第19讲 水的电离和溶液的酸碱性-2022年高考化学一轮复习名师精讲练

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第19讲 水的电离和溶液的酸碱性
【知识梳理】
一、水的电离
1．水的离子积常数：水能发生微弱的电离，且水的电离是一个可逆过程。在一定温度下达到电离平衡，c(H+)c(OH－) = Kw，一定温度时Kw是一个常数，Kw简称水的离子积。水的离子积与温度有关，温度升高Kw增大，如250C时，水的离子积为1.0×10-14 ；1000C 时Kw =1.0×10-12。
温馨提示：水的离子积常数KW＝c（H＋）·c（OH－），其实质是水溶液中的H＋和OH－浓度的乘积，不一定是水电离出的H＋和OH－浓度的乘积，所以无论是纯水还是酸、碱，盐等电解质的稀溶液，水的离子积为该温度下的Kw。
2．影响水的电离平衡的因素：
条件改变
移动方向
c(OH－)
c(H＋)
KW
加酸
向左
减小
增大
不变
加碱
向左
增大
减小
不变
升温
向右
增大
增大
增大
加强碱弱酸盐
向右
增大
减小
不变
加强酸弱碱盐
向右
减小
增大
不变
温馨提示：溶液中的c(H+)和水电离出来的c(H+)是不同的：①常温下水电离出的c(H+)=1×10-7 mol/L，若某溶液中水电离出的c(H+)1×10-7 mol/L，则可判断出该溶液中加入可以水解的盐或活泼金属促进了水的电离。②常温下溶液中的c(H+)>1×10-7 mol/L，说明该溶液是酸溶液或水解显酸性的盐溶液；c(H+)”“＝”或“C>A＝D＝E
B．若从A点到D点，可采用在水中加入少量NaOH的方法
C．若从A点到C点，可采用温度不变时在水中加入适量H2SO4 的方法
D．若处在B点时，将pH＝2的硫酸与pH＝12的KOH等体积混合后，溶液显中性
8．常温下，向20.00 mL 0.100 0 mol·L-1NH4Cl溶液中逐滴加入0.100 0 mol·L-1KOH溶液时，溶液的pH与KOH溶液体积的关系如图所示(不考虑挥发)。下列说法正确的是( )

A．点a所示溶液中水的电离程度小于相同温度下纯水的电离程度
B．点b所示溶液中：c(NH4+)＝c(K＋)＝c(H＋)＝c(OH－)
C．点d所示溶液中的溶质为一水合氨
D．点c所示溶液中：c(K＋)＋c(H＋)＝c(NH3·H2O)＋c(OH－)
9．根据下列图示得出的结论不正确的是（ ）
A．图甲是CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）的平衡常数与反应温度的关系曲线，说明该反应的△H＜0
B．图乙是向Na2CO3溶液中通入SO2过程中部分微粒摩尔分数与pH的关系曲线，用该方法制备NaHSO3，当pH=4时应停止通入SO2
C．图丙是常温下等体积盐酸和氨水稀释时溶液导电性与体积变化的曲线，图中pH大小关系为c＞b＞d
D．图丁表示不同温度下水溶液中-lgc（H+）、-lgc（OH-）的变化曲线，图中T1＞T2
10．室温下，用0.10mol/L CH3 COOH溶液滴定10.00mL浓度均为0.10 mol/L NaOH和NH3·H2O的混合液，混合溶液的相对导电能力随乙酸滴入的变化曲线如下图所示。已知：Ka(CH3COOH)=1. 8×10-5，Kb( NH3·H2O) =1. 8× l0-5。下列叙述错误的是

A．ab段为CH3COOH与NaOH的中和过程
B．b点水的电离程度最大
C．c点3c(Na+)=2c(CH3 COOH)+2c(CH3 COO-)
D．d点c(Na+)＞c(NH)＞c(OH-)＞c(H+)
11．298K时，向20mL均为0.1mol·L-1的MOH和NH3·H2O混合液中滴加0.1mol·L-1的CH3COOH溶液，测得混合液的电阻率（表示电阻特性的物理量）与加入CH3COOH溶液的体积(V)的关系如图所示。已知：CH3COOH的Ka=l.8×10-5，NH3•H2O的Kb=l.8×l0-5。下列说法错误的是（ ）

A．碱性：MOH>NH3·H2O
B．c点溶液中浓度：c(CH3COOH)>c(NH3•H2O)
C．d点溶液的pH≈5
D．a→d过程中水的电离程度先减小后增大
12．25°C时，向10mL0.10mol·L-1的一元弱酸HA(Ka =1.0×10-3)中逐滴加入0.10mol·L-1NaOH溶液，溶液pH随加入NaOH溶液体积的变化关系如图所示。下列说法正确的是（ ）

A．a点时，c(HA)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+)
B．溶液在a点和b点时水的电离程度相同
C．b点时，c(Na+)=c(HA)+c(A- )+c(OH-)
D．V =10mL时，c(Na+)>c(A-)>c(H+)>c(HA)
13．己二酸在化工生产中有重要作用。某兴趣小组用50%的硝酸作氧化剂，钒酸铵作催化剂，氧化环己醇制备己二酸，其反应原理为，实验装置如图所示。

实验步骤：在装有回流冷凝管、温度计的三颈烧瓶中，加入50%溶液（含）及少量钒酸铵（），缓慢滴加5~6滴环己醇，有红棕色气体二氧化氮产生，将剩余的环己醇滴加完毕，总量为（约）。在温度为80~90℃时，反应至无红棕色气体逸出。将反应液倒入的烧杯中，冷却后，析出己二酸。减压过滤，用冷水洗涤，干燥后得到粗产品。
回答以下问题：
（1）仪器A的名称为________，仪器B中所盛装的试剂为________。
（2）实验过程中，最适宜的加热方法为________；该加热方法的优点是________。
（3）本实验中称量钒酸铵的仪器应选用________（填“托盘天平”或“电子天平”）。
（4）减压过滤后的晶体用冷水洗涤，简述洗涤的操作过程：________。
（5）为测定粗产品中己二酸的含量，将得到的粗产品配成溶液，并用的标准溶液进行滴定，下列操作可能使实际消耗标准溶液的体积偏大的是________（填标号）。
A．使用甲基橙作指示剂
B．滴定前俯视读数，滴定后仰视读数
C．实验用的碱式滴定管、锥形瓶水洗后均未润洗
（6）若纯化后称重得到精制己二酸，则己二酸的产率为________（保留三位有效数字）。
14．草酸(H2C2O4，二元弱酸)与草酸盐在实验和工业生产中都起着重要的作用，常温下，H2C2O4：Ka1=5.4×10－2，Ka2=5.4×10－5。H2CO3：K1=4×10－7K2=6×10－11。
(1)NaHCO3溶液显____性。
(2)常温下，0.1mol·L－1的Na2C2O4溶液pH=a，0.1 mol·L－1的Na2CO3溶液pH=b，则a___b(填“>”“”“ 7.1时带负电荷,pH越高,表面所带负电荷越多;pH n(H+)，所以溶液显碱性，故D错误；
答案选A。
8．D【解析】A．酸或碱抑制水电离，含有弱离子的盐促进水电离，a点溶质为氯化铵，是强酸弱碱盐，NH4+促进水的电离，则a所示溶液中水的电离程度大于相同温度下纯水的电离程度，A错误；
B．b点溶液呈中性，则c(H+)=c(OH-)，水的电离程度很小，盐电离产生的离子浓度大于水电离产生的离子浓度，所以c(K+)＞c(H+)，B错误；
C．d点KOH溶液体积与NH4Cl溶液的体积相等，二者浓度相等，则二者恰好完全反应，混合溶液中溶质为反应产生的KCl、NH3·H2O等物质的量浓度的混合溶液，C错误；
D．c点溶液中溶质为等物质的量浓度的一水合氨、KCl、NH4Cl的混合溶液，溶液中存在电荷守恒c(NH4+)+c(K+)＋c(H＋)=c(OH－)+c(Cl-)、同时存在物料守恒：c(NH3•H2O)+c(NH4+)= c(Cl-)，则c(K+)＋c(H＋)=c(NH3•H2O)+ c(OH－)，D正确；
故合理选项是D。
9．C【解析】A．根据图知，升高温度，化学平衡常数减小，说明平衡逆向，升高温度平衡向吸热方向移动，则逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，即正反应△H＜0，故A正确；
B．根据图象分析，pH=4时，溶液中主要存在为HSO3-，所以当pH=4时应停止通入SO2，控制pH，主要得到NaHSO3，故B正确；
C．盐酸溶液pH小于一水合氨，稀释过程中盐酸溶液pH增大，溶液的pH大小关系：b＞d＞c，故C错误；
D．-lgc(H+)、-lgc(OH-)的乘积越大，水的电离程度越小，可知T1＜T2，故D正确，
故选：C。
10．B【解析】A. 由图中信息可知，ab段溶液的导电能力逐渐减弱至最低，说明在此过程中，溶液中的离子总浓度逐渐减小，只是CH3COOH与NaOH的中和过程，NaOH是强碱，其完全电离，故其先参与中和反应，NH3·H2O是弱碱，其没有参加反应，因为只要NH3·H2O参加反应就会生成可溶性的强电解质醋酸铵，离子总浓度必然增大，A叙述正确；
B. b点为醋酸钠和NH3·H2O的混合液，此时NH3·H2O的电离抑制了水的电离，在d点恰好完成所有的中和反应，溶液中只有醋酸钠和醋酸铵两种溶质，两者的水解均促进水的电离，故d点水的电离程度最大，B叙述错误；
C.由于起始状态时醋酸和氢氧化钠的物质的量浓度相同，在c点，醋酸的体积是原氢氧化钠溶液体积的1.5倍，根据物料守恒可知，3c(Na+)=2c(CH3 COOH)+2c(CH3 COO-)，C叙述正确；
D. 在室温下，两种弱电解质的电离常数相同。在d点溶液中只有醋酸钠和醋酸铵，且两者物质的量浓度相同。若醋酸根离子的物质的量浓度与铵根离子浓度相同，则溶液呈中性，但是，此时溶液中醋酸根离子的物质的量浓度是铵根离子的2倍，因此，醋酸根离子的水解作用大于铵根离子的水解作用，溶液呈碱性，因此，c(Na+)＞c(NH)＞c(OH-)＞c(H+)，D叙述正确。
本题选B。
11．D【解析】溶液中离子浓度越小，溶液的导电率越小，电阻率越大；a→b过程中随着CH3COOH的滴入，电阻率增大，b点达最大，说明a→b过程中随着CH3COOH的滴入离子浓度减小，而CH3COOH滴定氨水时生成的CH3COONH4是强电解质，溶液的导电性应增大，故向混合溶液中加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液时，发生反应的先后顺序是MOH+CH3COOH= CH3COOM+H2O、NH3·H2O+ CH3COOH= CH3COONH4+H2O，则碱性MOH＞NH3·H2O，b点溶液中溶质为CH3COOM、NH3·H2O，c点时醋酸和氨水恰好完成反应生成醋酸铵，c点溶液中溶质为CH3COOM，CH3COONH4且二者的物质的量浓度相等。
A. 由图可知，向混合溶液中加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液时，电阻率先增大后减小，说明发生了两步反应，发生反应先后顺序是碱性强的MOH先反应MOH+CH3COOH= CH3COOM +H2O，然后NH3·H2O+ CH3COOH= CH3COONH4+H2O，所以碱性MOH＞NH3·H2O，故A正确；
B. c点时，加入醋酸40mL时，溶液中的溶质为CH3COOM、CH3COONH4且二者的物质的量浓度相等，又因为CH3COOH的Ka＝1.8×10－5等于NH3·H2O的Kb=1.8×10－5，CH3COONH4溶液呈中性，又碱性：MOH＞NH3·H2O，CH3COOM溶液呈碱性，c点溶液呈碱性，则醋酸根的水解程度大于铵根的水解程度，则c（CH3COOH)＞c(NH3·H2O），故B正确；
C. d点加入醋酸60mL，溶液中的溶质为CH3COOM、CH3COONH4和CH3COOH且三者物质的量浓度相等，由于盐的水解程度和弱酸的电离程度都是微弱的，则c（CH3COO-）≈2c（CH3COOH），由醋酸的电离常数Ka== l.8×10-5可知c（H+）≈ 9×10-6mol/L，则溶液pH≈5，故C正确；
D. a→d过程，溶液的碱性逐渐减弱，水电离程度加大，后来酸性逐渐增强，水的电离程度减小，所以实验过程中水的电离程度是先增大后减小，故D错误；
故选D。
12．A【解析】A．a点时，pH=3，c(H+) = 10-3 mol·L-1，因为Ka =1.0×10-3，所以c(HA) = c(A—)，根据电荷守恒c(A—) + c(OH—) = c(Na+) + c(H+)和c(HA) = c(A—)即得c(HA)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+)，故A正确；
B．a点溶质为HA和NaA，pH＝3，水电离出的c(OH—)＝10—11；b点溶质为NaOH和NaA，pH＝11，c(OH—) = 10-3，OH—是由 NaOH电离和水电离出两部分之和组成的，推断出由水电离处的c(OH—) c(H+)， 即c(HA) > c(H+) ，故D错误；
故答案选A。
13．（1）恒压分液漏斗或滴液漏斗；NaOH溶液（2）水浴加热；受热均匀，便于控制（3）电子天平（4）向过滤器中加入蒸馏水浸没晶体，让水自然流下，重复操作2～3次（5）BC（6）65.1%
【解析】由图可知，三颈烧瓶中发生的反应为在钒酸铵做催化剂作用下，50%硝酸与环己醇在水浴加热的条件下发生氧化还原反应生成己二酸、一氧化氮和水，一氧化氮与装置中空气中的氧气反应生成二氧化氮，反应生成的一氧化氮和二氧化氮气体通入广口瓶中被水吸收，通过导气管通入空气，使一氧化氮转化为二氧化氮，反应后的气体通入烧杯中被氢氧化钠溶液完全吸收，防止污染环境，其中倒置的干燥管和漏斗起防止倒吸的作用。
（1）由图可知，仪器A的名称为恒压分液漏斗或滴液漏斗；仪器B中所盛装的试剂为氢氧化钠溶液，目的是吸收一氧化氮和二氧化氮，故答案为：恒压分液漏斗或滴液漏斗；NaOH溶液；
（2）由题给反应条件为温度为80~90℃，反应温度低于水的沸点，应选择水浴加热，水浴加热的优点是受热均匀，便于控制，故答案为：水浴加热；受热均匀，便于控制；
（3）托盘天平无法称量0.01g钒酸铵，则本实验中称量钒酸铵的仪器应选用电子天平，故答案为：电子天平；
（4）减压过滤后的晶体用冷水洗涤的操作过程为向过滤器中加入蒸馏水浸没晶体，让水自然流下，重复操作2～3次，故答案为：向过滤器中加入蒸馏水浸没晶体，让水自然流下，重复操作2～3次；
（5）A.己二酸为二元弱酸，与氢氧化钠溶液完全反应生成的己二酸钠溶液呈碱性，应选用酚酞作指示剂，若使用甲基橙作指示剂，会使实际消耗氢氧化钠标准溶液的体积偏小，故错误；
B.若滴定前俯视读数，滴定后仰视读数，会使实际消耗氢氧化钠标准溶液的体积偏大，故正确；
C.实验用的碱式滴定水洗后均未润洗，会使氢氧化钠溶液的浓度减小，导致实际消耗氢氧化钠标准溶液的体积偏大，故正确；
BC正确，故答案为：BC；
（6）由题意可知，硝酸的物质的量为0.12mol，环己醇的物质的量为0.02mol，由方程式3 —8HNO3可得，反应中硝酸过量，环己醇完全反应，0.02mol环己醇完全反应生成0.02mol己二酸，则己二酸的产率为×100%≈65.1%，故答案为：65.1%。
14．（1）碱（2）（3） = (4)①0.054mol·L－1②c(Na＋)>c(HC2O4-)>c(H＋)>c(C2O42-)>c(OH－)
【解析】 (1)NaHCO3是强碱弱酸盐，HCO3-会发生水解反应，消耗水电离产生的H+产生H2CO3，当最终达到平衡时，溶液中c(OH-)>c(H+)，所以溶液显碱性；
(2)H2C2O4、H2CO3都是二元弱酸，由于电离平衡常数Ka2(H2C2O4)>Ka2(H2CO3)，所以盐的水解程度：Na2C2O4< Na2CO3，这两种盐都是强碱弱酸盐，根据盐水解规律：谁弱谁水解，越弱越水解，谁强显谁性，可知盐溶液的碱性：Na2C2O4< Na2CO3，所以溶液的pH：a10c2，c3=10c4。
(4)①用0.100mol/L NaOH溶液滴定20.00mL某未知浓度的H2C2O4溶液，根据 c点离子浓度之间的关系，得到c点的溶液是草酸钠的水溶液，草酸和氢氧化钠之间按照1：2物质的量之比进行反应，所以该草酸溶液的物质的量浓度c(H2C2O4)==0.54mol/L；②a点所示溶液显示酸性，草酸的电离平衡常数Ka1=5.4×10－2，HC2O4-的水解平衡常数Kh==1.85×10-13< Ka1=5.4×10－2，所以得到的是草酸氢钠溶液，由于电离大于水解，所以c(H+)>c(OH-)，溶液中H+除了HC2O4-电离产生外，还有水的电离，而C2O42-只有HC2O4-电离产生，HC2O4-电离程度大于水的电离程度，所以c(H+)>c(C2O42-)> c(OH-)，盐NaHC2O4是强电解质，完全电离，电离产生的离子浓度大于弱电解质的电离程度，HC2O4-电离、水解会消耗，则c(Na+)>c(HC2O4-)，因此溶液中各离子的浓度由大到小的顺序为c(Na＋)>c(HC2O4-)>c(H＋)>c(C2O42-)>c(OH－)。
15．（1）碱性溶液吸收了空气中的CO2OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O②2.2（3）①在pH7~9之间,随pH升高H2AsO4-转变为HAsO42-,吸附剂X表面所带负电荷增多,静电斥力增加在pH4~7之间,吸附剂X表面带正电,五价砷主要以H2AsO4-和HAsO42-阴离子存在,静电引力较大;而三价砷主要以H3AsO3分子存在,与吸附剂X表面产生的静电引力小②加入氧化剂,将三价砷转化为五价砷
【解析】（1）NaOH在空气中易与CO2反应生成NaCO3，吸附剂X中含有CO32-，其原因是碱性溶液吸收了空气中的CO2 ；（2）①从题图可知pH由小变大时， H3AsO3浓度减小，H2AsO3-浓度增大，当溶液由无色变为浅红色时，主要反应的离子方程式为OH- + H3AsO3H2AsO3- + H2O ；②H3AsO4第一步电离方程式H3AsO4H2AsO4-+H+的电离常数为Ka1，Ka1=c(H2AsO4-)c(H+)c(H3AsO4) ，由题图读出：，c(H2AsO4-)=c(H3AsO4)，c(H+)=10-2.2mol/L，Ka1=c(H+)=10-2.2mol/L，p Ka1 = -lg Ka1 =-lg10-2.2=2.2；（3）①在pH7~9之间，随pH升高H2AsO4-转变为HAsO42-，吸附剂X表面所带负电荷增多，,静电斥力增加，吸附剂X对五价砷的平衡吸附量随pH升高而迅速下降。②在pH4~7之间,吸附剂X表面带正电，五价砷主要以H2AsO4-和HAsO42-阴离子存在，静电引力较大；而三价砷主要以H3AsO3分子存在，与吸附剂X表面产生的静电引力小。提高吸附剂X对三价砷去除效果可采取的措施是：加入氧化剂，将三价砷转化为五价砷。
16．（1）1.0×10-12；碱（2）减小；增大（3）中性；