的纯度,故涉及的操作步骤为准确称取产品x g →加入过量的HCl标准溶液→滴加甲基红指示剂→用NaOH标准溶液滴定,根据实验所测数据,计算产品纯度。
考向三 盐类的水解
例5 (2022·湖南,13)为探究FeCl3的性质,进行了如下实验(FeCl3和Na2SO3溶液浓度均为0.1 mol·L-1)。
实验 操作与现象
① 在5 mL水中滴加2滴FeCl3溶液,呈棕黄色;煮沸,溶液变红褐色
② 在5 mL FeCl3溶液中滴加2滴Na2SO3溶液,变红褐色;再滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀
③ 在5 mL Na2SO3溶液中滴加2滴FeCl3溶液,变红褐色;将上述混合液分成两份,一份滴加K3[Fe(CN)6]溶液,无蓝色沉淀生成;另一份煮沸,产生红褐色沉淀
依据上述实验现象,结论不合理的是( )
A.实验①说明加热促进Fe3+水解反应
B.实验②说明Fe3+既发生了水解反应,又发生了还原反应
C.实验③说明Fe3+发生了水解反应,但没有发生还原反应
D.整个实验说明SO对Fe3+的水解反应无影响,但对还原反应有影响
答案 D
解析 铁离子的水解反应为吸热反应,加热煮沸可促进水解平衡正向移动,使水解程度加深,生成较多的氢氧化铁,从而使溶液显红褐色,故A正确;在5 mL FeCl3溶液中滴加2滴同浓度的Na2SO3溶液,根据现象分析可知,Fe3+既发生了水解反应,生成红褐色的氢氧化铁,又被亚硫酸根离子还原,生成亚铁离子,加入铁氰化钾溶液后,生成蓝色沉淀,故B正确;实验③中在5 mL Na2SO3溶液中滴加2滴同浓度的FeCl3溶液,根据溶液变红褐色,说明Fe3+发生水解反应,滴加K3[Fe(CN)6]无蓝色沉淀产生,说明没有发生还原反应,故C正确;结合实验①③可知,SO对Fe3+的水解反应有影响,故D错误。
例6 (2022·浙江6月选考,17)25 ℃时,苯酚的Ka=1.0×10-10,下列说法正确的是( )
A.相同温度下,等pH的C6H5ONa和CH3COONa溶液中,c>c
B.将浓度均为0.10 mol·L-1的C6H5ONa和NaOH溶液加热,两种溶液的pH均变大
C.25 ℃时,C6H5OH溶液与NaOH溶液混合,测得pH=10.00,则此时溶液中c=c
D.25 ℃时,0.10 mol·L-1的C6H5OH溶液中加少量C6H5ONa固体,水的电离程度变小
答案 C
解析 醋酸的酸性大于苯酚,则醋酸根离子的水解程度较小,则相同温度下,等pH的C6H5ONa和CH3COONa溶液中c(C6H5O-)考向四 沉淀溶解平衡
例7 (2022·山东,14)工业上以SrSO4(s)为原料生产SrCO3(s),对其工艺条件进行研究。现有含SrCO3(s)的0.1 mol·L-1、1.0 mol·L-1 Na2CO3溶液,含SrSO4(s)的0.1 mol·L-1、1.0 mol·
L-1 Na2SO4溶液。在一定pH范围内,四种溶液中lg [c(Sr2+)/mol·L-1]随pH的变化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.反应SrSO4(s)+COSrCO3(s)+SO的平衡常数K=
B.a=-6.5
C.曲线④代表含SrCO3(s)的1.0 mol·L-1 Na2CO3溶液的变化曲线
D.对含SrSO4(s)且Na2SO4和Na2CO3初始浓度均为1.0 mol·L-1的混合溶液,pH ≥7.7时才发生沉淀转化
答案 D
解析 硫酸是强酸,随着溶液pH变化,溶液中硫酸根离子浓度几乎不变,则含硫酸锶固体的硫酸钠溶液中锶离子的浓度几乎不变,pH相同时,溶液中硫酸根离子浓度越大,锶离子浓度越小,所以曲线①代表含硫酸锶固体的0.1 mol·L-1硫酸钠溶液的变化曲线,曲线②代表含硫酸锶固体的1.0 mol·L-1硫酸钠溶液的变化曲线;碳酸是弱酸,溶液pH越小,溶液中碳酸根离子浓度越小,锶离子浓度越大,pH相同时,1.0 mol·L-1碳酸钠溶液中碳酸根离子浓度大于0.1 mol·L-1碳酸钠溶液,则曲线③表示含碳酸锶固体的0.1 mol·L-1碳酸钠溶液的变化曲线,曲线④表示含碳酸锶固体的1.0 mol·L-1碳酸钠溶液的变化曲线,故C正确;反应SrSO4(s)+CO(aq)SrCO3(s)+SO(aq)的平衡常数K===,故A正确;曲线①代表含硫酸锶固体的0.1 mol·L-1硫酸钠溶液的变化曲线,则硫酸锶的溶度积Ksp(SrSO4)=10-5.5×0.1=10-6.5,温度不变,溶度积不变,则溶液pH为7.7时,锶离子的浓度为 mol·L-1=10-6.5 mol·L-1,则a为-6.5,故B正确;对含SrSO4(s)且Na2SO4和Na2CO3初始浓度均为1.0 mol·L-1的混合溶液中锶离子浓度为10-6.5 mol·L-1,根据图示,pH≥6.9时锶离子浓度降低,所以pH≥6.9时发生沉淀转化,故D错误。