2024届高考化学一轮复习练习第八章水溶液中的离子反应与平衡第46讲水溶液中四大平衡常数的综合应用
展开1.四大平衡常数的表达式
2.四大平衡常数的应用
(1)Q与K的关系:二者表达式相同,若Q
(2)平衡常数都只与温度有关,温度不变,平衡常数不变。升高温度,Ka(Kb)、Kw、Kh均增大,而Ksp一般会增大。
3.四大平衡常数Ka(Kb)、Kw、Kh、Ksp之间的关系
(1)平衡常数都只与温度有关,温度不变,平衡常数不变。升高温度,Ka、Kb、Kw、Kh均增大。
(2)Ka(Kb)、Kh、Kw三者的关系式为Kh= eq \f(Kw,Ka) (或 eq \f(Kw,Kb) )。
(3)对二元弱酸的Ka1、Ka2与相应酸根离子的Kh1、Kh2的关系式为Ka1·Kh2=Kw,Ka2·Kh1=Kw。
(4)反应CdS(s)+2H+(aq)Cd2+(aq)+H2S(aq)的平衡常数K,则K= eq \f(Ksp,Ka1·Ka2) 。
(5)反应3Mg(OH)2(s)+2Fe3+(aq)2Fe(OH)3(s)+3Mg2+(aq)的平衡常数K= eq \f(c3(Mg2+),c2(Fe3+)) = eq \f(K eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(sp)) [Mg(OH)2],K eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(sp)) [Fe(OH)3]) 。
学生用书第218页
一、利用电离常数确定离子浓度比值的变化
1.已知某温度下CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,现向10 mL浓度为0.1 ml/L的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,在滴加过程中( )
A.水的电离程度始终增大
B.c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )/c(NH3·H2O)先增大再减小
C.c(CH3COOH)与c(CH3COO-)之和始终保持不变
D.当加入氨水的体积为10 mL时,c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )=c(CH3COO-)
D [酸碱均抑制水的电离,向CH3COOH溶液中滴加氨水,水的电离程度先增大,当恰好完全反应后,再滴加氨水,水的电离程度减小,A错误;因为氨水的电离常数Kb= eq \f(c(OH-)·c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) ),c(NH3·H2O)) ,所以 eq \f(c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) ),c(NH3·H2O)) = eq \f(Kb,c(OH-)) ,因为温度不变,Kb不变,随氨水的加入c(OH-)增大, eq \f(c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) ),c(NH3·H2O)) 不断减小,B错误;加入氨水,体积变大,c(CH3COOH)与c(CH3COO-)之和变小,C错误;当加入氨水的体积为10 mL时,氨水与CH3COOH恰好反应,CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,故CH3COO-和NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) 的水解程度相同,溶液呈中性,由电荷守恒可得c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )=c(CH3COO-),D正确。]
二、利用电离常数判断化学反应进行的方向
2.部分弱酸的电离平衡常数如下表:
下列选项错误的是 (填字母)。
a.2CN-+H2O+CO2===2HCN+CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3))
b.2HCOOH+CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) ===2HCOO-+H2O+CO2↑
c.中和等体积、等pH的HCOOH和HCN消耗NaOH的量前者小于后者
d.等体积、等浓度的HCOONa和NaCN溶液中所含离子总数前者小于后者
解析: 根据电离平衡常数,HCN的电离程度介于H2CO3的一级电离和二级电离之间,因此a中反应错误,应为CN-+H2O+CO2===HCN+HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) ;HCOOH的电离程度大于H2CO3的一级电离,因此b正确;等pH的HCOOH和HCN,HCN溶液的浓度大,中和等体积、等pH的HCOOH和HCN,后者消耗NaOH的量大,c正确;在HCOONa和NaCN溶液中分别存在电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(HCOO-)+c(OH-),c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-)。等浓度的HCOONa和NaCN溶液,NaCN水解程度大,溶液中OH-浓度大,H+浓度小。根据电荷守恒,两溶液中离子总浓度为2[c(Na+)+c(H+)],而Na+浓度相同,H+浓度后者小,因此等体积、等浓度的两溶液中离子总数前者大于后者,d错误。
答案: ad
三、利用水的离子积常数判断溶液的酸碱性
3.如图表示水中c(H+)和c(OH-)的关系,下列判断错误的是( )
A.两条曲线间任意点均有c(H+)·c(OH-)=Kw
B.M区域内任意点均有c(H+)
D [任何水溶液中都有Kw=c(H+)·c(OH-),因此两条曲线间任一点均有此关系,A项正确;XZ线上任意点溶液呈中性,M区域在XZ上方均有c(H+)
4.下表是三种物质的溶解度(20 ℃),下列说法中正确的是( )
A.已知MgCO3的Ksp=6.82×10-6,则所有含有固体MgCO3的溶液中,都有c(Mg2+)=c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) ),且c(Mg2+)·c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )=6.82×10-6
B.将表中三种物质与水混合,加热、灼烧,最终的固体产物相同
C.除去粗盐中含有的MgCl2杂质,最佳除杂试剂为Na2CO3溶液
D.用石灰水处理含有Mg2+和HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) 的硬水,发生反应的离子方程式为Mg2++2HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +Ca2++2OH-===CaCO3↓+MgCO3↓+2H2O
B [含有MgCO3的溶液中一定有c(Mg2+)·c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )=6.82×10-6,但是c(Mg2+)、c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )不一定相等,如溶液中同时含有MgCl2或Na2CO3,A项错误;加热MgCl2溶液过程中MgCl2水解,因HCl挥发,在加热、灼烧后最终得到的是MgO,加热MgCO3溶液过程中因Mg(OH)2更难溶,MgCO3转化为Mg(OH)2,灼烧Mg(OH)2得到MgO,B项正确;由于Mg(OH)2的溶解度更小,故除去粗盐中的MgCl2的最佳试剂是NaOH溶液,C项错误;石灰水处理硬水得到的沉淀是CaCO3和Mg(OH)2的混合物,D项错误。]
五、平衡常数之间关系的综合应用
5.(1)已知25 ℃,NH3·H2O的Kb=1.8×10-5,H2SO3的Ka1=1.3×10-2,Ka2=6.2×10-8。若氨水的浓度为2.0 ml·L-1,溶液中的c(OH-)= ml·L-1。将SO2通入该氨水中,当c(OH-)降至1.0×10-7 ml·L-1时,溶液中的c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )/c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )= 。
(2)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似。联氨第一步电离的平衡常数值为 (已知:N2H4+H+N2H eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(5)) 的K=8.7×107;Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为 。
(3)已知:Kw=1.0×10-14,Al(OH)3AlO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(2)) +H++H2O K=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于 。
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(4)汽车尾气中的SO2可用石灰水吸收,生成亚硫酸钙悬浊液。常温下,测得CaSO3与水形成的悬浊液pH为9,忽略SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) 的第二步水解,则Ksp(CaSO3)≈ (保留3位有效数字)。[已知:Ka1(H2SO3)=1.54×10-2,Ka2(H2SO3)=1.02×10-7]
解析: (1)由NH3·H2O的电离方程式及其电离平衡常数Kb=1.8×10-5可知,Kb=[c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )·c(OH-)]/c(NH3·H2O)=1.8×10-5,当氨水的浓度为2.0 ml·L-1时,溶液中的c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )=c(OH-)=6.0×10-3 ml·L-1。由H2SO3的第二步电离方程式HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) + H+及其电离平衡常数Ka2=6.2×10-8可知,Ka2=[c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )·c(H+)]/c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=6.2×10-8,将SO2通入该氨水中,当c(OH-)降至1.0×10-7 ml·L-1时,溶液的c(H+)=1.0×10-7 ml·L-1,则c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )/c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )= eq \f(6.2×10-8,1.0×10-7) =0.62。
(2)联氨为二元弱碱,在水中的电离方程式与氨相似,则联氨第一步电离的方程式为N2H4+H2ON2H eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(5)) +OH-,再根据:N2H4+H+N2H eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(5)) 的K=8.7×107及Kw=1.0×10-14,故联氨第一步电离平衡常数为K= eq \f(c(N2H eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(5)) )·c(OH-),c(N2H4)) = eq \f(c(N2H eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(5)) )·c(OH-)·c(H+),c(N2H4)·c(H+)) = eq \f(c(N2H eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(5)) ),c(N2H4)·c(H+)) ×c(OH-)·c(H+)=8.7×107×1.0×10-14=8.7×10-7;联氨为二元弱碱,酸碱发生中和反应生成盐,则联氨与硫酸形成酸式盐的化学式为N2H6(HSO4)2。
(3)Al(OH)3溶于NaOH溶液发生反应:Al(OH)3+OH-AlO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(2)) +2H2O K1,可分两步进行:
Al(OH)3AlO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(2)) +H++H2O K
H++OH-H2O eq \f(1,Kw)
则K1= eq \f(K,Kw) = eq \f(2.0×10-13,1.0×10-14) =20。
(4)pH=9,c(OH-)=1×10-5ml·L-1,由SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) +H2OHSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +OH-知,c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=c(OH-)=1×10-5ml·L-1。Kh(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )= eq \f(c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )·c(OH-),c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )) = eq \f(Kw,Ka2) ,则 eq \f(1×10-14,1.02×10-7) = eq \f(1×10-5×1×10-5,c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )) ,c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )=1.02×10-3ml·L-1;由元素质量守恒知:c(Ca2+)=c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )+c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=1.02×10-3ml·L-1+1×10-5ml·L-1=1.03×10-3ml·L-1;则Ksp(CaSO3)=c(Ca2+)·c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )≈1.05×10-6。
答案: (1)6.0×10-3 0.62 (2)8.7×10-7 N2H6(HSO4)2 (3)20 (4)1.05×10-6
真题演练 明确考向
1.(2021·湖南选择考,17(5)) 常温下加入的NH4HCO3溶液呈 (填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知:NH3·H2O的Kb=1.75×10-5,H2CO3的Ka1=4.4×10-7,Ka2=4.7×10-11)。
解析: 铵根离子的水解常数Kh(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )= eq \f(10-14,1.75×10-5) ≈5.7×10-10,碳酸氢根的水解常数Kh(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )= eq \f(Kw,Ka1) = eq \f(10-14,4.4×10-7) ≈2.3×10-8,则Kh(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )
2.(2021·河北选择考,15(7)) 工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的反应为Al(OH) eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(4)) +H+Al(OH)3↓+H2O。工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为 。
(已知:通常认为溶液中离子浓度小于10-5ml·L-1为沉淀完全;Al(OH)3+OH-Al(OH) eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(4)) :K=100.63,Kw=10-14,Ksp[Al(OH)3]=10-33)
解析: 工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的反应Al(OH) eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(4)) +H+Al(OH)3↓+H2O,反应的平衡常数为K1= eq \f(1,c[Al(OH) eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(4)) ]·c(H+)) = eq \f(c(OH-),c[Al(OH) eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(4)) ]·c(H+)·c(OH-)) = eq \f(1,K·Kw) =1013.37,当c[Al(OH) eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(4)) ]为10—5ml/L时,溶液中氢离子浓度为 eq \f(1,c[Al(OH) eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(4)) ]·K1) = eq \f(1,10-5×1013.37) ml/L=10-8.37ml/L,则溶液的pH为8.37。
答案: 8.37
3.[2020·天津等级考,16(5)]已知25 ℃碳酸电离常数为Ka1、Ka2,当溶液pH=12时,c(H2CO3)∶c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )∶c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )=1∶ ∶ 。
解析: H2CO3是二元弱酸,分步发生电离:H2CO3HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +H+、HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) +H+,则有Ka1= eq \f(c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )·c(H+),c(H2CO3)) 、Ka2= eq \f(c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )·c(H+),c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )) ,从而可得:Ka1·Ka2= eq \f(c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )·c2(H+),c(H2CO3)) 。当溶液
pH=12时,c(H+)=10-12 ml·L-1,代入Ka1、Ka1·Ka2可得:c(H2CO3)∶c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=1∶(1012·Ka1),c(H2CO3)∶c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )=1∶(1024·Ka1·Ka2),综合可得:c(H2CO3)∶c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )∶c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )=1∶(1012·Ka1)∶(1024·Ka1·Ka2)。
答案: 1012·Ka1 1024·Ka1·Ka2
课时精练(四十六) 水溶液中四大平衡常数的综合应用 eq \a\vs4\al(\f(对应学生,用书P443))
(本栏目内容,在学生用书中以独立形式分册装订!)
1.常温下,BaCO3的溶度积常数为Ksp,碳酸的电离常数为Ka1、Ka2,关于0.1 ml·L-1 NaHCO3溶液的下列说法错误的是( )
A.溶液中的c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )一定小于0.1 ml·L-1
B.c(H+)+c(H2CO3)=c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )+c(OH-)
C.升高温度或加入NaOH固体, eq \f(c(Na+),c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )) 均增大
D.将少量该溶液滴入BaCl2溶液中,反应的平衡常数K= eq \f(Ka1,Ksp)
D [HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) 在溶液中既要发生电离又要发生水解,0.1 ml·L-1 NaHCO3溶液中的c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )一定小于0.1 ml·L-1,A正确;NaHCO3溶液中存在质子质量守恒:c(H+)+c(H2CO3)=(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )+c(OH-),B正确;升高温度,HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) 的电离和水解都是吸热反应,所以c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )会减小,而c(Na+)不变, eq \f(c(Na+),c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )) 会增大,加入NaOH固体,c(Na+)会增大, HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) 与OH-反应导致c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )减小, eq \f(c(Na+),c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )) 会增大,C正确;将少量NaHCO3溶液滴入BaCl2溶液发生:HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) H++ CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) (Ka2)、Ba2++ CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) ===BaCO3↓( eq \f(1,Ksp) )、H++ HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) H2CO3( eq \f(1,Ka1) ),三式相加可得总反应Ba2++2HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) BaCO3↓+H2CO3(K),所以K= eq \f(Ka2,Ka1·Ksp) ,D错误。]
2.已知,常温下浓度为0.1 ml·L-1的下列溶液的pH如表:
下列有关说法正确的是( )
A.在相同温度下,同浓度的三种酸溶液的导电能力顺序:H2CO3<HClO<HF
B.若将CO2通入0.1 ml·L-1 Na2CO3溶液中至溶液呈中性,则溶液中2c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )+c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=0.1 ml·L-1
C.根据上表,水解方程式ClO-+H2OHClO+OH-的水解常数K≈10-7.6
D.向上述NaClO溶液中通HF气体至恰好完全反应时:c(Na+)>c(F-)>c(H+)>c(HClO)>c(OH-)
C [盐NaF、NaClO、Na2CO3、NaHCO3所对应的酸依次为HF、HClO、HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) 、H2CO3,酸性:HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) <HClO<H2CO3<HF,所以三种酸溶液的导电能力顺序:HClO<H2CO3<HF,A项错误;0.1 ml·L-1 Na2CO3溶液中,c(Na+)=0.2 ml·L-1,根据电荷守恒有:c(Na+)+c(H+)=c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )+2c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )+c(OH-),由于溶液呈中性:c(H+)=c(OH-),则c(Na+)=2c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )+c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=0.2 ml·L-1,B项错误;根据水解方程式ClO-+H2OHClO+OH-,水解的平衡常数表达式为K= eq \f(c(HClO)·c(OH-),c(ClO-)) ,从题表可知常温下浓度为0.1 ml·L-1 NaClO溶液的pH=9.7,则pOH=4.3,c(OH-)=10-4.3,所以,K= eq \f(10-4.3×10-4.3,0.1) ≈10-7.6,C项正确;向NaClO 溶液中通HF气体至恰好完全反应,NaClO+HF===NaF+HClO,溶液中生成等物质的量的NaF和HClO,由于HClO为弱酸,存在着电离平衡:HClOH++ClO-,同时溶液中也存在着NaF的水解平衡,但是由于水解程度是很微弱的,所以溶液中应该是c(Na+)>c(F-)>c(HClO)>c(H+)>c(OH-),D项错误。]
3.25 ℃,HCN溶液中各离子的分布系数δ[如δ(CN-)= eq \f(c(CN-),c(CN-)+c(HCN)) ]随pH变化的关系如图所示,下列表述正确的是( )
A.HCN的Ka数量级为10-9
B.0.1 ml/L NaCN溶液的pH=11.1
C.用标准NaOH溶液滴定未知浓度的HCN溶液时可选用甲基橙试液作指示剂
D.将同体积同浓度的HCN溶液和NaCN溶液混合,所得溶液:c(CN-)>c(HCN)
B [A项,Ka(HCN)= eq \f(c(H+)·c(CN-),c(HCN)) ,由图像可知,当c(CN-)=c(HCN)时,c(H+)=10-9.2,代入Ka表达式得Ka(HCN)=c(H+)=10-9.2,其数量级为10-10,故A错误;B项,NaCN在溶液中发生水解,水解常数Kh= eq \f(Kw,Ka) = eq \f(1×10-14,10-9.2) =1×10-4.8,0.1 ml/L NaCN溶液,CN-+H2OHCN+OH-,Kh= eq \f(c(HCN)·c(OH-),c(CN-)) = eq \f(c2(OH-),c(CN-)) ,则c(OH-)= eq \r(1×10-4.8×0.1) =10-2.9,即c(H+)=10-11.1,则pH=11.1,故B正确;C项,用NaOH溶液滴定HCN溶液,滴定终点时恰好生成NaCN,溶液显碱性,应用酚酞作指示剂,不能选用甲基橙,故C错误;D项,等浓度的HCN和NaCN混合溶液,由于Kh=1×10-4.8>10-9.2=Ka(HCN),CN-的水解大于HCN的电离,则c(CN-)
A.曲线①代表lg c(H2A),曲线③代表lg c(A2-)
B.P点时,c(K+)=c(H2A)+c(HA-)+c(A2-)
C.0.1 ml·L-1KHA溶液中,c(K+)>c(HA-)>c(A2-)>c(H2A)
D.用KOH固体改变KHA溶液pH至14过程中,c(A2-)一直增大
B [A项,H2A+OH-===HA-+H2O,HA-+OH-===H2O+A2-,随pH增大,c(H2A)一直下降,c(HA-)先增大后减小,c(A2-)一直增大,故曲线①代表lg c(H2A),曲线③代表lg c(A2-),A正确;B项,P点时,P处有K2A、KHA,lg c(H2A)≈-5,即c(H2A) ≈10-5 ml/L,若溶质为KHA,则由元素质量守恒c(K+)=c(H2A)+c(HA-)+c(A2-),但是P处有K2A、KHA两种溶质c(K+)不等于c(H2A)+c(HA-)+c(A2-),B错误;C项,HA-H++A2-,Ka2=3.9×10-6,HA-+H2OH2A+OH-,Kh= eq \f(c(OH-)·c(H2A),c(HA-)) = eq \f(c(OH-)·c(H+)·c(H2A),c(HA-)·c(H+)) ,Kh= eq \f(Kw,Ka1) = eq \f(10-14,1.1×10-3) ≈9.09×10-12<Ka2,故HA-的电离程度更大,故c(A2-)>c(H2A),整体而言电离程度仍较小,c(K+)>c(HA-)>c(A2-)>c(H2A),C正确;D项,HA-+OH-===H2O+A2-,c(A2-)一直增大,D正确。]
5.常温下,用AgNO3溶液分别滴定浓度均为0.01 ml·L-1的KCl、K2C2O4溶液,所得的沉淀溶解平衡图像如图所示(不考虑C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) 的水解)。下列叙述正确的是( )
A.Ksp(Ag2C2O4)的数量级等于10-7
B.n点表示AgCl的不饱和溶液
C.向c(Cl-)=c(C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )的混合液中滴入AgNO3溶液时,先生成Ag2C2O4沉淀
D.Ag2C2O4(s)+2Cl-(aq)===2AgCl(s)+C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) (aq)的平衡常数为109.04
D [从图像看出,当c(C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )=10-2.46ml·L-1,c(Ag+)=10-4ml·L-1,Ksp(Ag2C2O4)=10-2.46×(10-4)2=10-10.46,故它的数量级等于10-11,A错误;AgCl中c(Ag+)=Ksp(AgCl)/c(Cl-)=10-9.75/c(Cl-),Ag2C2O4中c(Ag+)= eq \r(\f(Ksp(Ag2C2O4),c(C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) ))) = eq \r(\f(10-10.46,c(C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) ))) = eq \f(10-5.23,\r(c(C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) ))) ,假设c(Cl-)=c(C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )=1 ml·L-1,则Ag2C2O4溶液中c(Ag+)较大,因此向c(Cl-)=c(C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )的混合液中滴入AgNO3溶液时,先生成AgCl沉淀,C错误;Ag2C2O4(s)+2Cl-(aq)===2AgCl(s)+C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) (aq)的平衡常数为c(C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )/c2(Cl-)=c(C2O eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )×c2(Ag+)/[c2(Ag+)×c2(Cl-)]=10-10.46/(10-9.75)2=109.04,D正确。]
6.溶液中各含氮(或碳)微粒的分布分数δ,是指某含氮(或碳)微粒的浓度占各含氮(或碳微粒浓度之和的分数。25 ℃时,向0.1 ml·L-1的NH4HCO3溶液(pH=7.8)中滴加适量的盐酸或NaOH溶液,溶液中含氮(或碳)各微粒的分布分数δ与pH的关系如图所示(不考虑溶液中的CO2和NH3分子)。下列说法正确的是( )
A.Kb(NH3·H2O)
C.m点时,c(NH3·H2O)>c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )
D.反应HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +NH3·H2ONH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) +CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) +H2O的平衡常数为K,lg K=-0.9
D [由图可知,溶液pH为6.4时,溶液中c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=c(H2CO3),则电离常数Ka1(H2CO3)= eq \f(c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )·c(H+),c(H2CO3)) =c(H+)=10-6.4,溶液pH为9.3时,溶液中c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )=c(NH3·H2O),则电离常数Kb(NH3·H2O)= eq \f(c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )·c(OH-),c(NH3·H2O)) =c(OH-)=10-4.7,溶液pH为10.2时,溶液中c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) ),则电离常数Ka2(H2CO3)= eq \f(c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )·c(H+),c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )) =c(H+)=10-10.2。A项,由分析可知,一水合氨的电离常数大于碳酸的一级电离常数,故A错误;B项,由图可知,n点时,加入氢氧化钠溶液反应得到的溶液中含有钠离子、铵根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子和一水合氨,溶液中c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) ),由溶液中的电荷守恒2c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )+c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )+c(OH-)=c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )+c(H+)+c(Na+)可得3c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )+c(OH-)=c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )+c(H+)+c(Na+),故B错误;C项,由图可知,m点时,溶液中c(NH3·H2O)>c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) ),故C正确;D项,由方程式可知,反应平衡常数K= eq \f(c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )·c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) ),c(NH3·H2O)·c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )) = eq \f(c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )·c(OH-),c(NH3·H2O)) × eq \f(c(CO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )·c(H+),c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )) × eq \f(1,c(H+)·c(OH-)) = eq \f(Ka2(H2CO3)Kb(NH3·H2O),Kw) = eq \f(10-10.2×10-4.7,10-14) =10-0.9,则lg K=-0.9,故D正确。]
7.已知:25 ℃时,Ksp[Zn(OH)2]=1.0×10-18,Ka(HCOOH)=1.0×10-4。该温度下,下列说法错误的是( )
A.HCOO-的水解平衡常数为1.0×10-10
B.Zn(OH)2溶于水形成的饱和溶液中,c(Zn2+)>1.0×10-6 ml·L-1
C.向Zn(OH)2悬浊液中加入HCOOH,溶液中c(Zn2+)增大
D.Zn(OH)2(s)+2HCOOH(aq)Zn2+(aq)+2HCOO-(aq)+2H2O(l)的平衡常数K=100
B [HCOO-存在水解平衡:HCOO-+H2OHCOOH+OH-,则水解平衡常数为Kh= eq \f(c(HCOOH)·c(OH-),c(HCOO-)) = eq \f(Kw,Ka(HCOOH)) = eq \f(1×10-14,1.0×10-4) =1.0×10-10,A正确;Zn(OH)2溶于水形成的饱和溶液中,Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)·c2(OH-)=4c3(Zn2+)=1.0×10-18,则有c(Zn2+)<1.0×10-6 ml·L-1,B错误;向Zn(OH)2悬浊液中加入HCOOH,发生中和反应消耗OH-,Zn(OH)2溶解平衡正向移动,溶液中c(Zn2+)增大,C正确;该反应的平衡常数为K= eq \f(c2(HCOO-)·c(Zn2+),c2(HCOOH)) = eq \f(K eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(a)) (HCOOH)·Ksp[Zn(OH)2],K eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(w)) ) = eq \f((1.0×10-4)2×1.0×10-18,(1.0×10-14)2) =100,D正确。]
8.ROH是一元弱碱,难溶盐RA、RB的两饱和溶液中c(A-)或c(B-)随c(OH-)而变化,A-和B-不发生水解。实验发现,298 K时c2(A-)与c(OH-)、c2(B-)与c(OH-)的关系如图所示,甲表示c2(A-)与c(OH-)关系。下列叙述错误的是( )
A.RA饱和溶液pH=6时,c(A-)<2×10-5 ml·L-1
B.RB的溶度积Ksp(RB)的数值为5×10-11
C.ROH的电离平衡常数Kb(ROH)的数值为2×10-6
D.RB饱和溶液中pH=7时,c(R+)+c(H+)=c(B-)+c(OH-)
C [A项,RA饱和溶液pH=6时,c(H+)=10-6ml/L,c(OH-)=1×10-8 ml/L,据图可知此时c2(A-)=30×10-11(ml/L)2,所以c(A-)= eq \r(3) ×10-5ml·L-1<2×10-5ml·L-1,A正确;B项,RB的饱和溶液中存在平衡:RBR++B-、R++H2OROH+H+,当溶液酸性越强,R+的水解程度越弱,c(R+)和c(B-)的大小越接近,据图可知当c(OH-)接近0时(酸性强),c2(B-)=5×10-11(ml/L)2,此时c(R+)=c(B-),Ksp(RB)=c(R+)·c(B-)=c2(B-)=5×10-11,B正确;C项,RB溶液中存在元素质量守恒c(R+)+c(ROH)=c(B-),Kb(ROH)= eq \f(c(OH-)·c(R+),c(ROH)) ,则c(R+)=c(ROH)时,满足c(R+)=c(ROH)= eq \f(1,2) c(B-),Ksp(RB)=c(R+)·c(B-)= eq \f(1,2) c(B-)·c(B-)=5×10-11,所以此时c2(B-)=10×10-11,据图可知此时c(OH-)=2×10-8ml/L,即Kb(ROH)=2×10-8,C错误;D项,RB饱和溶液若不加入其他物质,由于R+的水解,溶液会显酸性,所以pH=7时需要加入碱,若加入的碱不是ROH,则还有其他阳离子,此时根据电荷守恒可知c(R+)+c(H+)≠c(B-)+c(OH-),D错误。]
9.已知K、Ka、Kw、Kh、Ksp分别表示化学平衡常数、弱酸的电离常数、水的离子积常数、盐的水解常数、难溶电解质的溶度积常数。
(1)有关上述常数的说法正确的是 。
a.它们都能反映一定条件下对应变化进行的程度
b.它们的大小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,H2SO3HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +H+的电离常数Ka=1×10-2 ml·L-1,则该温度下pH=3、c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=0.1 ml·L-1的NaHSO3溶液中c(H2SO3)= 。
(3)高炉炼铁中发生的反应有:
FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) ΔH<0
该反应的平衡常数表达式K= ;
已知1 100 ℃时,K=0.25,则平衡时CO的转化率为 ;
在该温度下,若测得高炉中c(CO2)=0.020 ml·L-1,c(CO)=0.1 ml·L-1,则此时反应速率是v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
(4)已知常温下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)。
解析: (1)对于正反应为放热反应的化学平衡,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,b选项错误;温度不变,CH3COOH的电离常数不变,c选项错误。(2)由Ka= eq \f(c(H+)·c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) ),c(H2SO3)) ,代入数据得c(H2SO3)=0.01 ml·L-1。(3)根据方程式可得K= eq \f(c(CO2),c(CO)) ;设开始时c(CO)=a ml·L-1,平衡时c(CO2)=b ml·L-1,则 eq \f(b,a-b) =0.25,得a=5b,则平衡时CO的转化率为 eq \f(b,a) = eq \f(b,5b) ×100%=20%;Q= eq \f(c(CO2),c(CO)) =0.20<0.25,故v正>v逆。
(4)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-),Fe3+完全沉淀时c3(OH-)= eq \f(8.0×10-38,10-5) ,得c(OH-)=2×10-11 ml·L-1,pH=3.3,Mg(OH)2开始沉淀时c2(OH-)= eq \f(1.0×10-11,0.1) =1.0×10-10,得c(OH-)=1×10-5 ml·L-1,pH=9,调节pH范围为3.3≤pH<9。
答案: (1)ad (2)0.01 ml·L-1 (3) eq \f(c(CO2),c(CO)) 20% > (4)3.3≤pH<9
10.(1)常温下,用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液,在NH4HCO3溶液中,c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) ) (填“>”“<”或“=”)c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) );反应NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) +HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K= (已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5,H2CO3的电离平衡常数K1=4×10-7,K2=4×10-11)。
(2)已知Ksp[Mg(OH)2]=2×10-11,在某MgSO4溶液里c(Mg2+)=0.002 ml·L-1,如果生成Mg(OH)2沉淀,应调整溶液pH,使之大于 ;在0.20 L的0.002 ml·L-1 MgSO4溶液中加入等体积的0.10 ml·L-1的氨水溶液,电离常数Kb(NH3·H2O)=2×10-5,试计算 (填“有”或“无”)Mg(OH)2沉淀生成?
(3)CuCl悬浊液中加入Na2S,发生的反应为2CuCl(s)+S2-(aq)Cu2S(s)+2Cl-(aq),该反应的平衡常数K= [已知Ksp(CuCl)=1.2×10-6,Ksp(Cu2S)=2.5×10-43]。
(4)已知常温下H2SO3的电离常数:Ka1=1.0×10-1.9,Ka2=1.0×10-7.2,计算0.1 ml·L-1 NaHSO3溶液的pH值为 (忽略SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) 的二级水解)。
解析: (1)由于NH3·H2O的电离常数大于HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) 的电离常数,再根据盐类水解规律可得HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) 的水解程度更大,因此c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )>c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) );反应NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) +HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K= eq \f(c(NH3·H2O)·c(H2CO3),c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )·c(HCO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )) = eq \f(c(H+)·c(OH-),Kb·K1) = eq \f(10-14,2×10-5×4×10-7) =1.25×10-3。
(2)MgSO4溶液中c(Mg2+)=0.002 ml·L-1,沉淀平衡时c(OH-)= eq \r(\f(2×10-11,0.002)) ml·L-1=10-4 ml·L-1,则c(H+)=10-10 ml·L-1,因此生成Mg(OH)2沉淀,应调整溶液pH,使之大于10;在0.20 L的0.002 ml·L-1 MgSO4溶液中加入等体积的0.10 ml·L-1的氨水溶液,镁离子浓度变为0.001 ml·L-1,氨水浓度变为0.05 ml·L-1,c(OH-)= eq \r(0.05×2×10-5) ml·L-1=0.001 ml·L-1,c(Mg2+)·c2(OH-)=10-9>Ksp[Mg(OH)2]=2×10-11,有沉淀产生。
(3)2CuCl(s)+S2-(aq)Cu2S(s)+2Cl-(aq)的平衡常数K= eq \f(c2(Cl-),c(S2-)) = eq \f(c2(Cu+)·c2(Cl-),c2(Cu+)·c(S2-)) = eq \f(K eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(sp)) (CuCl),Ksp(Cu2S)) = eq \f((1.2×10-6)2,2.5×10-43) =5.76×1030。
(4)HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) +H+的电离常数Ka2= eq \f(c(H+)·c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) ),c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )) =1.0×10-7.2,c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(3)) )≈c(H+),c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )≈0.1 ml·L-1,则c2(H+)=1.0×10-7.2×c(HSO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )=1.0×10-7.2×0.1=10-8.2,c(H+)=10-4.1,故pH=-lg c(H+)=4.1。
答案: (1)> 1.25×10-3 (2)10 有
(3)5.76×1030 (4)4.1
11.已知:25 ℃,Ka(CH3COOH)=1.75×10-5,Kb(NH3·H2O)=1.75×10-5, eq \r(1.75) ≈1.3,lg 1.3≈0.1
(1)25 ℃,0.1 ml·L-1 CH3COOH溶液的pH= ;将0.1 ml·L-1 CH3COOH溶液与0.1 ml·L-1的氨水等体积混合,所得溶液中离子浓度大小关系为 。
(2)25 ℃,0.2 ml·L-1 NH4Cl溶液中NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) 水解反应的平衡常数Kh= (保留2位有效数字)。
(3)25 ℃,向0.1 ml·L-1氨水中加入少量NH4Cl固体,NH3·H2ONH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) +OH-的电离平衡 (填“正”“逆”或者“不”)移;请用氨水和某种铵盐(其他试剂与用品自选),设计一个实验证明NH3·H2O是弱电解质 。
解析: (1)已知CH3COOHCH3COO-+H+,25 ℃,0.1 ml·L-1CH3COOH溶液中Ka(CH3COOH)= eq \f(c(H+)·c(CH3COO-),c(CH3COOH)) =1.75×10-5 ,c(H+)≈c(CH3COO-),则c2(H+)=1.75×10-5×c(CH3COOH)=1.75×10-5×0.1 ml·L-1=1.75×10-6,c(H+)= eq \r(1.75) ×10-3 ml·L-1≈1.3×10-3 ml·L-1,此时溶液的pH=3-lg 1.3=2.9;CH3COOH的电离能力和NH3·H2O相同,则CH3COO-和NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) 水解能力也相同,则CH3COONH4溶液显中性,等浓度等体积的CH3COOH溶液和氨水混合恰好生成CH3COONH4,结合电荷守恒式c(CH3COO-)+c(OH-)=c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )+c(H+),所得溶液中离子浓度大小关系为c(CH3COO-)=c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )>c(H+)=c(OH-)。
(2)已知NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) +H2ONH3·H2O+H+,此时Kh= eq \f(Kw,Kb(NH3·H2O)) =1×10-14÷(1.75×10-5)≈5.7×10-10。
(3)25 ℃,向0.1 ml·L-1氨水中加入少量NH4Cl固体,溶液中NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) 浓度增大,NH3·H2ONH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) +OH-的电离平衡逆向移动;欲证明NH3·H2O是弱电解质,可取少量氨水于试管中,滴加2~3滴酚酞溶液,再加入少量醋酸铵固体,充分振荡后溶液红色变浅,即可证明NH3·H2O是弱电解质。
答案: (1)2.9 c(CH3COO-)=c(NH eq \\al(\s\up1(+),\s\d1(4)) )>c(H+)=c(OH-) (2)5.7×10-10 (3)逆 取少量氨水于试管中,滴加2~3滴酚酞溶液,再加入少量醋酸铵固体,充分振荡后溶液红色变浅,证明NH3·H2O是弱电解质(其他合理答案均可)符号
适用体系
平衡关系式(实例)及平衡常数表达式
水的离子积常数
Kw
任意水溶液
H2OH++OH-Kw=c(H+)·c(OH-)
弱电解质电离平衡常数
Ka或Kb
弱酸或弱碱溶液
HFH++F-Ka= eq \f(c(H+)·c(F-),c(HF))
盐的水解平衡常数
Kh
弱离子的盐溶液
CH3COO-+H2O CH3COOH+OH-
Kh= eq \f(c(CH3COOH)·c(OH-),c(CH3COO-))
沉淀溶解平衡常数
Ksp
难溶电解质
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)
Ksp[Mg(OH)2]=
c(Mg2+)·c2(OH-)
弱酸
HCOOH
HCN
H2CO3
电离平衡常数(25 ℃)
Ka=1.77×10-4
Ka=4.9×10-10
Ka1=4.3×10-7Ka2=5.6×10-11
物质
MgCl2
Mg(OH)2
MgCO3
溶解度(g/100 g水)
74
0.000 84
0.01
溶质
NaF
NaClO
Na2CO3
NaHCO3
pH
7.5
9.7
11.6
8.3
2024届高考化学一轮复习练习第八章水溶液中的离子反应与平衡第45讲沉淀溶解平衡图像: 这是一份2024届高考化学一轮复习练习第八章水溶液中的离子反应与平衡第45讲沉淀溶解平衡图像,共17页。
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