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    新高考化学一轮复习讲义 第8章 第42讲 专项提能特训17 四大平衡常数的综合应用

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    这是一份新高考化学一轮复习讲义 第8章 第42讲 专项提能特训17 四大平衡常数的综合应用,共7页。试卷主要包含了与K相关的计算等内容,欢迎下载使用。
    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)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,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)它们都能反映一定条件下对应变化进行的程度,故a正确;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(cCH3COO-·cH+,cCH3COOH),水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-),盐的水解平衡常数Kh=eq \f(cCH3COOH·cOH-,cCH3COO-)可知,一定温度下,在CH3COONa溶液中,Kw=Ka·Kh,故d正确。
    (2)Ka(HF)=eq \f(cH+·cF-,cHF)=eq \f(c2H+,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-lg2≈1.7,HF和NaF的浓度相等,Ka=4.0×
    10-4,Kh=eq \f(Kw,Ka)=eq \f(10-14,4.0×10-4)=2.5×10-11,故HF的电离程度大于F-的水解程度,溶液呈酸性。(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,可得醋酸的酸性和NH3·H2O的碱性一样,所以NH4HCO3溶液中碳酸氢根离子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)水解;B、C、D中均相互促进,由Ka(CH3COOH)=1.8×10-5,Ka(HSCN)=0.13,酸性:CH3COOH>H2CO3可知,B、C、D中NHeq \\al(+,4)水解程度依次增大,则四种溶液中NHeq \\al(+,4)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(cMg2+·c2CH3COO-,c2CH3COOH)=eq \f(cMg2+·c2CH3COO-·c2H+·c2OH-,c2CH3COOH·c2H+·c2OH-)=eq \f(K\\al(,a2)CH3COOH·Ksp[MgOH2],K\\al(,w2))=
    eq \f(1.8×10-52×1.8×10-11,1.0×10-142)≈5.8×107,因K特别大,所以Mg(OH)2能溶解于醋酸。
    2.制备锌印刷电路板是用稀硝酸腐蚀锌板,产生的废液称“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是________。
    (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-离子外,还含有的阴离子有__________(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。(3)沉淀A会附着NaNO3、NaCl等,洗涤后滤液D中阴离子除了含有OH-外,还含有Cl-、NOeq \\al(-,3)。(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,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(c3H+,cFe3+)=eq \f(c3H+·c3OH-,cFe3+·c3OH-)=eq \f(K\\al(3,w),Ksp)。
    3.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氨水,氨水溶液的pH约等于________。(已知lg2=0.3,lg3=0.5)
    (3)已知:常温下Ni(OH)2溶度积为5.5×10-16。在0.01 ml·L-1的Ni2+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,由NH3·H2ONHeq \\al(+,4)+OH-可知:Kb=eq \f(cNH\\al(+,4)·cOH-,cNH3·H2O)=eq \f(x2,0.5-x)=1.8×10-5,解得:x≈3.0×10-3 ml·L-1,c(H+)=eq \f(Kw,cOH-)=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+lg3=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,1.0×10-62) 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)+H2ONH3·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(cNH3·H2O·cH+,cNH\\al(+,4))≈eq \f(1.0×10-5×1.0×10-5,0.1)=1.0×10-9。
    4.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)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lg2=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)+H2ONH3·H2O+H+ 碱 HCOeq \\al(-,3)+H2OH2CO3+OH- (3)3.3≤pH<9
    解析 (1)CH3COOH和NH3·H2O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+)。(2)NH4Cl溶液呈酸性,其原因是NHeq \\al(+,4)+H2ONH3·H2O+H+;NaHCO3溶液呈碱性,其原因是HCOeq \\al(-,3)+H2OH2CO3+OH-。(3)eq \r(3,\f(Ksp[FeOH3],10-5))≤c(OH-)<eq \r(\f(Ksp[MgOH2],0.1)),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。
    5.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:
    从以上表格中的数据判断以下说法中不正确的是______(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25 ℃时,1 ml·L-1的HA溶液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的数值为__________(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,在醋酸中这几种酸都不完全电离,a正确;在醋酸中,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H2SO4H++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=1×10-6,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,水的电离是吸热的,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(cMn2+,cCu2+)=eq \f(cMn2+·cS2-,cCu2+·cS2-)=eq \f(KspMnS,KspCuS)=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)。
    6.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(cMg2+,cCu2+)=____________。
    (4)Cu2+的水解平衡常数为:______________________。
    (5)25 ℃,已知0.05 ml·L-1 NaA溶液pH=8,求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,求eq \f(a,b)的值________。
    答案 (1)1.16×10-3g (2)4×10-5ml·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,则c(Mg2+)·c2(OH-)=4c3=3.2×10-11,c=2×10-4 ml·L-1,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Qc>Ksp[Mg(OH)2]就能产生沉淀,c(OH-)
    ≥eq \r(\f(Ksp[MgOH2],cMg2+))=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,则溶度积常数越小的越先产生沉淀,所以先产生的沉淀是Cu(OH)2,当两种沉淀共存时,eq \f(cMg2+,cCu2+)=eq \f(cMg2+·c2OH-,cCu2+·c2OH-)=eq \f(Ksp[MgOH2],Ksp[CuOH2])=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++2H2OCu(OH)2+2H+的平衡常数Kh=eq \f(c2H+,cCu2+)=eq \f(c2H+,\f(Ksp[CuOH2],c2OH-))=eq \f(K\\al(2,w),Ksp[CuOH2])=eq \f(1×10-142,2.2×10-20)≈4.5×10-9。(5)A-+H2OHA+OH-,pH=8,则c(HA)=c(OH-)=10-6 ml·L-1,HA的Ka=eq \f(cH+·cA-,cHA)=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)。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

    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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