3.4 第2课时 离子反应的应用 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

3.4 第2课时　离子反应的应用
【学习目标】
1.了解常见阴离子和阳离子的检验方法。
2.理解酸碱中和滴定的原理,初步掌握中和滴定所需仪器、操作、中和滴定的误差分析及其计算。
3.了解生活中常见的离子反应。
【自主预习】
一、物质检验与含量测定
离子检验:利用离子的特征反应来检验一些常见离子。
如利用Fe3+与SCN-反应生成血红色溶液检验Fe3+,离子方程式为　;
利用I-与Ag+反应生成黄色沉淀检验I-,离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
二、酸碱中和滴定
1.概念:酸碱中和滴定是利用　　　　　　　去滴定一定体积　　　　　　　,通过测定反应完全时消耗已知浓度的酸(或碱)的　　　　,从而推算出未知浓度的碱(或酸)的浓度的方法。
2.原理:中和反应中酸提供的H+与碱提供的OH-的物质的量　　　　。
3.操作:左手控制　　　　　　　　,右手摇动　　　　　　　　;眼睛向下观察(看)锥形瓶中的　　　　变化。
三、测定溶液中离子的浓度
1.沉淀法:如溶液中S的浓度,用　　　　将其转化为BaSO4沉淀,再　　　　　　　　求得。
2.酸碱中和滴定法:强酸溶液中H+的浓度可以用已知准确浓度的　　　　溶液滴定的方法获得。
3.氧化还原滴定法:如溶液中Mn的浓度可以用已知准确浓度的　　　　溶液滴定获得。
四、物质制备与纯化
1.物质的制备:离子反应可以用于制备一些　　　　、　　　　、　　　　、　　　　等。
(1)氯碱工业生产烧碱和氯气的离子方程式: 　 。
(2)实验室制取CO2的离子方程式: 　。
2.物质的纯化
(1)制高纯度的氯化钠:除去其中少量的S、Mg2+、Ca2+,需要加入的试剂离子分别为　。
(2)除去污水中的重金属离子:将其转化为　　　　而除去。
五、生活中常见的离子反应
1.治疗胃酸过多
(1)服用胃舒平[主要成分是Al(OH)3],离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)服用小苏打片,离子方程式为 　。
2.硬水及其软化
(1)硬水的含义:自然界里含　　　　　　较多的水。
(2)硬水的形成:水中的二氧化碳与岩石中的CaCO3和MgCO3发生反应生成可溶性碳酸氢盐而使Ca2+、Mg2+进入水中,离子方程式为　 , 　 。
(3)硬水的软化方法
①加热法:加热可使HC分解,生成的C与Ca2+、Mg2+结合成沉淀,离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　, 。
②加沉淀剂法:在硬水中加入　　　　等沉淀剂也可以降低水中Ca2+、Mg2+的浓度,离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　,　 。
【参考答案】一、Fe3++3SCN-Fe(SCN)3　Ag++I-AgI↓
二、 1.已知浓度的酸(或碱)　未知浓度的碱(或酸)
体积　2.相等　3.滴定管活塞　锥形瓶　颜色
三、1.Ba2+　称量沉淀的质量　2.强碱
3.Fe2+(或H2C2O4)
四、1.酸　碱　盐　气体　(1)2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑　(2)CaCO3+2H+Ca2++CO2↑+H2O　2.(1)Ba2+、OH-、C　(2)沉淀
五、1.(1)Al(OH)3+3H+Al3++3H2O　HC+H+CO2↑+H2O　2.(1)Ca2+、Mg2+　(2)CaCO3+CO2+H2OCa2++2HC　MgCO3+CO2+
H2OMg2++2HC　(3)①Ca2++2HCCaCO3↓+CO2↑+H2O　Mg2++2HCMgCO3↓+CO2↑+H2O　②Na2CO3　Ca2++CCaCO3↓　Mg2++CMgCO3↓
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体一定是CO2。 (　　)
(2)中和滴定时为了节省时间,不需要重复2~3次实验。 (　　)
(3)可以用铁粉除去FeCl3中的FeCl2。 (　　)
(4)治疗胃酸过多的胃药中含有烧碱。 (　　)
(5)用澄清石灰水鉴别NaHCO3和Na2CO3。 (　　)
【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
【解析】(2)为了减少滴定误差,须进行2~3次实验。(3)Fe+2FeCl33FeCl2,无法除去FeCl2。(4)烧碱具有强腐蚀性。(5)NaHCO3、Na2CO3与石灰水均产生CaCO3沉淀。
2.滴定管和量筒读数时有什么区别
【答案】滴定管的“0”刻度在上面,越往下刻度值越大;量筒无“0”刻度,并且越往上刻度越大;记录数据时,滴定管一般精确到0.01 mL,量筒仅为0.1 mL。
3.酸碱中和滴定时,滴定终点是如何确定的 达到滴定终点时酸碱恰好中和吗
【答案】当最后一滴标准液恰好使指示剂的颜色发生明显变化,且在半分钟内不变色时,即为滴定终点;由于指示剂变色时的pH一般不等于酸碱恰好中和时的pH,所以此时一般不是酸碱恰好中和的时刻,但在允许的误差范围之内。
4.进行酸碱中和滴定时,如何选择酸碱指示剂 为何一般不用石蕊作指示剂
【答案】强酸强碱相互滴定,由于生成的盐溶液呈中性,故可选择酚酞或甲基橙作指示剂;强酸弱碱相互滴定,由于生成的盐溶液呈酸性,故应选择甲基橙作指示剂;强碱弱酸相互滴定,由于生成的盐溶液呈碱性,故应选择酚酞作指示剂。由于石蕊试剂变色的pH范围较大,而且颜色的变化不易观察,所以一般不用石蕊作指示剂。
5.Na2CO3溶液和KMnO4溶液应分别用哪种滴定管盛装,为什么
【答案】Na2CO3溶液水解呈碱性,应用碱式滴定管盛装;KMnO4溶液具有强氧化性,易腐蚀碱式滴定管的橡胶,应用酸式滴定管盛装。
【合作探究】
任务1：离子的检验
【实验探究】
1.向某溶液中滴加盐酸,产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,则该溶液中一定含C吗
【答案】不一定。也可能含HC、S、HS等离子。
2.澄清溶液与无色溶液有什么区别
【答案】溶液澄清说明其中没有难溶物和不透明的物质存在;溶液无色说明不含有颜色的离子。有色溶液也可能是澄清的,如含Fe3+的溶液呈黄色且澄清透明。
3.进行S检验时,如何排除C、S、Ag+等干扰离子的影响
【答案】为排除C、S、Ag+等的干扰,正确的操作为先向溶液中加稀盐酸,再加BaCl2溶液,若有白色沉淀生成,证明溶液中一定含有S。
【核心归纳】
常见离子的检验
离子 试剂 现象 注意
沉淀法 Cl-、Br-、 I- AgNO3溶液、HNO3(稀) AgCl白色沉淀、AgBr淡黄色沉淀、AgI黄色沉淀 —
S 稀盐酸酸化的BaCl2溶液 白色沉淀 先用盐酸酸化
Fe2+ NaOH溶液 白色沉淀→灰绿色→红褐色沉淀 —
Fe3+ NaOH溶液 红褐色沉淀 —
Al3+ NaOH溶液 白色沉淀→溶解 不一定是Al3+(如Zn2+)
气体法 N 浓NaOH溶液和湿润的红色石蕊试纸 产生有刺激性气味的气体,气体能使红色石蕊试纸变蓝 要加热
C 稀盐酸、澄清石灰水 澄清石灰水变浑浊 S也有此现象
S 稀硫酸和品红溶液 品红溶液褪色 —
显色法 I- 氯水(少量)、CCl4 下层为紫色 —
Fe2+ KSCN溶液、氯水 先加KSCN溶液无明显变化,再滴入氯水后变为血红色 —
Fe3+ KSCN溶液 溶液呈血红色 —
苯酚溶液 溶液呈紫色 —
Na+、K+ 铂丝、稀盐酸 Na+的焰色为黄色,K+的焰色为浅紫色 K+的焰色要透过蓝色钴玻璃观察
【典型例题】
【例1】下列有关溶液中所含离子的检验,判断正确的是(　　)。
A.加入AgNO3溶液后生成的白色沉淀不溶于稀盐酸,则原溶液中一定有Cl-存在
B.加入氨水时生成白色沉淀,当氨水过量时白色沉淀消失,则原溶液中一定有Al3+存在
C.加入NaOH溶液并加热,有能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体生成,则原溶液中一定有N存在
D.加入盐酸有能使澄清石灰水变浑浊的气体生成,则原溶液中一定有大量的C存在
【答案】C
【解析】若原溶液中含有C,则Ag2CO3与盐酸反应会转化为AgCl,A项不正确;Al(OH)3不溶于氨水,B项不正确;该溶液中还可能有HC、HS或S,D项不正确。
【例2】有一瓶澄清的溶液,其中可能含有N、K+、Na+、Mg2+、Ba2+、Al3+、Fe3+、Cl-、I-、N、C、S中的一种或几种,取该溶液进行以下实验:
①取pH试纸检验,表明该溶液呈强酸性;
②取少许该溶液,加入少量CCl4溶液及数滴新制氯水,振荡后CCl4层呈紫红色;
③另取少许该溶液,加入NaOH溶液使溶液由酸性逐渐变为碱性,整个操作过程中均无沉淀产生;
④取少许③的溶液,加入Na2CO3溶液,有白色沉淀生成;
⑤将③的溶液加热有气体放出,该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
根据上述实验事实回答下列问题。
(1)原溶液中一定存在的离子有　　　　　　　　。
(2)原溶液中不能确定是否存在的离子有　　　　　　　　　　　　。
(3)取④的上层溶液做焰色试验,火焰呈黄色,　　　　(填“能”或“不能”)证明原溶液中含有Na+。
【答案】(1)N、Ba2+、I-
(2)Na+、K+、Cl-
(3)不能
【解析】由实验①知原溶液中一定不存在C;由实验②知原溶液中一定存在I-,一定不存在Fe3+、N;由实验③知原溶液中一定不存在Mg2+和Al3+;由实验④知原溶液中一定存在Ba2+,一定不存在S;由实验⑤知原溶液中一定存在N。综上分析,原溶液中一定存在N、Ba2+、I-,一定不存在Mg2+、Al3+、Fe3+、N、C、S,不能确定是否存在Na+、K+、Cl-。在实验③④中均加入了含有Na+的溶液,故无法判断原溶液中是否存在Na+。
任务2：酸碱中和滴定
情境导入　蓝天碧水成为工业化进程中人们向往的一种风景,工厂产生的废水不达标排放是造成水污染的根本因素。其中污水的酸碱度是衡量其是否达标的一项重要指标,在没有专用仪器的情况下,利用学过的化学知识,你能准确判断你家乡的工厂排放的污水酸碱度是否达标吗 下面我们就来学习准确测定未知溶液酸碱性的定量实验——酸碱中和滴定。
【实验探究】
活动1　酸碱中和滴定
1.原理:酸和碱反应的实质是H++OH-H2O。用已知浓度的盐酸(标准液)来滴定未知浓度的NaOH溶液(待测液),计算公式为c待=。
2.仪器:酸式滴定管、碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、锥形瓶。
(1)酸式滴定管:可盛装酸性溶液、氧化性溶液,不能盛装碱性溶液,因为碱性物质易腐蚀玻璃,致使玻璃活塞无法打开。
碱式滴定管:可盛装碱性溶液,不能盛装酸性溶液、氧化性溶液,因为酸性和氧化性物质易腐蚀橡胶。
(2)滴定管的上端都标有规格大小、使用温度、“0”刻度,滴定管的精确度为0.01 mL。
3.实验操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)
(1)滴定前的准备
①滴定管:查漏→洗涤→润洗→装液→调液面→记读数。
②锥形瓶:洗涤→注液(待测)→记读数→加指示剂。
润洗:滴定管要用所要盛装的溶液润洗2~3次,锥形瓶禁止用所装溶液润洗。
调液面:一是调整液面至滴定管“0”刻度线以上2~3 mL 处,二是调节活塞(或挤压玻璃球),赶走气泡使滴定管尖嘴部分充满溶液,并使液面处于“0”刻度或“0”刻度以下某一刻度处。
记读数:视线与溶液凹液面最低处相平,数据精确到0.01 mL。
加指示剂:加入2~3滴指示剂(如酚酞溶液)。
(2)滴定:左手控制活塞,右手不断摇动锥形瓶,眼睛注视锥形瓶内溶液颜色变化及滴定流速。
(3)终点判断:当滴入最后一滴标准盐酸时,溶液由浅红色变为无色且半分钟内不恢复原色,视为滴定终点。
(4)记录刻度读数。
4.数据处理:按上述操作重复2~3次,以V终-V始为消耗的标准液的体积,求出用去标准盐酸体积的平均值,依据c待=(一元酸碱)计算待测NaOH溶液的物质的量浓度。
5.中和滴定误差分析:酸碱中和滴定的误差分析关键是根据c待=进行分析,计算中V待与c标均为确定值,只有V标影响着c待的计算结果,故在误差分析时应最终归结为对V标的影响:V标增大,实验结果偏高;V标减小,实验结果偏低。
【典型例题】
【例3】用中和滴定法测定某烧碱样品的纯度,试根据实验回答下列问题:
(1)准确称量8.2 g含有少量中性易溶杂质的样品,配成500 mL待测溶液。称量时,样品可放在　　　　　(填字母)称量。
A.小烧杯中　　　B.洁净纸片上　　C.托盘上
(2)滴定时,用0.2000 mol·L-1的盐酸来滴定待测溶液,不可选用　　　　(填字母)作指示剂。
A.甲基橙 B.石蕊 C.酚酞
(3)滴定过程中,眼睛应注视　　　　　　　　　;在铁架台上垫一张白纸,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)根据下表数据,计算待测烧碱溶液的物质的量浓度是　　　　mol·L-1,烧碱样品的纯度是　　　　。
滴定 次数 待测溶液 体积/mL 标准酸溶液体积
滴定前的刻度/mL 滴定后的刻度/mL
第一次 10.00 0.40 20.50
第二次 10.00 4.10 24.00
　　【答案】(1)A
(2)B
(3)锥形瓶内溶液颜色的变化　便于观察锥形瓶内溶液颜色的变化,减小滴定误差
(4)0.4000　97.56%
【解析】(1)称量氢氧化钠等易潮解、腐蚀性强的试剂时,样品应放在小烧杯中。(2)酸碱中和滴定时,一般选甲基橙、酚酞等颜色变化较明显的指示剂,石蕊颜色变化不明显,易造成误差。(4)根据c(NaOH)=分别求第一、二次的值,再求平均值,解得c(NaOH)=0.4000 mol·L-1,w(NaOH)=×100%≈97.56%。
特别提醒：1.石蕊一般不能用作中和滴定的指示剂,因为石蕊的颜色变化不明显,且变色范围较宽。
2.指示剂不要多加,因为指示剂本身为弱酸或弱碱。
3.指示剂的选择可依据“强酸滴弱碱用甲基橙,强碱滴弱酸用酚酞,强滴强二者皆行”。
活动2　滴定终点判断
滴定终点判断答题模板
【例4】(1)用a mol·L-1的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液,用酚酞作指示剂,达到滴定终点的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　;若用甲基橙作指示剂,滴定终点的现象是　　　　　　　　　　　　　。
(2)用标准碘溶液滴定溶有SO2的水溶液,以测定水中SO2的含量,应选用　　　　　作指示剂,达到滴定终点的现象是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)用标准酸性KMnO4溶液滴定溶有SO2的水溶液,以测定水中SO2的含量,是否需要选用指示剂 　　　　(填“是”或“否”),达到滴定终点的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)用氧化还原滴定法测定TiO2的质量分数:一定条件下,将TiO2溶解并还原为Ti3+,再用KSCN溶液作指示剂,用NH4Fe(SO4)2标准溶液滴定Ti3+至全部生成Ti4+,滴定Ti3+时发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　,达到滴定终点时的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)滴入最后半滴盐酸,溶液由红色变为无色,且半分钟内不恢复红色　当滴入最后半滴盐酸时,溶液由黄色变为橙色,且半分钟内不恢复黄色
(2)淀粉溶液　当滴入最后半滴碘溶液时,溶液由无色变为蓝色,且半分钟内不褪色
(3)否　当滴入最后半滴酸性KMnO4溶液时,溶液由无色变为紫红色,且半分钟内不褪色
(4)Ti3++Fe3+Ti4++Fe2+　当滴入最后半滴标准液时,溶液变成红色,且半分钟内不褪色
活动3　中和滴定误差分析
【例5】中和滴定过程中,容易引起误差的主要是五个方面,请以“用已知浓度的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液”为例,用“偏高”、“偏低”或“无影响”填空。
(1)仪器润洗
①酸式滴定管未润洗就装标准液滴定,则滴定结果　　　。
②锥形瓶用蒸馏水冲洗后,再用待测液润洗,使滴定结果　　　　。
(2)存在气泡
①滴定前酸式滴定管尖嘴处有气泡未排出,滴定后气泡消失,使滴定结果　　　　。
②滴定管尖嘴部分滴定前无气泡,滴定终点有气泡,使滴定结果　　　　。
(3)读数操作
①滴定前平视滴定管刻度线,滴定终点俯视刻度线,使滴定结果　　　　。
②滴定前仰视滴定管刻度线,滴定终点俯视刻度线,使滴定结果　　　　。
(4)指示剂选择:用盐酸滴定氨水,选用酚酞作指示剂,使滴定结果　　　　。
(5)存在杂质
①用含NaCl杂质的NaOH配制成标准溶液来滴定盐酸,则测定的盐酸浓度将　　　　。
②用含Na2O杂质的NaOH配制成标准溶液来滴定盐酸,则测定的盐酸浓度　　　　。
【答案】(1)①偏高　②偏高　(2)①偏高　②偏低
(3)①偏低　②偏低　(4)偏低　(5)①偏高　②偏低
【解析】(1)①酸式滴定管未润洗就装标准液滴定,盐酸被滴定管中的蒸馏水稀释,浓度变小,导致消耗的标准液体积偏大,使滴定结果偏高。②锥形瓶用蒸馏水冲洗后,再用待测液润洗,使锥形瓶中残留有待测液,导致消耗的标准液体积偏大,使滴定结果偏高。
(2)①体积数=末读数-初读数。滴定管尖嘴部分滴定前有气泡,滴定终点无气泡,读取的体积数比实际消耗标准溶液的体积大,结果偏高。
(3)仰视读数时,读取的体积数偏大,俯视读数时,读取的体积数偏小。
(4)用盐酸滴定氨水,选用酚酞作指示剂,由于酚酞变色时,溶液呈碱性,盐酸不足,氨水有剩余,故消耗盐酸的体积数偏小,结果偏低。
(5)①用含NaCl杂质的NaOH配制成标准溶液来滴定盐酸,由于NaCl不与盐酸反应,消耗的溶液体积增大,结果偏高。②用含Na2O杂质的NaOH配制成标准溶液来滴定盐酸,根据中和1 mol HCl所需Na2O质量为31 g,中和1 mol HCl所需NaOH质量为40 g,可知中和相同量盐酸时,所需含Na2O的NaOH的量比所需纯NaOH的量小,结果偏低。
方法技巧：读数误差的画图理解和记忆
开始读数仰视,滴定完毕读数俯视,如图Ⅰ;开始读数俯视,滴定完毕读数仰视,如图Ⅱ。
活动4　酸碱中和滴定拓展应用
1.沉淀滴定法
原理:沉淀滴定所用的指示剂本身就是一种沉淀剂,滴定剂与被滴定物反应的反应产物的溶解度要比滴定剂与指示剂反应的反应产物的溶解度小,否则不能用这种指示剂。例如,用AgNO3溶液滴定溶液中的Cl-的含量时常以Cr为指示剂,这是因为AgCl比Ag2CrO4更难溶。
2.氧化还原滴定法
(1)原理:以氧化剂或还原剂为滴定剂,直接滴定一些具有还原性或氧化性的物质,或者间接滴定一些本身并没有还原性或氧化性,但能与某些还原剂或氧化剂反应的物质。
(2)试剂:常见的用于滴定的氧化剂有KMnO4、K2Cr2O7等,还原剂有亚铁盐、草酸、维生素C等。
(3)指示剂:氧化还原滴定法的指示剂有三类。①氧化还原指示剂。②专用指示剂,如在碘量法滴定中,可溶性淀粉溶液遇碘标准溶液变蓝。③自身指示剂,如高锰酸钾标准溶液滴定草酸时,滴定终点为溶液由无色变为浅红色。
【例6】维生素C(分子式为C6H8O6,相对分子质量为176)属于外源性维生素,人体不能自身合成,必须从食物中摄取。每100 g鲜榨橙汁中含有大约37.5 mg维生素C。实验室可用碘量法测定橙汁中维生素C的含量,发生的化学反应为C6H8O6+I2C6H6O6+2HI。某学习小组欲用该方法测定某橙汁饮料中维生素C的含量,实验步骤及相关数据如下。
①标准液的稀释:移取浓度为0.008 mol·L-1的碘标准溶液20.00 mL于250 mL容量瓶中,定容,摇匀备用。
②移取10.00 mL饮料样品(密度为1.0 g·cm-3)于250 mL锥形瓶中,加入50 mL蒸馏水、2滴指示剂。
③在滴定管中装入稀释后的标准液滴定至终点,读取并记录相关数据。
④重复测定3次,数据记录如下表。
第一次 第二次 第三次
滴定前读数/mL 0.00 0.44 1.33
滴定终点读数/mL 30.03 30.42 31.32
回答下列问题:
(1)实验中盛装标准溶液应选择　　　　(填“酸式”或“碱式”)滴定管。滴定前为何要稀释标准溶液 　
　 。
(2)步骤②中加入的指示剂是　　　　,判断滴定达到终点的现象是　
　 。
(3)该饮料样品中维生素C的含量为　　　　　　mg/100 g。
【答案】(1)酸式　提高精确度,减少误差
(2)淀粉溶液　当滴入最后半滴碘标准溶液后,溶液由无色变为蓝色,且半分钟内不褪色
(3)33.79
【解析】(1)标准碘溶液显酸性,且有较强的氧化性,则实验中盛装标准溶液应选择酸式滴定管;滴定前稀释标准溶液,可增大溶液的体积,提高精确度,减少误差。
(2)淀粉溶液遇碘显蓝色,则步骤②中加入的指示剂是淀粉溶液;滴定终点时锥形瓶中溶液所含维生素C完全反应,当滴入最后半滴碘标准溶液后,溶液由无色变为蓝色,且半分钟内不褪色时,即可判断到达滴定终点。
(3)三次滴定消耗标准液的体积分别为30.03 mL、29.98 mL、29.99 mL,则平均消耗标准液的体积为30.00 mL,含有碘的物质的量为0.03 L×0.008 mol·L-1×=1.92×10-5 mol,依据关系式C6H8O6~I2,饮料样品的密度为1.0 g·cm-3,则100 mL(100 g)样品中维生素C的含量为1.92×10-5 mol×176 g·mol-1×=33.792×10-3 g≈33.79 mg。
任务3：物质制备与纯化　生活中常见的离子反应
【核心归纳】
物质纯化的化学方法
【典型例题】
【例7】用过量的H2SO4溶液、NaOH溶液、氨水、NaCl溶液,按图中所示步骤分离五种离子,则溶液①②③④依次是(　　)。
A.①NaCl溶液　②NaOH溶液　③氨水　④H2SO4溶液
B.①H2SO4溶液　②NaOH溶液　③氨水　④NaCl溶液
C.①H2SO4溶液　②氨水　③NaOH溶液　④NaCl溶液
D.①NaCl溶液　②氨水　③NaOH溶液　④H2SO4溶液
【答案】D
【解析】加入①时,只产生一种沉淀,故①一定是NaCl溶液,沉淀为AgCl;在滤液中加入②后,生成两种沉淀,②是氨水或NaOH溶液,而生成的沉淀有一种在③中溶解,故②为氨水,③为NaOH溶液,则④为H2SO4溶液。
【例8】水是一种重要的自然资源,是人类赖以生存不可缺少的物质,水质优劣直接影响人体健康。请回答下列问题。
(1)天然水中溶解的气体主要有　　　　、　　　　。
(2)天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是　　　　　　,其净水作用的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)水的净化与软化的区别是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)硬度为1°的水是指每升水含10 mg CaO或与之相当的物质(如7.1 mg MgO)。若某天然水中c(Ca2+)=1.2×10-3 mol·L-1,c(Mg2+)=6×10-4 mol·L-1,则此水的硬度约为　　　　。
(5)若(4)中的天然水还含有c(HC)=8×10-4 mol·L-1,现要软化10 m3这种天然水,则需先加入Ca(OH)2　　　 g,后加入Na2CO3　　　　g。
【答案】(1)O2　CO2(或N2)
(2)明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁(合理即可)　铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应的氢氧化物胶体,该胶体可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异种电荷的胶体,使其聚沉,达到净化的目的
(3)水的净化是用混凝剂(如明矾等)将水中胶体及悬浮物沉淀下来,而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子
(4)10°
(5)740　1484
【解析】(4)取1 L该硬水,其中n(Ca2+)=1.2×10-3 mol,m(CaO)=1.2×10-3 mol×56 g·mol-1=6.72×10-2 g,则由CaO引起的硬度为×1000 mg·g-1=6.72°,该硬水中n(Mg2+)=6×10-4 mol,m(MgO)=6×10-4 mol×40 g·mol-1=2.4×10-2 g,则由MgO引起的硬度为×1000 mg·g-1≈3.38°,则此水的硬度为6.72°+3.38°=10.1°≈10°。(5)10 m3天然水中,n(Ca2+)=1.2×10-3 mol·L-1×10 m3×1000 L·m-3=12 mol,n(Mg2+)=6×10-4 mol·L-1×10 m3×1000 L·m-3=6 mol,n(HC)=8×10-4 mol·L-1×10 m3×1000 L·m-3=8 mol。用石灰纯碱法软化硬水生成的沉淀为Mg(OH)2和CaCO3,其中发生反应的离子方程式为HC+OH-C+H2O,Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,Ca2++CCaCO3↓,设加入Ca(OH)2的物质的量为x,Na2CO3的物质的量为y,则反应体系中n(Ca2+)=12 mol+x,n(OH-)=2x,n(C)=8 mol+y,可得如下方程组:
解得x=10 mol,y=14 mol,所以m[Ca(OH)2]=10 mol×74 g·mol-1=740 g,m(Na2CO3)=14 mol×106 g·mol-1=1484 g。
【随堂检测】
课堂基础
1.能将分别含有Cu2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、N、Na+、Fe2+等离子的七种硫酸盐溶液一次鉴别开来的是(　　)
A.NaOH溶液　　　　B.KSCN溶液
C.NaHCO3溶液 D.NH3·H2O溶液
【答案】A
【解析】加入NaOH溶液后分别会看到蓝色沉淀、红褐色沉淀、先有白色沉淀后溶解、白色沉淀、气体(加热)、无明显现象、先有白色沉淀后迅速变为灰绿色最后变为红褐色。NH3·H2O不能区分A和M以及N和Na+。
2.水体中的含氮化合物是引起富营养化的主要污染物,分析监测水体中的硝酸(盐)和亚硝酸(盐)含量,控制水体中的含氮污染物,对水资源的循环利用意义重大。
(1)亚硝酸(HNO2)是一种弱酸,其电离平衡常数的表达式为　　　　　　　　。
(2)水体中亚硝酸的含量可以利用KI溶液进行分析测定。该测定反应中,含氮的反应产物可以是NO、N2O、NH2OH、NH3等。
①NH2OH中,氮元素的化合价为　　　　　。
②某水样中含有亚硝酸盐,加入少量稀硫酸酸化后,用KI溶液测定,且选用淀粉溶液作指示剂,反应中含N的反应产物为NO,反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　,其中氧化产物为　　　　　(写化学式)。
③取20 mL含NaNO2的水样,酸化后用0.001 mol·L-1的KI标准溶液滴定(反应中含N的反应产物为NO),滴定前和滴定后的滴定管内液面高度如图所示,由此可知水样中NaNO2的浓度为　　　　mg·L-1。
【答案】(1)Ka=
(2)①-1　②2HNO2+2I-+2H+I2+2NO↑+2H2O　I2　③6.9
【解析】(1)亚硝酸的电离方程式为HNO2N+H+,因此其电离平衡常数Ka=。(2)①根据化合物中所有元素的化合价代数和为0可知,NH2OH中氮元素的化合价为-1。②亚硝酸具有氧化性,被I-还原,生成NO,I-被氧化为I2。③由滴定前后的滴定管读数可知,消耗的KI标准溶液为2.00 mL,反应的关系式为NaNO2~HNO2~I-,故n(NaNO2)=n(I-)=2.00×10-3 L×0.001 mol·L-1=2×10-6 mol,则水样中NaNO2的浓度为2×10-6 mol×69 g· mol-1÷0.02 L=6.9×10-3 g·L-1=6.9 mg·L-1。
对接高考
3.(2019·上海卷,13,改编)用标准盐酸滴定未知浓度的氢氧化钠溶液,用甲基橙作指示剂,下列说法正确的是(　　)。
A.可以用石蕊代替指示剂
B.滴定前用待测液润洗锥形瓶
C.若氢氧化钠吸收少量CO2,不影响滴定结果
D.当锥形瓶内溶液由橙色变为红色,且半分钟内不恢复原色,即达到滴定终点
【答案】C
【解析】石蕊的颜色变化不明显,且变色范围较宽,一般不作指示剂,A项错误;滴定前用待测液润洗锥形瓶,滴定结果偏大,B项错误;如果氢氧化钠吸收少量二氧化碳,发生反应CO2+2NaOHNa2CO3+H2O,再滴入盐酸,盐酸先和剩余的氢氧根离子反应,H++OH- H2O,再与碳酸钠反应,C
+2H+H2O+CO2↑,可以发现存在关系2OH-~C~2H+,因此消耗盐酸的物质的量始终等于氢氧化钠的物质的量,因此氢氧化钠吸收少量二氧化碳,不影响测定结果,C项正确;该实验滴定终点为锥形瓶内溶液颜色由黄色变为橙色,且半分钟内不恢复原色,如果变为红色说明盐酸已经过量,D项错误。
4.(2020·浙江1月选考,23)室温下,向20.00 mL 0.1000 mol·L-1盐酸中滴加0.1000 mol·L-1 NaOH溶液,溶液的pH随NaOH溶液体积的变化如图。已知lg5=0.7。下列说法不正确的是(　　)。
A.NaOH与盐酸恰好完全反应时,pH=7
B.选择变色范围在pH突变范围内的指示剂,可减小实验误差
C.选择甲基红指示反应终点,误差比甲基橙大
D.V[NaOH(aq)]=30.00 mL时,pH=12.3
【答案】C
【解析】NaOH与盐酸恰好完全反应时溶液中的溶质为NaCl,呈中性,室温下,pH=7,A项正确;选择变色范围在pH突变范围内的指示剂,可减小实验误差,B项正确;甲基红的变色范围更接近反应终点,误差更小,C项错误;V[NaOH(aq)]=30.00 mL时,溶液中的溶质为氯化钠和氢氧化钠,且c(NaOH)==0.02 mol·L-1,即溶液中c(OH-)=0.02 mol,则c(H+)=5×10-13 mol·L-1,pH=-lgc(H+)=12.3,D项正确。
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