新高考化学一轮复习讲义 第8章 第54讲 水溶液中四大平衡常数的综合应用
展开要正确理解基础,不是会做几个简单题就叫基础扎实。对于一轮复习,基础就是像盖房子一样,需要着力做好两件大事:一是夯实地基,二是打好框架。
2、扎实训练学科基本技能、理解感悟学科基本方法。
一轮复习,要以教材为本,全面细致的回顾课本知识,让学生树立“教材是最好的复习资料”的观点,先引导学生对教材中所涉及的每个知识点进行重新梳理,对教材中的概念、定理、定律进一步强化理解。
3、培养学生积极的学习态度、良好的复习习惯和运用科学思维方法、分析解决问题的能力。
落实学生解题的三重境界:一是“解”,解决当前问题。二是“思”,总结解题经验和方法。三是“归”,回归到高考能力要求上去。解题上强化学生落实三个字:慢(审题),快(书写),全(要点全面,答题步骤规范)。
4、有计划、有步骤、有措施地指导学生补齐短板。
高三复习要突出重点,切忌主次不分,无的放矢。要在“精讲”上下足功夫。抓住学情,讲难点、重点、易混点、薄弱点;讲思路、技巧、规范;讲到关键处,讲到点子上,讲到学生心里去。
第54讲 水溶液中四大平衡常数的综合应用
复习目标 1.掌握四大平衡常数[Ka(Kb)、Kh、Kw、Ksp]的简单计算。2.利用题目信息或图像,结合离子平衡,解决实际问题。
1.四大平衡常数的比较
注意 (1)四大平衡的基本特征相同,包括逆、动、等、定、变,其研究对象均为可逆变化过程。
(2)溶解平衡有放热反应、吸热反应,升高温度后Ksp可能变大或变小;而电离平衡、水解平衡均为吸热过程,升高温度Ka(或Kb)、Kh均变大。
2.四大平衡常数的应用
(1)判断平衡移动的方向
(2)常数间的关系
①强碱弱酸盐:Kh=eq \f(Kw,Ka);②强酸弱碱盐:Kh=eq \f(Kw,Kb)。
(3)判断离子浓度比值的大小变化。如将NH3·H2O溶液加水稀释,c(OH-)减小,由于电离平衡常数为eq \f(cNH\\al(+,4)·cOH-,cNH3·H2O),此值不变,故eq \f(cNH\\al(+,4),cNH3·H2O)的值增大。
(4)利用四大平衡常数进行有关计算。
类型一 四大平衡常数在平衡移动中的应用
1.室温下,通过下列实验探究NaHSO3溶液的性质。下列有关说法正确的是( )
A.实验1中:NaHSO3溶液中满足HSOeq \\al(-,3)的水解程度大于其电离程度
B.实验2反应静置后的上层清液中:c(Ca2+)·c(SOeq \\al(2-,3))<Ksp(CaSO3)
C.实验3滴加过程中:c(Na+)+c(H+)=c(HSOeq \\al(-,3))+2c(SOeq \\al(2-,3))+c(OH-)
D.实验4滴加过程中:c(HSOeq \\al(-,3))+2c(SOeq \\al(2-,3))+c(OH-)逐渐减小
答案 D
解析 实验1中0.05ml·L-1 NaHSO3溶液的pH约为6.4,溶液呈酸性,故NaHSO3溶液中HSOeq \\al(-,3)的水解程度小于其电离程度,A项错误;实验2上层清液中已经达到CaSO3溶解平衡,故c(Ca2+)·c(SOeq \\al(2-,3))=Ksp(CaSO3),B项错误;实验3滴加过程中,根据电荷守恒可知,c(Na+)+c(H+)=c(HSOeq \\al(-,3))+2c(SOeq \\al(2-,3))+c(OH-)+c(Cl-),C项错误;根据电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(HSOeq \\al(-,3))+2c(SOeq \\al(2-,3))+c(OH-),c(Na+)+c(H+)逐渐减小,D项正确。
2.(2022·徐州模拟)室温下,通过下列实验探究0.010 0 ml·L-1 Na2C2O4溶液的性质。
实验1:实验测得0.010 0 ml·L-1 Na2C2O4溶液pH为8.6
实验2:向溶液中滴加等体积0.010 0 ml·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 ml·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
下列说法正确的是( )
A.0.010 0 ml·L-1 Na2C2O4溶液中满足:eq \f(cNa+,cC2O\\al(2-,4)+cHC2O\\al(-,4))<2
B.实验2滴加盐酸过程中存在某一点满足:c(Na+)=c(HC2Oeq \\al(-,4))+2c(C2Oeq \\al(2-,4))+c(Cl-)
C.实验3所得上层清液中c(C2Oeq \\al(2-,4))=2.5×10-7 ml·L-1[已知室温时Ksp(CaC2O4)=2.5×
10-9]
D.实验4发生反应的离子方程式为C2Oeq \\al(2-,4)+4MnOeq \\al(-,4)+12H+===2CO2↑+4Mn2++6H2O
答案 B
解析 0.010 0 ml·L-1 Na2C2O4溶液中满足元素质量守恒:c(Na+)=2[c(C2Oeq \\al(2-,4))+c(HC2Oeq \\al(-,4))+c(H2C2O4)],则eq \f(cNa+,cC2O\\al(2-,4)+cHC2O\\al(-,4))>2,A项错误;实验2中存在电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(HC2Oeq \\al(-,4))+2c(C2Oeq \\al(2-,4))+c(Cl-)+c(OH-),在滴加盐酸过程中存在某一点满足c(H+)=
c(OH-),则c(Na+)=c(HC2Oeq \\al(-,4))+2c(C2Oeq \\al(2-,4))+c(Cl-),B项正确;c(Ca2+)=eq \f(0.020 0 ml·L-1×V-0.010 0 ml·L-1×V,2V)=0.005 ml·L-1,实验3所得上层清液中c(C2Oeq \\al(2-,4))=eq \f(KspCaC2O4,cCa2+)=eq \f(2.5×10-9,0.005) ml·L-1=5×10-7 ml·L-1,C项错误;实验4发生反应的离子方程式为5C2Oeq \\al(2-,4)+2MnOeq \\al(-,4)+16H+===10CO2↑+2Mn2++8H2O,D项错误。
3.(2022·泰安模拟)已知25 ℃时,Ksp(BaSO4)=1.0×10-10,Ksp(BaCO3)=2.5×10-9,下列说法不正确的是( )
A.向同浓度的Na2SO4和Na2CO3的混合溶液中滴加BaCl2溶液,BaSO4先析出
B.向BaCO3的悬浊液中加入少量的新制氯水,c(Ba2+)增大
C.BaSO4和BaCO3共存的悬浊液中,eq \f(cSO\\al(2-,4),cCO\\al(2-,3))=eq \f(1,25)
D.向BaSO4的悬浊液中加入Na2CO3的浓溶液,BaSO4不可能转化为BaCO3
答案 D
解析 由于Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3),向同浓度的Na2SO4和Na2CO3的混合溶液中滴加BaCl2溶液,BaSO4先达到沉淀溶解平衡,故先析出BaSO4,A正确;向BaCO3溶液中加少量氯水,COeq \\al(2-,3)+2H+===H2O+CO2↑,平衡BaCO3(s)Ba2+(aq)+COeq \\al(2-,3)(aq)向右移动,c(Ba2+)增大,B正确;BaSO4和BaCO3共存时,eq \f(cSO\\al(2-,4),cCO\\al(2-,3))=eq \f(KspBaSO4,KspBaCO3)=eq \f(1.0×10-10,2.5×10-9)=eq \f(1,25),C正确;由于Ksp(BaSO4)和Ksp(BaCO3)相差不大,所以向BaSO4的悬浊液中加入浓Na2CO3溶液,BaSO4可以转化为BaCO3,D错误。
类型二 四大平衡常数在图像题中的应用
4.(2022·郑州模拟)HA是一元弱酸,微溶性盐MA2的饱和溶液中c(M2+)随c(H+)而变化,M2+不发生水解。定义如下关系:pM=-lg c(M2+),δ(A-)=eq \f(cA-,cA-+cHA)。25 ℃时,实验测得pM与δ(A-)的关系如图所示,其中D点对应的pH=5.0。已知lg 2≈0.3,则下列说法正确的是( )
A.D点存在2c(M2+)=3c(HA)
B.E点的pH≈5.6
C.25 ℃时,Ksp(MA2)的数量级为10-10
D.25 ℃时,HA的电离常数Ka为2.5×10-5
答案 B
解析 MA2的饱和溶液中加入H+时,H++A-HA,使MA2溶解平衡正向移动,在D点时,eq \f(cA-,cA-+cHA)=0.2,所以c(HA)=4c(A-),pH=5.0,故c(H+)=10-5 ml·L-1,Ka=eq \f(cH+·cA-,cHA)=2.5×10-6,D错误;D点时根据元素质量守恒2c(M2+)=c(A-)+c(HA),又
c(A-)=eq \f(1,4)c(HA),所以2c(M2+)=eq \f(5,4)c(HA),A错误;E点时,eq \f(cA-,cA-+cHA)=0.5,因此c(HA)=c(A-),Ka=eq \f(cH+·cA-,cHA)=2.5×10-6,pH=-lg c(H+)=-lg(2.5×10-6)≈5.6,B正确;当δ(A-)=1时,pM=3,即c(M2+)=10-3 ml·L-1,eq \f(cA-,cA-+cHA)=1,说明c(HA)=0,即溶液中的A-均为MA2电离的,根据MA2(s)M2+(aq)+2A-(aq),c(A-)=2c(M2+)=2×10-3 ml·
L-1,Ksp(MA2)=c(M2+)·c2(A-)=4×10-9,数量级为10-9,C错误。
5.已知:pBa=-lg c(Ba2+),pKa=-lg Ka,且常温下H2CO3:pKa1=6.4,pKa2=10.3。则常温下向20 mL 0.1 ml·L-1 BaCl2溶液中滴加0.2 ml·L-1Na2CO3溶液的滴定曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.E、F、G三点的Ksp从大到小的顺序为G>F>E
B.其他条件相同,用相同浓度、相同体积的MgCl2溶液替代BaCl2溶液,F点向G点迁移[已知Ksp(MgCO3)>Ksp(BaCO3)]
C.常温下,Ksp(BaCO3)为 1.0×10-9
D.常温下,COeq \\al(2-,3)的pKh1=7.6
答案 C
解析 题干信息标明为“常温下”,故温度不变,沉淀溶解平衡常数不变,A项错误;用相同浓度、相同体积的MgCl2溶液替代BaCl2溶液,恰好完全反应时,二者消耗的Na2CO3溶液体积相等,但由于碳酸钡的溶度积小于碳酸镁,所以滴定终点时pMg<pBa,故F点向下方迁移,B项错误;F点时BaCl2溶液与Na2CO3溶液恰好反应完全;由图中F点数据可知,pBa=4.5,则c(Ba2+)=1.0×10-4.5ml·L-1,c(COeq \\al(2-,3))=c(Ba2+)=1.0×10-4.5 ml·L-1,则Ksp(BaCO3)=c(COeq \\al(2-,3))·c(Ba2+)=1.0×10-4.5×1.0×10-4.5=1.0×10-9,C项正确;COeq \\al(2-,3)的一步水解常数Kh1=eq \f(cHCO\\al(-,3)·cOH-,cCO\\al(2-,3))=eq \f(cH+·cHCO\\al(-,3)·cOH-,cH+·cCO\\al(2-,3))=eq \f(Kw,Ka2),而H2CO3的pKa2=10.3,故Ka2=10-10.3,则Kh1=eq \f(Kw,Ka2)=eq \f(10-14,10-10.3)=10-3.7,即pKh1=3.7,D项错误。
类型三 四大平衡常数的综合应用
6.(1)NO2可用氨水吸收生成NH4NO3。25 ℃时,将a ml NH4NO3溶于水,溶液呈酸性,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(用离子方程式表示)。
向该溶液中滴加b L氨水后溶液呈中性,则滴加氨水的过程中水的电离平衡将______(填“正向”“不”或“逆向”)移动,所滴加氨水的浓度____ ml·L-1(NH3·H2O的电离平衡常数取Kb=2×10-5)。
(2)向氨水中加入0.05 ml·L-1稀硫酸至溶液正好呈中性,则c(NHeq \\al(+,4))________(填“>”“<”或“=”)2c(SOeq \\al(2-,4)),此时混合溶液中c(NHeq \\al(+,4))=176c(NH3·H2O),则NH3·H2O的电离常数Kb为________________。
(3)向10 mL 0.10 ml·L-1的氨水中加入10 mL 0.02 ml·L-1的CaCl2溶液,通过计算说明是否会生成沉淀[已知Ca(OH)2的Ksp=5.5×10-6,氨水中c(OH-)≈eq \r(cNH3·H2OKb) ]。
答案 (1)NHeq \\al(+,4)+H2ONH3·H2O+H+
逆向 eq \f(a,200b) (2)= 1.76×10-5
(3)由(2)可知,NH3·H2O的电离常数Kb=1.76×10-5,因氨水中c(OH-)≈eq \r(cNH3·H2OKb),故混合后c2(OH-)≈eq \f(1,2)×0.10×1.76×10-5 ml2·L-2=8.8×10-7 ml2·L-2,混合后c(Ca2+)=
0.01 ml·L-1,则Q=c(Ca2+)·c2(OH-)=0.01×8.8×10-7=8.8×10-9
(2)向氨水中加入0.05 ml·L-1稀硫酸至溶液正好呈中性,则根据电荷守恒有c(NHeq \\al(+,4))+c(H+)=c(OH-)+2c(SOeq \\al(2-,4)),所以c(NHeq \\al(+,4))=2c(SOeq \\al(2-,4));因混合溶液中c(NHeq \\al(+,4))=176c(NH3·H2O),NH3·H2O的电离常数Kb=eq \f(cNH\\al(+,4)·cOH-,cNH3·H2O)=1.76×10-5。
7.与K相关的计算:已知25 ℃时,Ksp[Mg(OH)2]=3.2×10-11,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20。
(1)25 ℃时,Mg(OH)2的溶解度为____________。
(2)向0.02 ml·L-1 MgCl2溶液中加入NaOH固体,要生成Mg(OH)2沉淀,溶液中c(OH-)最小为________。
(3)向浓度均为0.02 ml·L-1MgCl2和CuCl2混合液中逐滴加入NaOH溶液,先生成________沉淀,当两种沉淀共存时,eq \f(cMg2+,cCu2+)=____________。
(4)Cu2+的水解平衡常数为_________________________________________________。
(5)25 ℃,已知0.05 ml·L-1 NaA溶液pH=8,则HA的Ka=________(近似值)。
(6)25 ℃时,向a mL 0.1 ml·L-1 NaOH溶液中逐滴加入等浓度的CH3COOH溶液b mL,混合溶液恰好呈中性(体积变化忽略不计),已知CH3COOH的Ka=1.75×10-5,eq \f(a,b)=____________。
答案 (1)1.16×10-3 g (2)4×10-5 ml·L-1
(3)Cu(OH)2 1.45×109 (4)4.5×10-9
(5)5×10-4 (6)eq \f(175,176)
解析 (1)设饱和Mg(OH)2溶液的物质的量浓度为c ml·L-1,则c(Mg2+)·c2(OH-)=4c3=3.2×10-11,c=2×10-4,假设饱和Mg(OH)2溶液的密度为1 g·mL-1,则100 mL溶液的质量为100 g,含有溶质的质量为2×10-4 ml·L-1×0.1 L×58 g·ml-1=1.16×10-3 g,溶剂的质量约为100 g,所以其溶解度约为1.16×10-3 g。(2)如果溶液Q≥Ksp[Mg(OH)2]就能产生沉淀,c(OH-)≥eq \r(\f(Ksp[MgOH2],cMg2+))=eq \r(\f(3.2×10-11,0.02)) ml·L-1=4×10-5ml·L-1。(3)Mg(OH)2和Cu(OH)2的溶度积表达式相同,则溶度积常数小的先产生沉淀,所以先产生的沉淀是Cu(OH)2;当两种沉淀共存时,eq \f(cMg2+,cCu2+)=eq \f(cMg2+·c2OH-,cCu2+·c2OH-)=eq \f(Ksp[MgOH2],Ksp[CuOH2])=eq \f(3.2×10-11,2.2×10-20)≈1.45×109。
(4)Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·c2(OH-)=2.2×10-20,反应Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+的平衡常数Kh=eq \f(c2H+,cCu2+)=eq \f(c2H+,\f(Ksp[CuOH2],c2OH-))=eq \f(K\\al(2,w),Ksp[CuOH2])=eq \f(1×10-142,2.2×10-20)≈4.5×10-9。
(5)A-+H2OHA+OH-,pH=8,则c(HA)=c(OH-)=10-6 ml·L-1,HA的Ka=eq \f(cH+·cA-,cHA)≈eq \f(10-8×0.05,10-6)=5×10-4。(6)溶液呈中性说明c(H+)=10-7 ml·L-1,溶液中c(CH3COO-)=
c(Na+)=eq \f(0.1a,a+b) ml·L-1,醋酸的浓度为eq \f(0.1b-0.1a,a+b) ml·L-1,根据平衡常数的计算公式可得:1.75×10-5=eq \f(10-7×\f(0.1a,a+b),\f(0.1b-0.1a,a+b))=eq \f(10-7a,b-a),解得eq \f(a,b)=eq \f(175,176)。
8.已知Ka(Kb)、Kw、Kh、Ksp分别表示弱酸的电离平衡常数(弱碱的电离平衡常数)、水的离子积常数、盐的水解平衡常数、难溶电解质的溶度积常数。通过查阅资料获得温度为25 ℃时以下数据:
Kw=1.0×10-14,Ka(CH3COOH)=1.8×10-5,
Ka(HSCN)=0.13,Ka(HF)=4.0×10-4,
Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11。
(1)有关上述常数的说法正确的是______________________________________(填字母)。
a.它们都能反映一定条件下对应变化进行的程度
b.所有弱电解质的电离常数和难溶电解质的Ksp都随温度的升高而增大
c.常温下,CH3COOH在水中的Ka大于在饱和CH3COONa溶液中的Ka
d.一定温度下,在CH3COONa溶液中,Kw=Ka·Kh
(2)25 ℃时,1.0 ml·L-1HF溶液的pH约等于____________(已知lg 2≈0.3)。将浓度相等的HF与NaF溶液等体积混合,判断溶液呈______(填“酸”“碱”或“中”)性,并结合有关数据解释原因:_________________________________________。
(3)已知CH3COONH4溶液为中性,又知CH3COOH溶液加到Na2CO3溶液中有气体放出,现有25 ℃时等浓度的四种溶液:
A.NH4Cl B.NH4SCN
C.CH3COONH4 D.NH4HCO3
回答下列问题:
①试推断NH4HCO3溶液的pH________(填“>”“<”或“=”)7。
②将四种溶液按NHeq \\al(+,4)的浓度由大到小的顺序排列:______(填字母)。
③NH4SCN溶液中所有离子浓度由大到小的顺序为___________________________。
(4)为探究Mg(OH)2在酸中的溶解性,利用以上数据可以计算出反应: Mg(OH)2(s)+2CH3COOH(aq)Mg2+(aq)+2CH3COO-(aq)+2H2O(l)在25 ℃时的平衡常数K=____________,并据此推断Mg(OH)2______(填“能”或“不能”)溶解于醋酸。(已知1.83≈5.8)
答案 (1)ad (2)1.7 酸 HF和NaF的浓度相等,Ka=4.0×10-4,Kh=eq \f(Kw,Ka)=2.5×10-11<Ka,故HF的电离程度大于F-的水解程度,溶液呈酸性
(3)①> ②A>B>C>D ③c(SCN-)>c(NHeq \\al(+,4))>c(H+)>c(OH-) (4)5.8×107 能
解析 (1)难溶电解质的Ksp不一定随温度的升高而增大,故b错误;Ka只随温度变化,故c错误;由电离平衡常数Ka(CH3COOH)=eq \f(cCH3COO-·cH+,cCH3COOH),水的离子积常数Kw=c(H+)·
c(OH-),盐的水解平衡常数Kh=eq \f(cCH3COOH·cOH-,cCH3COO-)可知,一定温度下,在CH3COONa溶液中,Kw=Ka·Kh,故d正确。
(2)Ka(HF)=eq \f(cH+·cF-,cHF)≈eq \f(c2H+,1.0)=4.0×10-4,则1.0 ml·L-1HF溶液中氢离子浓度为2.0×
10-2 ml·L-1,所以pH=-lg(2.0×10-2)=2-lg 2≈1.7。(3)①因CH3COOH溶液加到Na2CO3溶液中有气体放出,所以酸性:CH3COOH>H2CO3,CH3COONH4溶液为中性,可得醋酸与NH3·H2O的电离常数相等,所以NH4HCO3溶液中碳酸氢根离子的水解程度大于铵根离子的水解程度,则溶液的pH>7。②NH4Cl溶液中Cl-不促进也不抑制NHeq \\al(+,4)的水解;B、C、D中均相互促进,由Ka(CH3COOH)=1.8×10-5,Ka(HSCN)=0.13,以及①的分析,酸性:HSCN>CH3COOH>H2CO3,B、C、D中NHeq \\al(+,4)水解程度依次增大,则四种溶液中NHeq \\al(+,4)的浓度由大到小的顺序排列是A>B>C>D。③由CH3COONH4溶液为中性,Ka(HSCN)=0.13>Ka(CH3COOH)可知,NH4SCN溶液呈酸性,所以溶液中所有离子浓度由大到小的顺序为
c(SCN-)>c(NHeq \\al(+,4))>c(H+)>c(OH-)。(4)Mg(OH)2(s)+2CH3COOH(aq)Mg2+(aq)+2CH3COO-(aq)+2H2O(l)在25 ℃时的平衡常数K=eq \f(cMg2+·c2CH3COO-,c2CH3COOH)=eq \f(cMg2+·c2CH3COO-·c2H+·c2OH-,c2CH3COOH·c2H+·c2OH-)=eq \f(K\\al(2,a)CH3COOH·Ksp[MgOH2],K\\al(2,w))=eq \f(1.8×10-52×1.8×10-11,1.0×10-142)≈5.8×107;因K特别大,所以Mg(OH)2能溶解于醋酸。
1.(2021·湖北,14)常温下,已知H3PO3溶液中含磷物种的浓度之和为0.1 ml·L-1,溶液中各含磷物种的pC—pOH关系如图所示。图中pC表示各含磷物种的浓度负对数(pC=-lg c),pOH表示OH-的浓度负对数[pOH=-lg c(OH-)];x、y、z三点的坐标:x(7.3,1.3),y(10.0,3.6),z(12.6,1.3)。下列说法正确的是( )
A.曲线①表示pc(H3PO3)随pOH的变化
B.H3PO3的结构简式为
C.pH=4的溶液中:c(H2POeq \\al(-,3))<0.1 ml·L-1-2c(HPOeq \\al(2-,3))
D.H3PO3+HPOeq \\al(2-,3)2H2POeq \\al(-,3)的平衡常数K>1.0×105
答案 D
解析 图像中含P物质只有3种,说明H3PO3为二元弱酸。随着c(OH-)逐渐增大,pOH减小,根据H3PO3+OH-===H2POeq \\al(-,3)+H2O、H2POeq \\al(-,3)+OH-===HPOeq \\al(2-,3)+H2O,知c(H3PO3)逐渐减小,c(H2POeq \\al(-,3))先增大后减小,c(HPOeq \\al(2-,3))逐渐增大,pC=-lg c,则pc(H3PO3)逐渐增大,pc(H2POeq \\al(-,3))先减小后增大,pc(HPOeq \\al(2-,3))逐渐减小,故曲线③表示pc(H3PO3),曲线②表示pc(H2POeq \\al(-,3)),曲线①表示pc(HPOeq \\al(2-,3));根据x点知,c(HPOeq \\al(2-,3))=c(H2POeq \\al(-,3))时,pOH=7.3,c(OH-)=10-7.3 ml·
L-1,c(H+)=10-6.7 ml·L-1,则H3PO3的Ka2=eq \f(cH+·cHPO\\al(2-,3),cH2PO\\al(-,3))=10-6.7,根据z点知,c(H2POeq \\al(-,3))=c(H3PO3),pOH=12.6,c(OH-)=10-12.6 ml·L-1,c(H+)=10-1.4 ml·L-1,则H3PO3的Ka1=eq \f(cH+·cH2PO\\al(-,3),cH3PO3)=10-1.4,曲线①表示pc(HPOeq \\al(2-,3))随pOH的变化,故A项错误;H3PO3为二元弱酸,其结构简式为,故B项错误;pH=4即pOH=10,由图可知,此时,pc(HPOeq \\al(2-,3))=pc(H3PO3),则c(H3PO3)=c(HPOeq \\al(2-,3)),而c(H3PO3)+c(H2POeq \\al(-,3))+c(HPOeq \\al(2-,3))=
0.1 ml·L-1,故c(H2POeq \\al(-,3))=0.1 ml·L-1-2c(HPOeq \\al(2-,3)),故C项错误;由①H3PO3H2POeq \\al(-,3)+
H+ Ka1,②H2POeq \\al(-,3)HPOeq \\al(2-,3)+H+ Ka2,①-②可得H3PO3+HPOeq \\al(2-,3)2H2POeq \\al(-,3),则平衡常数K=eq \f(Ka1,Ka2)=eq \f(10-1.4,10-6.7)=105.3>1×105,故D项正确。
2.(2021·辽宁1月适应性测试,15)天然水体中的H2CO3与空气中的CO2保持平衡。已知Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,某溶洞水体中lg c(X)(X为H2CO3、HCOeq \\al(-,3)、COeq \\al(2-,3)或Ca2+)与pH的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.曲线①代表COeq \\al(2-,3)
B.H2CO3的一级电离常数为10-8.3
C.c(Ca2+)随pH升高而增大
D.pH=10.3时,c(Ca2+)=2.8×10-7.9 ml·L-1
答案 D
解析 根据图像可知,曲线①代表HCOeq \\al(-,3),A错误;曲线①代表HCOeq \\al(-,3),由点(6.3,-5)可知,H2CO3的一级电离常数Ka1=eq \f(cH+·cHCO\\al(-,3),cH2CO3)=1.0×10-6.3,B错误;曲线③代表Ca2+,根据图像可知,c(Ca2+)随pH升高而减小,C错误;已知Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,根据图像,pH=10.3时,c(HCOeq \\al(-,3))=c(COeq \\al(2-,3))=10-1.1 ml·L-1,则c(Ca2+)=eq \f(Ksp,cCO\\al(2-,3))=eq \f(2.8×10-9,10-1.1) ml·L-1=2.8×10-7.9 ml·L-1,D正确。
课时精练
1.(2022·杭州质检)已知:常温下,Ka(HA)=3.0×10-4,Ka1(H2B)=4.3×10-2,Ka2(H2B)=5.6×
10-6。下列说法正确的是( )
A.NaOH与等浓度等体积的HA、H2B溶液完全反应,消耗NaOH的物质的量前者更大
B.pH=a的NaA溶液中,水电离出的c(OH-)为10-a ml·L-1
C.向NaA溶液中滴加少量H2B溶液的离子方程式为A-+H2B===HB-+HA
D.向Na2B溶液中滴加等浓度等体积的盐酸,充分反应后溶液呈碱性
答案 C
解析 与等浓度等体积的HA、H2B溶液即n(HA)=n(H2B),由关系式HA~NaOH、H2B~2NaOH可知,完全反应消耗NaOH的物质的量后者更大,A项错误;由信息知,HA是弱酸,NaA溶液因水解呈碱性,促进水的电离,则pH=a的NaA溶液中,c(H+)为10-a ml·L-1,水电离出的c(OH-)为10a-14 ml·L-1,B项错误;向Na2B溶液中滴加等浓度等体积的盐酸,充分反应后得到NaCl和NaHB的混合溶液,NaHB水解常数Kh=eq \f(cOH-·cH2B,cHB-)=eq \f(cOH-·cH2B·cH+,cHB-·cH+)=eq \f(Kw,Ka1)=eq \f(1×10-14,4.3×10-2),则Ka2(H2B)>Kh,溶液呈酸性,D项错误。
2.(2021·湖南1月适应性考试,14改编)常温下,向20.00 mL 0.100 0 ml·L-1的CH3COOH溶液中滴加0.100 0 ml·L-1的NaOH溶液,溶液中,lg eq \f(cCH3COO-,cCH3COOH)随pH的变化关系如图所示(取lg 5=0.7)。
下列说法正确的是( )
A.常温下,CH3COOH的电离常数为10-5
B.当溶液的pH=7时,消耗NaOH溶液20.00 mL
C.溶液中水的电离程度大小:a>b>c
D.c点溶液中:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
答案 D
解析 常温下,CH3COOH的电离常数Ka=eq \f(cCH3COO-·cH+,cCH3COOH),b点pH=4.76时,lg eq \f(cCH3COO-,cCH3COOH)=0,c(CH3COOH)=c(CH3COO-),则CH3COOH的电离常数等于10-4.76,故A不符合题意;向20.00 mL 0.100 0 ml·L-1的CH3COOH溶液中滴加0.100 0 ml·L-1的NaOH溶液20 mL时,溶质为CH3COONa,为强碱弱酸盐,水解显碱性,此时溶液的pH>7,故B不符合题意;酸碱抑制水的电离,强碱弱酸盐水解显碱性,促进水的电离。Kh=eq \f(Kw,Ka)=eq \f(10-14,10-4.76)=10-9.24,CH3COONa存在水解平衡,Kh=eq \f(cCH3COOH·cOH-,cCH3COO-) ,pH=8.73时,c(OH-)=eq \f(10-14,10-8.73) ml·
L-1=10-5.27 ml·L-1,lg eq \f(cCH3COO-,cCH3COOH)=3.97,eq \f(cCH3COOH,cCH3COO-)=10-3.97,Kh=eq \f(cCH3COOH·cOH-,cCH3COO-)=10-3.97×10-5.27=10-9.24,则c点为CH3COONa溶液,b点为CH3COOH和CH3COONa的混合溶液,a点为CH3COOH溶液,溶液中水的电离程度大小:c>b>a,故C不符合题意;CH3COONa溶液中,由于醋酸根离子要水解,c(Na+)>c(CH3COO-),但水解较微弱,c(CH3COO-)>c(OH-),则c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+),故D符合题意。
3.(2022·湖南衡阳模拟)已知CH3NH2和NH2OH的水溶液都显碱性,与NH3类似。如CH3NH2在水中的电离方程式:CH3NH2+H2OCH3NHeq \\al(+,3)+OH-。常温下,浓度均为1 ml·L-1的CH3NH2和NH2OH两种溶液,起始体积均为V0 mL。分别向两溶液中加水稀释,所得曲线如图[V表示稀释后溶液的体积,pOH=-lg c(OH-)]。下列说法错误的是( )
A.常温下,CH3NHeq \\al(+,3)的水解常数约为9.9×10-11
B.常温下,用盐酸滴定NH2OH时,可选用甲基橙作指示剂
C.CH3NH3Cl溶液中存在关系:2c(H+)-2c(OH-)=c(CH3NH2)+c(Cl-)-c(CH3NHeq \\al(+,3))
D.等物质的量浓度的CH3NH3Cl和NH3OHCl混合溶液中离子浓度的大小关系为c(NH3OH+)>c(CH3NHeq \\al(+,3))
答案 D
解析 起点时,pOH=2,c(OH-)=1×10-2 ml·L-1,所以Kb=eq \f(cCH3NH\\al(+,3)·cOH-,cCH3NH2)=eq \f(1×10-2×1×10-2,1-1×10-2)≈1.01×10-4,则CH3NHeq \\al(+,3)的水解常数Kh=eq \f(Kw,Kb)=eq \f(1×10-14,1.01×10-4)≈9.9×10-11,A项正确;NH2OH与盐酸反应生成强酸弱碱盐,滴定终点时溶液显酸性,可用甲基橙作指示剂,B项正确;CH3NH3Cl溶液中,根据元素质量守恒:c(Cl-)=c(CH3NH2)+c(CH3NHeq \\al(+,3)),根据电荷守恒:c(H+)+c(CH3NHeq \\al(+,3))=c(Cl-)+c(OH-),所以c(CH3NHeq \\al(+,3))=c(Cl-)-c(CH3NH2),
2c(H+)-2c(OH-)=2c(Cl-)-2c(CH3NHeq \\al(+,3))=2c(Cl-)-c(CH3NHeq \\al(+,3))-[c(Cl-)-c(CH3NH2)],得到2c(H+)-2c(OH-)=c(CH3NH2)+c(Cl-)-c(CH3NHeq \\al(+,3)),C项正确;由图可知,浓度均为
1 ml·L-1的CH3NH2和NH2OH两种溶液,NH2OH的pOH大于CH3NH2的pOH,说明NH2OH的碱性较弱,则其对应的盐越易水解,所以等物质的量浓度的CH3NH3Cl和NH3OHCl混合溶液中离子浓度的大小关系为c(NH3OH+)<c(CH3NHeq \\al(+,3)),D项错误。
4.制备锌印刷电路板是用稀硝酸腐蚀锌板,产生的废液称为“烂板液”。“烂板液”中除含有硝酸锌外,还含有自来水带入的Cl-和Fe3+。在实验室里用“烂板液”制取ZnSO4·7H2O的过程如下:
(1)若稀硝酸腐蚀锌板时还原产物为NH4NO3,氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(2)若步骤①的pH>12,则Zn(OH)2溶解生成偏锌酸钠,写出Zn(OH)2被溶解的离子方程式:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)滤液D中除了含有OH-外,还含有的阴离子为__________(填离子符号)。
(4)若滤液E的pH=4,c(Zn2+)=2 ml·L-1,c(Fe3+)=2.6×10-9 ml·L-1,能求得的溶度积是______(填字母)。
A.Ksp[Zn(OH)2]
B.Ksp[Zn(OH)2]和Ksp[Fe(OH)3]
C.Ksp[Fe(OH)3]
(5)已知:①Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq)
ΔH=a kJ·ml-1
②H2O(l)H+(aq)+OH-(aq)
ΔH=b kJ·ml-1
请写出Fe3+发生水解反应的热化学方程式:_________________________________
________________________________________________________________________。
(6)若Fe(OH)3的溶度积常数为Ksp,H2O的离子积常数为Kw,Fe3+发生水解反应的平衡常数K=______________(用含Ksp、Kw的代数式表示)。
答案 (1)1∶4 (2)Zn(OH)2+2OH-===ZnOeq \\al(2-,2)+2H2O (3)Cl-、NOeq \\al(-,3) (4)C (5)Fe3+(aq)+3H2O(l)Fe(OH)3(s)+3H+(aq) ΔH=(3b-a) kJ·ml-1 (6)eq \f(K\\al(3,w),Ksp)
解析 “烂板液”中除含硝酸锌外,还含有自来水带入的Cl-和Fe3+,加入氢氧化钠调节溶液的pH=8,使铁离子、锌离子转化为Fe(OH)3、Zn(OH)2沉淀,过滤分离,滤液C中含有NaNO3、NaCl等,沉淀上会附着NaNO3、NaCl等,用水洗涤除去,沉淀B用硫酸溶解、控制一定pH,Fe(OH)3不溶解,过滤分离得到ZnSO4溶液,再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得ZnSO4·7H2O,以此解答该题。
(1)稀硝酸腐蚀锌板时还原产物为NH4NO3,反应中N元素化合价由+5降低到-3,Zn元素化合价由0升高到+2,则氧化剂与还原剂的物质的量之比是1∶4。(4)若滤液E的pH=4,c(Zn2+)=2 ml·L-1,c(Fe3+)=2.6×10-9 ml·L-1,可知铁离子完全沉淀,因此可计算氢氧化铁的溶度积。(5)根据盖斯定律,将②×3-①可得Fe3+发生水解反应的热化学方程式:Fe3+(aq)+3H2O(l)Fe(OH)3(s)+3H+(aq) ΔH=(3b-a) kJ·ml-1。
(6)K=eq \f(c3H+,cFe3+)=eq \f(c3H+·c3OH-,cFe3+·c3OH-)=eq \f(K\\al(3,w),Ksp)。
5.工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.4 kJ·ml-1
(1)一定温度下,向2 L密闭容器中充入2 ml N2(g)和8 ml H2(g),反应过程中氨气物质的量与时间的关系如下表所示:
①0~20 min内氢气的平均反应速率为____________________。
②升高温度,该平衡常数K将______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)常温下,一水合氨电离常数Kb=1.8×10-5,向蒸馏水中通入一定量氨气配制浓度为0.5 ml·
L-1的氨水,氨水的pH约为___________________________________________。
(已知lg 2≈0.3,lg 3≈0.5)
(3)常温下,Ni(OH)2的溶度积为5.5×10-16。在0.01 ml·L-1的含Ni2+的溶液中滴加氨水到pH=8时,溶液中c(Ni2+)=_______________________________________________。
(4)常温下,0.1 ml·L-1氯化铵溶液pH约为5,在该条件下,氯化铵水解常数Kh约为__________________________________。
答案 (1)①5.625×10-3 ml·L-1·min-1 ②减小 (2)11.5 (3)5.5×10-4ml·L-1 (4)1.0×
10-9
解析 (1)①v(H2)=eq \f(3,2)v(NH3)=eq \f(0.15 ml,2 L×20 min)×eq \f(3,2)=5.625×10-3 ml·L-1·min-1。②合成氨反应的正反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小。(2)设0.5 ml·L-1氨水电离出的c(OH-)为x ml·L-1,由NH3·H2ONHeq \\al(+,4)+OH-可知:Kb=eq \f(cNH\\al(+,4)·cOH-,cNH3·H2O)=eq \f(x2,0.5-x)=1.8×10-5,解得:x≈3.0×10-3,则c(H+)=eq \f(Kw,cOH-)=eq \f(1.0×10-14,3.0×10-3) ml·L-1=eq \f(1,3)×
10-11 ml·L-1,pH=-lg(eq \f(1,3)×10-11)=11+lg 3≈11.5。(3)pH=8时,c(OH-)=1.0×10-6 ml·
L-1,由Ni(OH)2(s)Ni2+(aq)+2OH-(aq)可知:c(Ni2+)=eq \f(5.5×10-16,1.0×10-62) ml·L-1=5.5×
10-4 ml·L-1。(4)氯化铵溶液中存在水解平衡:NHeq \\al(+,4)+H2ONH3·H2O+H+,0.1 ml·L-1氯化铵溶液pH约为5,则c(H+)≈1.0×10-5ml·L-1,则氯化铵水解常数Kh=eq \f(cNH3·H2O·cH+,cNH\\al(+,4))≈eq \f(1.0×10-5×1.0×10-5,0.1)=1.0×10-9。
6.已知K、Ka、Kw、Ksp分别表示化学平衡常数、弱酸的电离平衡常数、水的离子积常数、难溶电解质的溶度积常数。
(1)已知25 ℃时CH3COONH4溶液呈中性,则该温度下CH3COONH4溶液中水电离的H+浓度为________,溶液中离子浓度大小关系为____________________。
(2)NH4Cl溶液呈______(填“酸”“碱”或“中”)性,其原因是_________________
________________________________________________________________________(用离子方程式表示)。
NaHCO3溶液呈______(填“酸”“碱”或“中”)性,其原因是_________________________
________________________________________________________________________(用离子方程式表示)。
(3)常温下,Fe(OH)3和Mg(OH)2的Ksp分别为8.0×10-38、1.0×10-11,向浓度均为0.1 ml·L-1的FeCl3、MgCl2的混合溶液中加入碱液,要使Fe3+完全沉淀而Mg2+不沉淀,应该调节溶液pH的范围是____________(已知lg 2≈0.3,离子浓度低于10-5ml·L-1时认为沉淀完全)。
答案 (1)1.0×10-7 ml·L-1 c(NHeq \\al(+,4))=c(CH3COO-)>c(OH-)=c(H+) (2)酸 NHeq \\al(+,4)+H2ONH3·H2O+H+ 碱 HCOeq \\al(-,3)+H2OH2CO3+OH- (3)3.3≤pH<9
解析 (1)CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,则该温度下CH3COONH4溶液中铵根离子和醋酸根离子水解程度相同,导致醋酸铵溶液呈中性,水电离出氢离子的浓度为1.0×10-7 ml·L-1;水的电离程度很小,溶液中离子浓度大小顺序是c(NHeq \\al(+,4))=c(CH3COO-)>c(OH-)=c(H+)。(3)eq \r(3,\f(Ksp[FeOH3],10-5)) ml·L-1≤c(OH-)<eq \r(\f(Ksp[MgOH2],0.1)) ml·L-1,eq \r(3,\f(8.0×10-38,10-5)) ml·
L-1≤c(OH-)<eq \r(\f(1.0×10-11,0.1)) ml·L-1,2×10-11 ml·L-1≤c(OH-)<1×10-5 ml·L-1,eq \f(10-14,10-5) ml·
L-1<c(H+)≤eq \f(10-14,2×10-11) ml·L-1,则3.3≤pH<9。
7.(2022·贵阳检测)平衡常数是分析平衡问题的重要依据。回答下列问题:
(1)高氯酸、硫酸、硝酸和盐酸都是强酸,其酸性在水溶液中差别不大,但在冰醋酸中却有一定的差异,以下是某温度下这四种酸在冰醋酸中的电离常数:
从表格中的数据判断以下说法不正确的是______(填字母)。
a.在冰醋酸中这四种酸都没有完全电离
b.在冰醋酸中高氯酸是这四种酸中酸性最强的酸
c.在冰醋酸中硫酸的电离方程式为H2SO4===2H++SOeq \\al(2-,4)
d.水对于这四种酸的强弱没有区分能力,但冰醋酸可以区分这四种酸的强弱
(2)已知:25 ℃时,HA的Ka=1.0×10-6,则1 ml·L-1的HA溶液的pH=______。
(3)在温度为t时,某研究人员测定NH3·H2O的电离常数Kb为2×10-5,NHeq \\al(+,4)的水解常数Kh为1.5×10-8,则该温度下水的离子积常数Kw为________,请判断t____(填“>”“<”或“=”)25 ℃。
(4)化工生产中常用MnS作沉淀剂除去工业废水中的Cu2+:Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+
Mn2+(aq)。
该反应的平衡常数K为__________(保留两位有效数字,CuS和MnS的Ksp分别为6.0×10-36、2.0×10-10)。
(5)25 ℃时,将a ml·L-1的氨水与0.01 ml·L-1的盐酸等体积混合所得溶液中c(NHeq \\al(+,4))=
c(Cl-),则溶液显______(填“酸”“碱”或“中”)性;用含a的代数式表示NH3·H2O的电离常数Kb=____________。
答案 (1)c (2)3 (3)3×10-13 > (4)3.3×1025 (5)中 eq \f(10-9,a-0.01)
解析 (1)根据电离平衡常数知,在冰醋酸中这几种酸都不完全电离,a正确;在冰醋酸中,高氯酸的电离平衡常数最大,所以高氯酸的酸性最强,b正确;在冰醋酸中硫酸存在电离平衡,所以其电离方程式为H2SO4H++HSOeq \\al(-,4),c错误;这四种酸在水中都完全电离,在冰醋酸中电离程度不同,所以水对于这四种酸的强弱没有区分能力,但冰醋酸可以区分这四种酸的强弱,d正确。(2)由c2(H+)≈Ka·c(HA)=1.0×10-6×1,所以c(H+)=10-3 ml·L-1,pH=3。(3)Kw=Kb·Kh=2×10-5×1.5×10-8=3×10-13;t温度时水的离子积常数大于25 ℃时水的离子积常数,水的电离吸热,温度越高离子积常数越大,因此温度应高于25 ℃。(4)平衡常数K=eq \f(cMn2+,cCu2+)=eq \f(cMn2+·cS2-,cCu2+·cS2-)=eq \f(KspMnS,KspCuS)=eq \f(2.0×10-10,6.0×10-36)≈3.3×1025。(5)根据电荷守恒有c(NHeq \\al(+,4))+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),由于c(NHeq \\al(+,4))=c(Cl-),故c(H+)=c(OH-),溶液呈中性,故溶液中c(OH-)=10-7 ml·L-1,溶液中c(NHeq \\al(+,4))=c(Cl-)=eq \f(1,2)×0.01 ml·L-1=0.005 ml·L-1,故混合后溶液中c(NH3·H2O)=eq \f(1,2)×a ml·L-1-0.005 ml·L-1=(0.5a-0.005) ml·L-1,NH3·H2O的电离常数Kb=eq \f(10-7×0.005,0.5a-0.005)=eq \f(10-9,a-0.01)。常数
符号
适用体系
影响因素
表达式
水的离子积常数
Kw
任意水溶液
温度升高,Kw增大
Kw=c(OH-)·c(H+)
电离常数
酸Ka
弱酸溶液
升温,K增大
HAH++A-,电离常数Ka=eq \f(cH+·cA-,cHA)
碱Kb
弱碱溶液
BOHB++OH-,电离常数Kb=eq \f(cB+·cOH-,cBOH)
盐的水解常数
Kh
盐溶液
升温,Kh增大
A-+H2OOH-+HA,水解常数Kh=eq \f(cOH-·cHA,cA-)
溶度积常数
Ksp
难溶电解质溶液
升温,大多数Ksp增大
MmAn的饱和溶液:Ksp=cm(Mn+)·
cn(Am-)
Q与Ksp的关系
平衡移动方向
结论
Q>Ksp
逆向
溶液过饱和,有沉淀析出
Q=Ksp
不移动
溶液饱和,处于平衡状态
Q<Ksp
正向
溶液未饱和,无沉淀析出
实验
实验操作和现象
1
用pH计测定0.5 ml·L-1 NaHSO3溶液的pH,测得pH约为6.4
2
向0.05 ml·L-1 NaHSO3溶液中滴加过量0.1 ml·L-1 Ca(OH)2溶液,产生白色沉淀
3
向10 mL 0.05 ml·L-1 NaHSO3溶液中滴加10 mL 0.05 ml·L-1盐酸,反应结束,测得pH约为3.2
4
向10 mL 0.05 ml·L-1 NaHSO3溶液中滴加10 mL 0.05 ml·L-1 NaOH溶液,反应结束,测得pH约为9.3
时间/min
0
5
10
15
20
25
30
35
NH3/ml
0
0.5
0.9
0.12
0.15
0.15
0.15
0.15
酸
HClO4
H2SO4
HCl
HNO3
Ka
3.0×10-8
6.3×10-9
1.6×10-9
4.2×10-10
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