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2022 高考化学二轮专题练习 专题突破练九 水溶液中的离子平衡
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这是一份2022 高考化学二轮专题练习 专题突破练九 水溶液中的离子平衡，共14页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
专题突破练九 水溶液中的离子平衡
一、选择题:本题共16小题,共44分。第1~10小题,每小题2分;第11~16小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.(2021河北邯郸模拟)工业上向锅炉里注入Na2CO3溶液浸泡,将水垢中的CaSO4转化为CaCO3,而后用盐酸去除。下列叙述不正确的是( )
A.温度升高,Na2CO3溶液的KW和c(OH-)均会增大
B.沉淀转化的离子方程式为CO32-(aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+SO42-(aq)
C.盐酸中CaCO3的溶解性大于CaSO4
D.Na2CO3溶液遇CO2后,阴离子浓度均减小
2.(2021湖南浏阳模拟)25 ℃时,改变0.1 mol·L-1弱酸RCOOH溶液的pH,溶液中RCOOH分子的物质的量分数δ(RCOOH)随之改变[已知δ(RCOOH)=c(RCOOH)c(RCOOH)+c(RCOO-)],甲酸(HCOOH)与丙酸(CH3CH2COOH)溶液中δ(RCOOH)与pH的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.若弱酸pH增大是通过向弱酸中加入NaOH固体实现的,则图中M、N两点对应溶液中的c(Na+)相等
B.对于甲酸和丙酸,当lgc(RCOOH)c(RCOO-)>0时,溶液都为酸性
C.等浓度的HCOONa和CH3CH2COONa两种溶液中的c(OH-)相等
D.将0.1 mol·L-1的HCOOH溶液与0.1 mol·L-1的HCOONa溶液等体积混合,所得溶液中:c(Na+)>c(HCOOH)>c(HCOO-)>c(OH-)>c(H+)
3.(2021河北秦皇岛模拟)常温下,向NaOH溶液中逐滴滴入亚磷酸(H3PO3),反应中只能生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,含磷各微粒的分布分数X(平衡时某微粒的浓度占各微粒浓度之和的分数)与pOH[pOH=-lgc(OH-)]的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A.曲线a代表X(HPO32-)
B.pOH=7时,c(Na+)=c(H2PO3-)+2c(HPO32-)
C.H2PO3-的电离平衡常数Ka=1×10-6.7
D.等浓度Na2HPO3和NaH2PO3混合溶液:c(Na+)>c(HPO32-)>c(H2PO3-)>c(OH-)>c(H+)
4.(2020山东聊城模拟)常温下,向20 mL某浓度的硫酸溶液中滴入0.1 mol·L-1氨水,溶液中水电离出的氢离子浓度随加入氨水的体积变化如图。下列分析正确的是( )
A.V=40
B.c点所示溶液中:c(H+)-c(OH-)=2c(NH3·H2O)
C.NH3·H2O的电离常数K=10-4
D.d点所示溶液中:c(NH4+)=2c(SO42-)
5.(2020广东湛江模拟)依据下表有关铁的难溶化合物的溶度积,有关说法正确的是( )
化合物
溶度积(25 ℃)
化合物
溶度积(25 ℃)
FeCO3
3.2×10-11
Fe(OH)3
4.0×10-38
Fe(OH)2
8.0×10-11
FeS
6.3×10-18
A.在c(CO32-)=0.1 mol·L-1溶液中,c(Fe2+)≥3.2×10-10 mol·L-1
B.将FeCl2和FeCl3溶液分别调至pH=10,则c(Fe2+)
D.将反应液中的Fe2+氧化为Fe3+有利于将铁元素从溶液中除尽
6.(2021河北选考模拟)H3PO4的电离是分步进行的,常温下Ka1=7.6×10-3,Ka2=6.3×10-8,Ka3=4.4×10-13。下列说法正确的是( )
A.浓度均为0.1 mol·L-1的NaOH溶液和H3PO4溶液按照体积比2∶1混合,混合液的pH<7
B.Na2HPO4溶液中,c(H+)+c(H2PO4-)+c(H3PO4)=c(PO43-)+c(OH-)
C.向0.1 mol·L-1的H3PO4溶液中通入HCl气体(忽略溶液体积的变化),溶液pH=1时,溶液中大约有7.1%的H3PO4电离
D.在H3PO4溶液中加入NaOH溶液,随着NaOH的加入,溶液的pH增大,当溶液的pH=11时,c(PO43-)>c(HPO42-)
7.(2021辽宁锦州模拟)常温下,用NaOH溶液滴定H2C2O4溶液,溶液中-lgc(H+)c(H2C2O4)和-lgc(HC2O4-)或-lgc(H+)c(HC2O4-)和-lgc(C2O42-)关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.水的电离程度:M点>N点
B.滴定过程中,当pH=5时,c(Na+)-3c(HC2O4-)>0
C.若c(HC2O4-)>c(C2O42-)>c(H2C2O4),则pH范围为3.5
8.(2021湖南选考模拟)常温下,向20.00 mL 0.100 0 mol·L-1的CH3COOH溶液中滴加0.100 0 mol·L-1的NaOH溶液,溶液中,lgc(CH3COO-)c(CH3COOH)随pH的变化关系如图所示(取lg5=0.7)。
下列说法正确的是( )
A.常温下,CH3COOH的电离常数为10-4.76
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(CH3COO-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)
9.(2021山东淄博一模)25 ℃时,维持二元弱酸(H2A)体系中c(H2A)+c(HA-)+c(A2-)=0.01 mol·L-1,各粒子浓度的对数值[lgc(X)]随pH变化的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.a点溶液中c(H+)=c(HA-)
B.H2A的lgKa1=-4
C.pH=5时,c(HA-)>c(H2A)>c(A2-)
D.0.01 mol·L-1 NaHA溶液pH约为10
10.(2021山东泰安一模)已知:乙二胺(H2NCH2CH2NH2),无色液体,25 ℃时,K1=10-4.07,K2=10-7.15,有类似氨的性质。向10 mL浓度为0.1 mol·L-1的乙二胺溶液中滴加0.1 mol·L-1的盐酸,溶液中lgc(H+)c(OH-)与所加盐酸的体积关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.H2NCH2CH2NH2在水溶液中电离方程式为:H2NCH2CH2NH2+2H2O[H3NCH2CH2NH3]2++2OH-
B.溶液中水的电离程度:a点大于b点
C.a点:盐酸的体积大于10 mL
D.b点所处的溶液中:c(H+)=c(OH-)+2c(H2NCH2CH2NH2)+2c([H2NCH2CH2NH3]+)
11.(2021广东选考模拟)叠氮酸(HN3)与NaOH溶液反应生成NaN3。已知NaN3溶液呈碱性,下列叙述正确的是( )
A.0.01 mol·L-1 HN3溶液的pH=2
B.HN3溶液的pH随温度升高而减小
C.NaN3的电离方程式:NaN3Na++3N3-
D.0.01 mol·L-1 NaN3溶液中:c(H+)+c(Na+)=c(N3-)+c(HN3)
12.(2021广东选考模拟)水体中重金属铅的污染问题备受关注。溶液中Pb2+及其与OH-形成的微粒的浓度分数α随溶液pH变化的关系如图所示。已知NH3·H2O的Kb=1.74×10-5。向Pb(NO3)2溶液中滴加氨水,关于该过程的说法正确的是( )
A.Pb2+的浓度分数先减小后增大
B.c(NO3-)与c(Pb2+)的比值先减小后增大,pH>10后不变
C.pH=7时,存在的阳离子仅有Pb2+、Pb(OH)+和H+
D.溶液中Pb2+与Pb(OH)2浓度相等时,氨主要以NH4+的形式存在
13.(2021湖北选考模拟)室温下,通过下列实验探究Na2CO3溶液的性质。
实验
实验操作和现象
1
用pH试纸测定0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液的pH,测得pH约为12
2
向0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中加入过量0.2 mol·L-1 CaCl2溶液,产生白色沉淀
3
向0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中通入过量CO2,测得溶液pH约为8
4
向0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中滴加几滴0.05 mol·L-1 HCl,观察不到实验现象
下列有关说法正确的是( )
A.0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中存在c(OH-)=c(H+)+2c(H2CO3)+c(HCO3-)
B.实验2反应静置后的上层清液中有c(Ca2+)·c(CO32-)
14.(2021重庆选考模拟)草酸H2C2O4是二元弱酸。向100 mL 0.40 mol·L-1 H2C2O4溶液中加入1.0 mol·L-1 NaOH溶液调节pH,加水控制溶液体积为200 mL。测得溶液中微粒的δ(X)随pH变化曲线如图所示,δ(X)=c(X)c(H2C2O4)+c(HC2O4-)+c(C2O42-),X代表微粒H2C2O4、HC2O4-或C2O42-。下列叙述正确的是( )
A.曲线Ⅰ是HC2O4-的变化曲线
B.草酸H2C2O4第一步电离的电离常数K=1.0×10-1.22
C.在b点,c(C2O42-)+2c(OH-)=c(HC2O4-)+c(H+)
D.在c点,c(HC2O4-)=0.06 mol·L-1
15.(2021湖南模拟)已知pOH=-lgc(OH-),向20 mL 0.1 mol·L-1的氨水中滴加未知浓度的稀硫酸,测得混合溶液的温度、pOH随加入稀硫酸体积的变化如下图所示,下列说法不正确的是( )
A.稀硫酸的物质的量浓度为0.05 mol·L-1
B.当溶液中pH=pOH时,水的电离程度最小
C.a点时溶液中存在c(NH3·H2O)+2c(OH-)=c(NH4+)+2c(H+)
D.a、b、c三点对应NH4+的水解平衡常数:Kh(c)
已知:①MnO能溶于酸,且Mn2+在酸性条件下比较稳定,pH高于5.5时易被O2氧化。
②室温下,Ksp[Mn(OH)2]=10-13,Ksp[Fe(OH)3]=10-38,Ksp[Zn(OH)2]=10-17(当离子浓度≤10-5 mol·L-1可认为沉淀完全)
下列说法错误的是( )
A.加入过量炭黑主要作用是将MnO2、MnOOH转化为MnO
B.“酸浸”时,不可以用浓盐酸代替稀硫酸
C.“净化”时,溶液中Mn2+、Zn2+的浓度约为0.1 mol·L-1,调节pH的合理范围是3≤pH<8
D.“电解”时,阳极产物制得MnO2,阴极制得Zn,余下电解质溶液经处理可循环使用
二、非选择题:本题共4小题,共56分。
17.(14分)(2021福建选考模拟)废旧锂离子电池经处理得到的正极活性粉体中含有Li2O、NiO、Co2O3、MnO2、Fe、C、Al、Cu等。采用以下工艺流程可从废旧锂离子电池中分离回收钴、镍、锰,制备正极材料的前驱体(NiCO3·CoCO3·MnCO3)。
回答下列问题:
(1)“酸浸”温度为85 ℃,粉体中的钴(以Co2O3表示)还原浸出的化学方程式为 ,H2O2的用量比理论用量多一倍的原因是 。
(2)“除铁”时需将溶液的pH调至3左右,加入的化合物X是 (填化学式)。
(3)“除铜”时获得萃余液的操作名称是 。
(4)“除铝”时反应的离子方程式为 。萃余液中Co2+的浓度为0.33 mol·L-1,通过计算说明,常温下除铝控制溶液pH为4.5,是否造成Co的损失 。(列出算式并给出结论)(已知:Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15)
(5)从滤液④中可提取 (任写一种)用作 。
18.(14分)(2021湖南选考模拟)以镁铝复合氧化物(MgO-Al2O3)为载体的负载型镍铜双金属催化剂(Ni-Cu/MgO-Al2O3)是一种新型高效加氢或脱氢催化剂,其制备流程如下:
已知:常温下,Ksp[Cu(OH)2]=2.21×10-20,Ksp[Al(OH)3]=1.30×10-33。回答下列问题:
(1)在加热条件下,尿素[CO(NH2)2]在水中发生水解反应,放出 和 两种气体(写化学式)。
(2)“晶化”过程中,需保持恒温60 ℃,可采用的加热方式为 。
(3)“洗涤”过程中,检验滤饼是否洗净的方法是 。
(4)常温下,若“悬浊液”中c(Cu2+)c(Al3+)=1.7×109,则溶液的pH= 。
(5)“还原”过程中所发生反应的化学方程式为 。
(6)NiSO4在强碱溶液中被NaClO氧化可得NiOOH,该物质能用作碱性镍镉电池的正极材料。其电池反应式:
Cd(s)+2NiOOH(s)+2H2O(l)Cd(OH)2(s)+2Ni(OH)2(s)
①放电一段时间后,溶液的pH将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
②充电时,阳极发生的电极反应式为 。
19.(14分)(2021贵州模拟)铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。某科研小组从某废旧铍铜元件(含BeO:25%、CuS:71%、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下:
已知:Ⅰ.铍、铝元素化学性质相似
Ⅱ.常温下:Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20、Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38、Ksp[Mn(OH)2]=2.1×10-13
(1)滤液A的主要成分除NaOH外,还有 (填化学式),写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式: 。
(2)①滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl,为提纯BeCl2,选择最合理步骤顺序 。
a.加入过量的NaOH b.通入过量的CO2
c.加入过量的氨水 d.加入适量的HCl
e.过滤 f.洗涤
②从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是 。
(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质,写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式: 。
②若用浓硝酸溶解金属硫化物,缺点是 (任写一条)。
(4)滤液D中含c(Cu2+)=2.2 mol·L-1、c(Fe3+)=0.008 mol·L-1、c(Mn2+)=0.01 mol·L-1,逐滴加入稀氨水调节pH可依次分离,首先沉淀的是 (填离子符号),为使铜离子开始沉淀,常温下应调节溶液的pH大于 。
20.(14分)(2021四川成都模拟)铍有“超级金属”之称。以绿柱石[Be3Al2(SiO3)6]为原料制备金属铍的工艺如下:
回答下列问题:
(1)烧结冷却后,水浸之前“操作a”的名称是 。
(2)750 ℃烧结时,Na3FeF6与绿柱石作用生成易溶于水的Na2BeF4,写出该反应的化学方程式: 。
(3)已知25 ℃时Ksp[Be(OH)2]=4.0×10-21,计算室温时0.40 mol∙L-1 Be2+开始沉淀时的pH= ,“沉氟”反应的离子方程式为 。
(4)上述流程中,“Be(OH)2→……→BeCl2”可有两种方案:
Ⅰ:Be(OH)2溶液ABeCl2
Ⅱ:Be(OH)2BeOBeCl2
Ⅰ中操作b是 。Ⅱ中BeO转化为BeCl2的化学方程式为
。
专题突破练九 水溶液中的离子平衡
1.D 解析:温度升高,KW增大,温度升高促进碳酸钠溶液水解,c(OH-)增大,A选项正确;加入碳酸钠溶液,把硫酸钙转化为碳酸钙,反应离子方程式为CO32-(aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+SO42-(aq),B选项正确;因为碳酸钙与盐酸反应,而硫酸钙不与盐酸反应,所以在盐酸中碳酸钙的溶解性大于硫酸钙,C选项正确;根据CO32-+CO2+H2O2HCO3-知,阴离子HCO3-的浓度增大,D选项错误。
2.B 解析:当溶液中δ(RCOOH)=δ(RCOO-)时,c(RCOOH)=c(RCOO-),Ka=c(RCOO-)·c(H+)c(RCOOH)=c(H+)=10-pH mol·L-1,电离平衡常数越大,酸的酸性越强,根据图知:Ka(HCOOH)>Ka(CH3CH2COOH),则酸性:HCOOH>CH3CH2COOH。若弱酸pH增大是通过向弱酸中加入NaOH固体实现的,则图中M、N两点对应溶液中c(RCOO-)=0.05 mol·L-1,根据电荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(RCOO-)+c(OH-),c(Na+)=c(RCOO-)+c(OH-)-c(H+),M点c(Na+)=0.05 mol·L-1+10-14+3.75 mol·L-1-10-3.75 mol·L-1,N点c(Na+)=0.05 mol·L-1+10-14+4.88 mol·L-1-10-4.88 mol·L-1,二者不相等,故A错误;B项,当lgc(RCOOH)c(RCOO-)>0时,c(RCOOH)>c(RCOO-),即δ(RCOOH)>δ(RCOO-),根据图知,甲酸中M点前、丙酸中N点前溶液都呈酸性,故B正确;C项,等浓度的HCOONa和CH3CH2COONa两种溶液中,水解程度:甲酸钠<丙酸钠,则CH3CH2COONa溶液中c(OH-)更大,故C错误;D项,根据图知,Ka(HCOOH)=10-3.75,则Kh(HCOO-)=10-1410-3.75=10-10.25c(Na+)>c(HCOOH)>c(H+)>c(OH-),故D错误。
3.D 解析:向NaOH溶液中逐滴滴入亚磷酸,NaOH过量,反应先生成Na2HPO3,所以曲线a代表X(HPO32-);继续滴加亚磷酸,Na2HPO3浓度降低,NaH2PO3升高,所以曲线b代表X(H2PO3-),曲线c代表X(H3PO3)。由以上分析可知A项说法正确;pOH=7时,c(OH-)=c(H+),溶液中存在Na2HPO3和NaH2PO3两种溶质,根据电荷守恒c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(H2PO3-)+2c(HPO32-),其中c(OH-)=c(H+),即c(Na+)=c(H2PO3-)+2c(HPO32-),故B正确;H2PO3-在溶液中存在电离平衡H2PO3-H++HPO32-,平衡常数Ka=c(HPO32-)·c(H+)c(H2PO3-),pOH=7.3时,c(HPO32-)=c(H2PO3-)且c(H+)=10-(14-pOH) mol·L-1=10-6.7 mol·L-1,所以Ka=10-6.7,故C正确;D项,等浓度Na2HPO3和NaH2PO3混合溶液中,H2PO3-既电离又水解,其水解常数Kh=KWKa1(H3PO3),Ka1(H3PO3)=c(H+)·c(H2PO3-)c(H3PO3)=10-1.4,则Kh=10-1410-1.4c(OH-),所以溶液中离子浓度大小为c(Na+)>c(HPO32-)>c(H2PO3-)>c(H+)>c(OH-),故D错误。
4.D 解析:c点水的电离程度最大,说明此时c(NH4+)最大,对水的电离促进程度最大,氨水与硫酸恰好完全反应生成(NH4)2SO4,氨水体积为0时,水电离出的c(H+)=1×10-13 mol·L-1,水电离出的c(OH-)=1.0×10-13 mol·L-1,溶液中的c(H+)=0.1 mol·L-1,c(H2SO4)=0.05 mol·L-1,消耗氨水的体积也是20 mL,即V=20,A错误;c点所示溶液是(NH4)2SO4溶液,由质子守恒得c(H+)-c(OH-)=c(NH3·H2O),B错误;根据题意,无法判断NH3·H2O的电离常数的大小,C错误;根据电荷守恒:c(H+)+c(NH4+)=2c(SO42-)+c(OH-),而溶液呈中性c(OH-)=c(H+),所以c(NH4+)=2c(SO42-),D正确。
5.D 解析:A项,c(Fe2+)≤3.2×10-10 mol·L-1(若大于3.2×10-10 mol·L-1,则生成沉淀),错误;B项,pH=10,此时c(OH-)=1×10-4 mol·L-1,c(Fe2+)=8.0×10-3 mol·L-1,c(Fe3+)=4.0×10-26 mol·L-1,错误;C项,酸性增强,FeS、FeCO3会溶解:FeS+2H+Fe2++H2S↑、FeCO3+2H+Fe2++H2O+CO2↑,错误;D项,由于Ksp[Fe(OH)3]远小于Ksp[Fe(OH)2],正确。
6.C 解析:浓度均为0.1 mol·L-1的NaOH溶液和H3PO4溶液按照体积比2∶1混合,二者恰好反应生成Na2HPO4,在溶液中HPO42-存在电离平衡:HPO42-PO43-+H+,也存在着水解平衡:HPO42-+H2OH2PO4-+OH-,电离平衡常数Ka3=4.4×10-13,水解平衡常数Kh2=c(H2PO4-)·c(OH-)c(HPO42-)=c(H2PO4-)·c(OH-)·c(H+)c(HPO42-)·c(H+)=KWKa2=10-146.3×10-8≈1.58×10-7>Ka3=4.4×10-13,水解程度大于电离程度,因此溶液显碱性,pH>7,A错误;在Na2HPO4溶液中,根据质子守恒可得:c(H+)+c(H2PO4-)+2c(H3PO4)=c(PO43-)+c(OH-),B错误;向0.1 mol·L-1的H3PO4溶液中通入HCl气体(忽略溶液体积的变化),溶液pH=1时,c(H+)=0.1 mol·L-1,根据电离平衡常数Ka1=c(H+)·c(H2PO4-)c(H3PO4)=0.1×c(H2PO4-)c(H3PO4)=7.6×10-3,c(H2PO4-)c(H3PO4)=7.6×10-2,溶液中c(H3PO4)≈0.1 mol·L-1-c(H2PO4-),则c(H2PO4-)≈7.1×10-3 mol·L-1,因此溶液中电离的H3PO4大约有7.1%,C正确;在H3PO4溶液中加入NaOH溶液,随着NaOH的加入,溶液的pH增大,当溶液的pH=11时,c(H+)=10-11 mol·L-1,Ka3=c(H+)·c(PO43-)c(HPO42-)=10-11×c(PO43-)c(HPO42-)=4.4×10-13,则c(PO43-)c(HPO42-)=4.4×10-2,则c(PO43-)
9.D 解析:根据图像分析可知,随着pH的升高,开始阶段H2A浓度减小,HA-离子浓度增大,再随pH的升高,H2A浓度继续减小,HA-离子浓度减小,A2-离子浓度逐渐增大至基本不变,故可推知,图中曲线①为lgc(H2A)随pH的变化曲线,曲线②为lgc(HA-)随pH的变化曲线,曲线③为lgc(A2-)随pH的变化曲线。a点时,lgc(HA-)=lgc(H+),则c(HA-)=c(H+),A正确;b点时c(HA-)=c(H2A),则H2A的Ka1=c(H+),lgKa1=lgc(H+)=-4,B正确;由图像知pH=5时,c(HA-)>c(H2A)>c(A2-),C正确;由图像知pH=8时,c(HA-)=c(A2-),则H2A的Ka2=c(H+),lgKa2=lgc(H+)=-8,Ka2=10-8,0.01 mol·L-1 NaHA溶液中,c(HA-)>c(A2-),则pH小于8,D错误。
10.C 解析:A.H2NCH2CH2NH2作为二元弱碱,电离方程式应分步书写,一般只写第一步:H2NCH2CH2NH2+H2O[H3NCH2CH2NH2]++OH-;B.a点溶液呈中性,水的电离程度与纯水相同,b点溶液的溶质是正盐,水解程度最大,水的电离程度最大,故溶液中水的电离程度a点小于b点;C.若盐酸的体积等于10 mL,则溶质为[H2NCH2CH2NH3]Cl,由于K2=10-7.15>Kh=10-9.93,该溶液显碱性,而a点溶液显中性,所以要继续加盐酸,故a点盐酸的体积大于10 mL;D.b点所处的溶液中的溶质为[H3NCH2CH2NH3]Cl2,其质子守恒关系式为c(H+)=c(OH-)+2c(H2NCH2CH2NH2)+c([H2NCH2CH2NH3]+)。
11.B 解析:由题意,NaN3溶液呈碱性,则叠氮酸根(N3-)会发生水解,说明HN3为弱酸,在水溶液中不能完全电离,故0.01 mol·L-1 HN3溶液的pH>2,A错误;HN3为弱酸,电离方程式为HN3H++N3-,电离是吸热过程,升高温度促进HN3的电离,c(H+)增大,pH减小,B正确;NaN3是强电解质,完全电离出Na+和N3-,电离方程式为NaN3Na++N3-,C错误;0.01 mol·L-1 NaN3溶液中,由物料守恒:c(Na+)=c(N3-)+c(HN3),故D错误。
12.D 解析:随着pH的增大,Pb2+的浓度分数逐渐减小,当pH=10时,Pb2+的浓度分数减小为0,A错误;NO3-与Pb2+在同一溶液中,c(NO3-)与c(Pb2+)的比值等于其物质的量之比,滴加氨水过程中,随着pH的增大,n(Pb2+)逐渐减小,n(NO3-)不变,n(NO3-)与n(Pb2+)的比值增大,故c(NO3-)与c(Pb2+)的比值增大,pH>10,c(Pb2+)减小为0时,比值无意义,B错误;当pH=7时,结合图示可知,溶液中存在的阳离子有Pb2+、Pb(OH)+、H+以及NH4+,C错误;当溶液中Pb2+与Pb(OH)2浓度相等时,由图可知,此时溶液pH约等于8,由NH3·H2O电离常数Kb=c(NH4+)·c(OH-)c(NH3·H2O)=1.74×10-5,则c(NH4+)c(NH3·H2O)=Kbc(OH-)=1.74×10-51.0×10-6=17.4,故溶液中氨主要以NH4+形式存在,D正确。
13.A 解析:0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液存在质子守恒:c(OH-)=c(H+)+2c(H2CO3)+c(HCO3-),故A正确;实验2反应静置后的上层清液是饱和溶液,此时达到沉淀溶解平衡,c(Ca2+)·c(CO32-)=Ksp(CaCO3),故B错误;向0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中通入过量CO2,发生反应Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3,HCO3-水解程度大于电离程度,溶液显碱性,但水解和电离的部分还是较少,所以c(HCO3-)>c(CO32-),故C错误;向0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中滴加几滴0.05 mol·L-1 HCl,反应的化学方程式为Na2CO3+HClNaHCO3+NaCl,故D错误。
14.B 解析:当酸性越强时,曲线Ⅰ表示的微粒的含量越高,可推知曲线Ⅰ是H2C2O4的变化曲线,曲线Ⅱ是HC2O4-的变化曲线,曲线Ⅲ是C2O42-的变化曲线,A错误;在a点H2C2O4的浓度和HC2O4-的浓度相等,pH=1.22,则草酸H2C2O4第一步电离的电离常数K=c(HC2O4-)·c(H+)c(H2C2O4)=c(H+)=10-1.22,则B正确;在b点,c(C2O42-)=c(HC2O4-),且溶液呈酸性,若c(C2O42-)+2c(OH-)=c(HC2O4-)+c(H+),则2c(OH-)=c(H+),显然不成立,C错误;在c点,HC2O4-的含量为0.15,而起始时H2C2O4的物质的量为0.1 L×0.40 mol·L-1=0.04 mol,则HC2O4-的物质的量为0.15×0.04 mol=0.006 mol,溶液体积为0.2 L,c(HC2O4-)=0.006mol0.2 L=0.03 mol·L-1,D错误。
15.B 解析:向20 mL 0.1 mol·L-1的氨水中滴加未知浓度的稀硫酸,反应放热,溶液的温度升高,当二者恰好完全反应时,放热最多,溶液的温度最高,所以稀硫酸的体积为20 mL时,恰好完全反应。A项,由以上分析可知:加入20 mL稀硫酸与氨水恰好完全反应,硫酸是二元酸,一水合氨是一元碱,所以稀硫酸的物质的量浓度为0.05 mol·L-1,故不选A;B项,当溶液中pH=pOH时,溶液呈中性,水的电离既不被促进也不被抑制,而不滴加硫酸时,溶液显碱性,抑制水的电离,当硫酸过量时,也抑制水的电离,氨水与硫酸恰好反应生成硫酸铵时水的电离程度最大,故选B;C项,a点时反应后溶质为一水合氨和硫酸铵,且硫酸铵为一水合氨浓度的一半,由电荷守恒c(NH4+)+c(H+)=c(OH-)+2c(SO42-)和物料守恒4c(SO42-)=c(NH4+)+c(NH3·H2O)得c(NH3·H2O)+2c(OH-)=c(NH4+)+2c(H+),故不选C;D项,升高温度促进铵根离子水解,水解常数增大,由图可知,温度:b>a>c,则a、b、c三点对应NH4+的水解平衡常数:Kh(b)>Kh(a)>Kh(c),故不选D。
16.C 解析:“还原焙烧”时过量炭黑将废料[含MnO2、MnOOH、Zn(OH)2及少量Fe]中的MnO2、MnOOH还原为MnO,Zn(OH)2受热分解产生ZnO,“还原焙烧后”得到含MnO、ZnO、Fe、炭黑的固体;“酸浸”时硫酸和MnO、ZnO、Fe反应,过滤除去炭黑,滤渣1主要成分为炭黑,得到含Mn2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、H+的滤液;“净化”时加合适的氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,再调pH到适当范围使Fe3+形成沉淀,然后过滤除去,滤渣2主要成分为Fe(OH)3;通过“电解”阳极得到MnO2,阴极得到Zn。A项,从流程和信息来看加入过量炭黑主要作用是将MnO2、MnOOH转化为MnO,A正确;B项,若“酸浸”时,用浓盐酸代替稀硫酸,则溶液中含氯离子,电解时阳极产生氯气,不产生MnO2,因此“酸浸”时,不可以用浓盐酸代替稀硫酸,B正确;C项,Ksp[Fe(OH)3]=10-38,Fe3+完全沉淀时其浓度≤10-5 mol·L-1,当Fe3+浓度为10-5 mol·L-1时,c3(OH-)=10-3810-5=10-33,c(OH-)=10-11 mol·L-1,则要使Fe3+沉淀完全,需满足c(OH-)≥10-11 mol·L-1,pH≥3;Ksp[Mn(OH)2]=10-13,Mn2+开始沉淀时,10-13=0.1×c2(OH-),c2(OH-)=10-12,c(OH-)=10-6,pH=8;Ksp[Zn(OH)2]=10-17,Zn2+开始沉淀时,10-17=0.1×c2(OH-),c2(OH-)=10-16,c(OH-)=10-8,pH=6;本题中,净化的目的是使Fe3+沉淀而除去,但不能使Zn2+、Mn2+形成沉淀,因此调节pH的合理范围是3≤pH<6,C错误;D项,电解时,Mn2+在阳极失电子转化为MnO2,电极反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+,Zn2+在阴极得电子转化为Zn,电极反应式为Zn2++2e-Zn,因此阳极产生的H+和溶液中的硫酸根形成硫酸,硫酸经净化处理可循环利用于“酸浸”,D正确。
17.答案 (1)Co2O3+2H2SO4+H2O22CoSO4+O2↑+3H2O 85 ℃时过氧化氢容易分解,所以其用量比理论用量多
(2)NaOH (3)分液
(4)Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+ 0.33×(10-1410-4.5)2=3.3×10-20<5.9×10-15,不会造成Co的损失
(5)锂 锂电池
解析:(1)“酸浸”时加入过氧化氢,过氧化氢既具有氧化性又具有还原性,粉体中的钴(以Co2O3表示)还原浸出,从最终产物分析,产生Co2+,则过氧化氢为还原剂,生成氧气,化学方程式为Co2O3+2H2SO4+H2O22CoSO4+O2↑+3H2O,“酸浸”温度为85 ℃,过氧化氢容易分解,所以H2O2的用量比理论用量多一倍。(2)“除铁”时需将溶液的pH调至3左右,从产生的黄钠铁矾分析,应引入含有钠离子的碱性物质,故加入的化合物X是氢氧化钠,化学式为NaOH。(3)萃取的操作名称是分液。(4)“除铝”时是铝离子反应生成氢氧化铝沉淀,反应的离子方程式为Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+。萃余液中Co2+的浓度为0.33 mol·L-1,常温下除铝控制溶液pH为4.5,根据溶度积公式计算,0.33×(10-1410-4.5)2=3.3×10-20<5.9×10-15,故不会造成Co的损失。(5)滤液④中含有锂离子,可提取金属锂,用作锂电池。
18.答案 (1)NH3 CO2 (2)水浴加热
(3)取最后一次洗涤液少量于试管,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净
(4)10 (5)NiO+H2Ni+H2O,CuO+H2Cu+H2O
(6)①增大 ②Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O
解析:(1)根据题意,尿素[CO(NH2)2]在加热条件下与水发生水解反应即CO(NH2)2+H2OCO2↑+2NH3↑,因此放出NH3和CO2两种气体。(2)“晶化”过程中,需保持恒温60 ℃,温度在100 ℃以下,因此采用的加热方式为水浴加热。(3)“洗涤”过程中,检验滤饼是否洗净,主要检验洗涤液中是否还含有硫酸根,因此常用的方法是取少量最后一次洗涤液于试管中,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净。(4)常温下,若“悬浊液”中c(Cu2+)c(Al3+)=1.7×109,c(Cu2+)c(Al3+)=1.7×109=c(Cu2+)·c3(OH-)c(Al3+)·c3(OH-)=Ksp[Cu(OH)2]·c(OH-)Ksp[Al(OH)3]=2.21×10-20·c(OH-)1.30×10-33,则c(OH-)=1×10-4 mol·L-1,c(H+)=KWc(OH-)=1×10-141.0×10-4 mol·L-1=1×10-10 mol·L-1,则溶液的pH=10。(5)“还原”过程最终得到Ni-Cu/MgO-Al2O3,说明是NiO、CuO与氢气发生还原反应,因此所发生反应的化学方程式为NiO+H2Ni+H2O,CuO+H2Cu+H2O。(6)①放电一段时间后,负极反应式为Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2,正极是2NiOOH+2e-+2H2O2Ni(OH)2+2OH-,正极生成的OH-物质的量与负极消耗的OH-物质的量相等,但是消耗了电解质中的水,使碱性增强,因此溶液的pH将增大;②根据放电时正极电极反应式NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-,则充电时,阳极发生的电极反应式为Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O。
19.答案 (1)Na2SiO3、Na2BeO2 BeO22-+4H+Be2++2H2O
(2)①cefd ②在氯化氢气流中蒸发结晶(或蒸发结晶时向溶液中持续通入氯化氢气体)
(3)①MnO2+CuS+2H2SO4S+MnSO4+CuSO4+2H2O ②产生污染环境的气体 (4)Fe3+ 4
解析:(1)旧铍铜原件的成分为BeO、CuS、FeS、SiO2,根据信息Ⅰ,BeO属于两性氧化物,CuS、FeS不与氢氧化钠溶液反应,SiO2属于酸性氧化物,能与氢氧化钠溶液反应,因此滤液A中主要成分是NaOH、Na2SiO3、Na2BeO2;根据信息Ⅰ,BeO2-与过量盐酸反应生成氯化铍和水。其离子方程式为BeO22-+4H+Be2++2H2O。(2)①利用Be元素、铝元素化学性质相似,向滤液C中先加入过量的氨水,生成Be(OH)2沉淀,然后过滤、洗涤,再加入适量的HCl,生成BeCl2,合理步骤是cefd;②为了抑制Be2+的水解,因此需要在HCl的氛围中对BeCl2溶液蒸发结晶。(3)①根据信息,CuS中S转化为S单质,MnO2中Mn被还原为Mn2+,根据化合价升降法进行配平,其化学反应方程式为MnO2+CuS+2H2SO4S+MnSO4+CuSO4+2H2O;②若用浓硝酸作氧化剂,浓硝酸被还原成NO2,NO2有毒,会污染环境。(4)三种金属阳离子出现沉淀,根据浓度商与Ksp的关系,Cu2+转化成沉淀时,c(OH-)=Ksp[Cu(OH)2]c(Cu2+) mol·L-1=2.2×10-202.2 mol·L-1=1×10-10 mol·L-1,Fe3+转化成沉淀时,c(OH-)=3Ksp[Fe(OH)3]c(Fe3+)=34.0×10-380.008 mol·L-1=35×10-12 mol·L-1,Mn2+转化成沉淀时,c(OH-)=2.1×10-130.01 mol·L-1=21×10-6 mol·L-1,因此首先沉淀的是Fe3+,为使Cu2+开始沉淀,此时c(OH-)=1×10-10 mol·L-1,c(H+)=10-1410-10 mol·L-1=10-4 mol·L-1,即pH=4,当pH>4时,Cu2+出现沉淀。
20.答案 (1)粉碎(或研磨) (2)2Na3FeF6+Be3Al2(SiO3)63Na2BeF4+Fe2O3+Al2O3+6SiO2
(3)4 3Na++6F-+Fe3+Na3FeF6↓
(4)HCl气氛中加热蒸发 BeO+C+Cl2BeCl2+CO↑
解析:(1)工业上可以进行粉碎操作,实验室用研磨操作。(2)根据反应物和产物,依据原子守恒和电子守恒,可写出:2Na3FeF6+Be3Al2(SiO3)63Na2BeF4+Fe2O3+Al2O3+6SiO2。
(3)c(OH-)=4.0×10-210.40=10-10,故pH=4,“沉氟”反应的离子方程式为3Na++6F-+Fe3+Na3FeF6↓。
(4)因为Be和Al在周期表中符合对角线规则,故性质相似。所以BeCl2在溶液中蒸发时也会发生水解生成Be(OH)2,要想抑制其水解必须在HCl气氛中加热蒸发。
专题突破练九 水溶液中的离子平衡
一、选择题:本题共16小题,共44分。第1~10小题,每小题2分;第11~16小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.(2021河北邯郸模拟)工业上向锅炉里注入Na2CO3溶液浸泡,将水垢中的CaSO4转化为CaCO3,而后用盐酸去除。下列叙述不正确的是( )
A.温度升高,Na2CO3溶液的KW和c(OH-)均会增大
B.沉淀转化的离子方程式为CO32-(aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+SO42-(aq)
C.盐酸中CaCO3的溶解性大于CaSO4
D.Na2CO3溶液遇CO2后,阴离子浓度均减小
2.(2021湖南浏阳模拟)25 ℃时,改变0.1 mol·L-1弱酸RCOOH溶液的pH,溶液中RCOOH分子的物质的量分数δ(RCOOH)随之改变[已知δ(RCOOH)=c(RCOOH)c(RCOOH)+c(RCOO-)],甲酸(HCOOH)与丙酸(CH3CH2COOH)溶液中δ(RCOOH)与pH的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.若弱酸pH增大是通过向弱酸中加入NaOH固体实现的,则图中M、N两点对应溶液中的c(Na+)相等
B.对于甲酸和丙酸,当lgc(RCOOH)c(RCOO-)>0时,溶液都为酸性
C.等浓度的HCOONa和CH3CH2COONa两种溶液中的c(OH-)相等
D.将0.1 mol·L-1的HCOOH溶液与0.1 mol·L-1的HCOONa溶液等体积混合,所得溶液中:c(Na+)>c(HCOOH)>c(HCOO-)>c(OH-)>c(H+)
3.(2021河北秦皇岛模拟)常温下,向NaOH溶液中逐滴滴入亚磷酸(H3PO3),反应中只能生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,含磷各微粒的分布分数X(平衡时某微粒的浓度占各微粒浓度之和的分数)与pOH[pOH=-lgc(OH-)]的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A.曲线a代表X(HPO32-)
B.pOH=7时,c(Na+)=c(H2PO3-)+2c(HPO32-)
C.H2PO3-的电离平衡常数Ka=1×10-6.7
D.等浓度Na2HPO3和NaH2PO3混合溶液:c(Na+)>c(HPO32-)>c(H2PO3-)>c(OH-)>c(H+)
4.(2020山东聊城模拟)常温下,向20 mL某浓度的硫酸溶液中滴入0.1 mol·L-1氨水,溶液中水电离出的氢离子浓度随加入氨水的体积变化如图。下列分析正确的是( )
A.V=40
B.c点所示溶液中:c(H+)-c(OH-)=2c(NH3·H2O)
C.NH3·H2O的电离常数K=10-4
D.d点所示溶液中:c(NH4+)=2c(SO42-)
5.(2020广东湛江模拟)依据下表有关铁的难溶化合物的溶度积,有关说法正确的是( )
化合物
溶度积(25 ℃)
化合物
溶度积(25 ℃)
FeCO3
3.2×10-11
Fe(OH)3
4.0×10-38
Fe(OH)2
8.0×10-11
FeS
6.3×10-18
A.在c(CO32-)=0.1 mol·L-1溶液中,c(Fe2+)≥3.2×10-10 mol·L-1
B.将FeCl2和FeCl3溶液分别调至pH=10,则c(Fe2+)
D.将反应液中的Fe2+氧化为Fe3+有利于将铁元素从溶液中除尽
6.(2021河北选考模拟)H3PO4的电离是分步进行的,常温下Ka1=7.6×10-3,Ka2=6.3×10-8,Ka3=4.4×10-13。下列说法正确的是( )
A.浓度均为0.1 mol·L-1的NaOH溶液和H3PO4溶液按照体积比2∶1混合,混合液的pH<7
B.Na2HPO4溶液中,c(H+)+c(H2PO4-)+c(H3PO4)=c(PO43-)+c(OH-)
C.向0.1 mol·L-1的H3PO4溶液中通入HCl气体(忽略溶液体积的变化),溶液pH=1时,溶液中大约有7.1%的H3PO4电离
D.在H3PO4溶液中加入NaOH溶液,随着NaOH的加入,溶液的pH增大,当溶液的pH=11时,c(PO43-)>c(HPO42-)
7.(2021辽宁锦州模拟)常温下,用NaOH溶液滴定H2C2O4溶液,溶液中-lgc(H+)c(H2C2O4)和-lgc(HC2O4-)或-lgc(H+)c(HC2O4-)和-lgc(C2O42-)关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.水的电离程度:M点>N点
B.滴定过程中,当pH=5时,c(Na+)-3c(HC2O4-)>0
C.若c(HC2O4-)>c(C2O42-)>c(H2C2O4),则pH范围为3.5
8.(2021湖南选考模拟)常温下,向20.00 mL 0.100 0 mol·L-1的CH3COOH溶液中滴加0.100 0 mol·L-1的NaOH溶液,溶液中,lgc(CH3COO-)c(CH3COOH)随pH的变化关系如图所示(取lg5=0.7)。
下列说法正确的是( )
A.常温下,CH3COOH的电离常数为10-4.76
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(CH3COO-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)
9.(2021山东淄博一模)25 ℃时,维持二元弱酸(H2A)体系中c(H2A)+c(HA-)+c(A2-)=0.01 mol·L-1,各粒子浓度的对数值[lgc(X)]随pH变化的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.a点溶液中c(H+)=c(HA-)
B.H2A的lgKa1=-4
C.pH=5时,c(HA-)>c(H2A)>c(A2-)
D.0.01 mol·L-1 NaHA溶液pH约为10
10.(2021山东泰安一模)已知:乙二胺(H2NCH2CH2NH2),无色液体,25 ℃时,K1=10-4.07,K2=10-7.15,有类似氨的性质。向10 mL浓度为0.1 mol·L-1的乙二胺溶液中滴加0.1 mol·L-1的盐酸,溶液中lgc(H+)c(OH-)与所加盐酸的体积关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.H2NCH2CH2NH2在水溶液中电离方程式为:H2NCH2CH2NH2+2H2O[H3NCH2CH2NH3]2++2OH-
B.溶液中水的电离程度:a点大于b点
C.a点:盐酸的体积大于10 mL
D.b点所处的溶液中:c(H+)=c(OH-)+2c(H2NCH2CH2NH2)+2c([H2NCH2CH2NH3]+)
11.(2021广东选考模拟)叠氮酸(HN3)与NaOH溶液反应生成NaN3。已知NaN3溶液呈碱性,下列叙述正确的是( )
A.0.01 mol·L-1 HN3溶液的pH=2
B.HN3溶液的pH随温度升高而减小
C.NaN3的电离方程式:NaN3Na++3N3-
D.0.01 mol·L-1 NaN3溶液中:c(H+)+c(Na+)=c(N3-)+c(HN3)
12.(2021广东选考模拟)水体中重金属铅的污染问题备受关注。溶液中Pb2+及其与OH-形成的微粒的浓度分数α随溶液pH变化的关系如图所示。已知NH3·H2O的Kb=1.74×10-5。向Pb(NO3)2溶液中滴加氨水,关于该过程的说法正确的是( )
A.Pb2+的浓度分数先减小后增大
B.c(NO3-)与c(Pb2+)的比值先减小后增大,pH>10后不变
C.pH=7时,存在的阳离子仅有Pb2+、Pb(OH)+和H+
D.溶液中Pb2+与Pb(OH)2浓度相等时,氨主要以NH4+的形式存在
13.(2021湖北选考模拟)室温下,通过下列实验探究Na2CO3溶液的性质。
实验
实验操作和现象
1
用pH试纸测定0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液的pH,测得pH约为12
2
向0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中加入过量0.2 mol·L-1 CaCl2溶液,产生白色沉淀
3
向0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中通入过量CO2,测得溶液pH约为8
4
向0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中滴加几滴0.05 mol·L-1 HCl,观察不到实验现象
下列有关说法正确的是( )
A.0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中存在c(OH-)=c(H+)+2c(H2CO3)+c(HCO3-)
B.实验2反应静置后的上层清液中有c(Ca2+)·c(CO32-)
14.(2021重庆选考模拟)草酸H2C2O4是二元弱酸。向100 mL 0.40 mol·L-1 H2C2O4溶液中加入1.0 mol·L-1 NaOH溶液调节pH,加水控制溶液体积为200 mL。测得溶液中微粒的δ(X)随pH变化曲线如图所示,δ(X)=c(X)c(H2C2O4)+c(HC2O4-)+c(C2O42-),X代表微粒H2C2O4、HC2O4-或C2O42-。下列叙述正确的是( )
A.曲线Ⅰ是HC2O4-的变化曲线
B.草酸H2C2O4第一步电离的电离常数K=1.0×10-1.22
C.在b点,c(C2O42-)+2c(OH-)=c(HC2O4-)+c(H+)
D.在c点,c(HC2O4-)=0.06 mol·L-1
15.(2021湖南模拟)已知pOH=-lgc(OH-),向20 mL 0.1 mol·L-1的氨水中滴加未知浓度的稀硫酸,测得混合溶液的温度、pOH随加入稀硫酸体积的变化如下图所示,下列说法不正确的是( )
A.稀硫酸的物质的量浓度为0.05 mol·L-1
B.当溶液中pH=pOH时,水的电离程度最小
C.a点时溶液中存在c(NH3·H2O)+2c(OH-)=c(NH4+)+2c(H+)
D.a、b、c三点对应NH4+的水解平衡常数:Kh(c)
已知:①MnO能溶于酸,且Mn2+在酸性条件下比较稳定,pH高于5.5时易被O2氧化。
②室温下,Ksp[Mn(OH)2]=10-13,Ksp[Fe(OH)3]=10-38,Ksp[Zn(OH)2]=10-17(当离子浓度≤10-5 mol·L-1可认为沉淀完全)
下列说法错误的是( )
A.加入过量炭黑主要作用是将MnO2、MnOOH转化为MnO
B.“酸浸”时,不可以用浓盐酸代替稀硫酸
C.“净化”时,溶液中Mn2+、Zn2+的浓度约为0.1 mol·L-1,调节pH的合理范围是3≤pH<8
D.“电解”时,阳极产物制得MnO2,阴极制得Zn,余下电解质溶液经处理可循环使用
二、非选择题:本题共4小题,共56分。
17.(14分)(2021福建选考模拟)废旧锂离子电池经处理得到的正极活性粉体中含有Li2O、NiO、Co2O3、MnO2、Fe、C、Al、Cu等。采用以下工艺流程可从废旧锂离子电池中分离回收钴、镍、锰,制备正极材料的前驱体(NiCO3·CoCO3·MnCO3)。
回答下列问题:
(1)“酸浸”温度为85 ℃,粉体中的钴(以Co2O3表示)还原浸出的化学方程式为 ,H2O2的用量比理论用量多一倍的原因是 。
(2)“除铁”时需将溶液的pH调至3左右,加入的化合物X是 (填化学式)。
(3)“除铜”时获得萃余液的操作名称是 。
(4)“除铝”时反应的离子方程式为 。萃余液中Co2+的浓度为0.33 mol·L-1,通过计算说明,常温下除铝控制溶液pH为4.5,是否造成Co的损失 。(列出算式并给出结论)(已知:Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15)
(5)从滤液④中可提取 (任写一种)用作 。
18.(14分)(2021湖南选考模拟)以镁铝复合氧化物(MgO-Al2O3)为载体的负载型镍铜双金属催化剂(Ni-Cu/MgO-Al2O3)是一种新型高效加氢或脱氢催化剂,其制备流程如下:
已知:常温下,Ksp[Cu(OH)2]=2.21×10-20,Ksp[Al(OH)3]=1.30×10-33。回答下列问题:
(1)在加热条件下,尿素[CO(NH2)2]在水中发生水解反应,放出 和 两种气体(写化学式)。
(2)“晶化”过程中,需保持恒温60 ℃,可采用的加热方式为 。
(3)“洗涤”过程中,检验滤饼是否洗净的方法是 。
(4)常温下,若“悬浊液”中c(Cu2+)c(Al3+)=1.7×109,则溶液的pH= 。
(5)“还原”过程中所发生反应的化学方程式为 。
(6)NiSO4在强碱溶液中被NaClO氧化可得NiOOH,该物质能用作碱性镍镉电池的正极材料。其电池反应式:
Cd(s)+2NiOOH(s)+2H2O(l)Cd(OH)2(s)+2Ni(OH)2(s)
①放电一段时间后,溶液的pH将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
②充电时,阳极发生的电极反应式为 。
19.(14分)(2021贵州模拟)铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。某科研小组从某废旧铍铜元件(含BeO:25%、CuS:71%、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下:
已知:Ⅰ.铍、铝元素化学性质相似
Ⅱ.常温下:Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20、Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38、Ksp[Mn(OH)2]=2.1×10-13
(1)滤液A的主要成分除NaOH外,还有 (填化学式),写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式: 。
(2)①滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl,为提纯BeCl2,选择最合理步骤顺序 。
a.加入过量的NaOH b.通入过量的CO2
c.加入过量的氨水 d.加入适量的HCl
e.过滤 f.洗涤
②从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是 。
(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质,写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式: 。
②若用浓硝酸溶解金属硫化物,缺点是 (任写一条)。
(4)滤液D中含c(Cu2+)=2.2 mol·L-1、c(Fe3+)=0.008 mol·L-1、c(Mn2+)=0.01 mol·L-1,逐滴加入稀氨水调节pH可依次分离,首先沉淀的是 (填离子符号),为使铜离子开始沉淀,常温下应调节溶液的pH大于 。
20.(14分)(2021四川成都模拟)铍有“超级金属”之称。以绿柱石[Be3Al2(SiO3)6]为原料制备金属铍的工艺如下:
回答下列问题:
(1)烧结冷却后,水浸之前“操作a”的名称是 。
(2)750 ℃烧结时,Na3FeF6与绿柱石作用生成易溶于水的Na2BeF4,写出该反应的化学方程式: 。
(3)已知25 ℃时Ksp[Be(OH)2]=4.0×10-21,计算室温时0.40 mol∙L-1 Be2+开始沉淀时的pH= ,“沉氟”反应的离子方程式为 。
(4)上述流程中,“Be(OH)2→……→BeCl2”可有两种方案:
Ⅰ:Be(OH)2溶液ABeCl2
Ⅱ:Be(OH)2BeOBeCl2
Ⅰ中操作b是 。Ⅱ中BeO转化为BeCl2的化学方程式为
。
专题突破练九 水溶液中的离子平衡
1.D 解析:温度升高,KW增大,温度升高促进碳酸钠溶液水解,c(OH-)增大,A选项正确;加入碳酸钠溶液,把硫酸钙转化为碳酸钙,反应离子方程式为CO32-(aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+SO42-(aq),B选项正确;因为碳酸钙与盐酸反应,而硫酸钙不与盐酸反应,所以在盐酸中碳酸钙的溶解性大于硫酸钙,C选项正确;根据CO32-+CO2+H2O2HCO3-知,阴离子HCO3-的浓度增大,D选项错误。
2.B 解析:当溶液中δ(RCOOH)=δ(RCOO-)时,c(RCOOH)=c(RCOO-),Ka=c(RCOO-)·c(H+)c(RCOOH)=c(H+)=10-pH mol·L-1,电离平衡常数越大,酸的酸性越强,根据图知:Ka(HCOOH)>Ka(CH3CH2COOH),则酸性:HCOOH>CH3CH2COOH。若弱酸pH增大是通过向弱酸中加入NaOH固体实现的,则图中M、N两点对应溶液中c(RCOO-)=0.05 mol·L-1,根据电荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(RCOO-)+c(OH-),c(Na+)=c(RCOO-)+c(OH-)-c(H+),M点c(Na+)=0.05 mol·L-1+10-14+3.75 mol·L-1-10-3.75 mol·L-1,N点c(Na+)=0.05 mol·L-1+10-14+4.88 mol·L-1-10-4.88 mol·L-1,二者不相等,故A错误;B项,当lgc(RCOOH)c(RCOO-)>0时,c(RCOOH)>c(RCOO-),即δ(RCOOH)>δ(RCOO-),根据图知,甲酸中M点前、丙酸中N点前溶液都呈酸性,故B正确;C项,等浓度的HCOONa和CH3CH2COONa两种溶液中,水解程度:甲酸钠<丙酸钠,则CH3CH2COONa溶液中c(OH-)更大,故C错误;D项,根据图知,Ka(HCOOH)=10-3.75,则Kh(HCOO-)=10-1410-3.75=10-10.25
3.D 解析:向NaOH溶液中逐滴滴入亚磷酸,NaOH过量,反应先生成Na2HPO3,所以曲线a代表X(HPO32-);继续滴加亚磷酸,Na2HPO3浓度降低,NaH2PO3升高,所以曲线b代表X(H2PO3-),曲线c代表X(H3PO3)。由以上分析可知A项说法正确;pOH=7时,c(OH-)=c(H+),溶液中存在Na2HPO3和NaH2PO3两种溶质,根据电荷守恒c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(H2PO3-)+2c(HPO32-),其中c(OH-)=c(H+),即c(Na+)=c(H2PO3-)+2c(HPO32-),故B正确;H2PO3-在溶液中存在电离平衡H2PO3-H++HPO32-,平衡常数Ka=c(HPO32-)·c(H+)c(H2PO3-),pOH=7.3时,c(HPO32-)=c(H2PO3-)且c(H+)=10-(14-pOH) mol·L-1=10-6.7 mol·L-1,所以Ka=10-6.7,故C正确;D项,等浓度Na2HPO3和NaH2PO3混合溶液中,H2PO3-既电离又水解,其水解常数Kh=KWKa1(H3PO3),Ka1(H3PO3)=c(H+)·c(H2PO3-)c(H3PO3)=10-1.4,则Kh=10-1410-1.4
4.D 解析:c点水的电离程度最大,说明此时c(NH4+)最大,对水的电离促进程度最大,氨水与硫酸恰好完全反应生成(NH4)2SO4,氨水体积为0时,水电离出的c(H+)=1×10-13 mol·L-1,水电离出的c(OH-)=1.0×10-13 mol·L-1,溶液中的c(H+)=0.1 mol·L-1,c(H2SO4)=0.05 mol·L-1,消耗氨水的体积也是20 mL,即V=20,A错误;c点所示溶液是(NH4)2SO4溶液,由质子守恒得c(H+)-c(OH-)=c(NH3·H2O),B错误;根据题意,无法判断NH3·H2O的电离常数的大小,C错误;根据电荷守恒:c(H+)+c(NH4+)=2c(SO42-)+c(OH-),而溶液呈中性c(OH-)=c(H+),所以c(NH4+)=2c(SO42-),D正确。
5.D 解析:A项,c(Fe2+)≤3.2×10-10 mol·L-1(若大于3.2×10-10 mol·L-1,则生成沉淀),错误;B项,pH=10,此时c(OH-)=1×10-4 mol·L-1,c(Fe2+)=8.0×10-3 mol·L-1,c(Fe3+)=4.0×10-26 mol·L-1,错误;C项,酸性增强,FeS、FeCO3会溶解:FeS+2H+Fe2++H2S↑、FeCO3+2H+Fe2++H2O+CO2↑,错误;D项,由于Ksp[Fe(OH)3]远小于Ksp[Fe(OH)2],正确。
6.C 解析:浓度均为0.1 mol·L-1的NaOH溶液和H3PO4溶液按照体积比2∶1混合,二者恰好反应生成Na2HPO4,在溶液中HPO42-存在电离平衡:HPO42-PO43-+H+,也存在着水解平衡:HPO42-+H2OH2PO4-+OH-,电离平衡常数Ka3=4.4×10-13,水解平衡常数Kh2=c(H2PO4-)·c(OH-)c(HPO42-)=c(H2PO4-)·c(OH-)·c(H+)c(HPO42-)·c(H+)=KWKa2=10-146.3×10-8≈1.58×10-7>Ka3=4.4×10-13,水解程度大于电离程度,因此溶液显碱性,pH>7,A错误;在Na2HPO4溶液中,根据质子守恒可得:c(H+)+c(H2PO4-)+2c(H3PO4)=c(PO43-)+c(OH-),B错误;向0.1 mol·L-1的H3PO4溶液中通入HCl气体(忽略溶液体积的变化),溶液pH=1时,c(H+)=0.1 mol·L-1,根据电离平衡常数Ka1=c(H+)·c(H2PO4-)c(H3PO4)=0.1×c(H2PO4-)c(H3PO4)=7.6×10-3,c(H2PO4-)c(H3PO4)=7.6×10-2,溶液中c(H3PO4)≈0.1 mol·L-1-c(H2PO4-),则c(H2PO4-)≈7.1×10-3 mol·L-1,因此溶液中电离的H3PO4大约有7.1%,C正确;在H3PO4溶液中加入NaOH溶液,随着NaOH的加入,溶液的pH增大,当溶液的pH=11时,c(H+)=10-11 mol·L-1,Ka3=c(H+)·c(PO43-)c(HPO42-)=10-11×c(PO43-)c(HPO42-)=4.4×10-13,则c(PO43-)c(HPO42-)=4.4×10-2,则c(PO43-)
9.D 解析:根据图像分析可知,随着pH的升高,开始阶段H2A浓度减小,HA-离子浓度增大,再随pH的升高,H2A浓度继续减小,HA-离子浓度减小,A2-离子浓度逐渐增大至基本不变,故可推知,图中曲线①为lgc(H2A)随pH的变化曲线,曲线②为lgc(HA-)随pH的变化曲线,曲线③为lgc(A2-)随pH的变化曲线。a点时,lgc(HA-)=lgc(H+),则c(HA-)=c(H+),A正确;b点时c(HA-)=c(H2A),则H2A的Ka1=c(H+),lgKa1=lgc(H+)=-4,B正确;由图像知pH=5时,c(HA-)>c(H2A)>c(A2-),C正确;由图像知pH=8时,c(HA-)=c(A2-),则H2A的Ka2=c(H+),lgKa2=lgc(H+)=-8,Ka2=10-8,0.01 mol·L-1 NaHA溶液中,c(HA-)>c(A2-),则pH小于8,D错误。
10.C 解析:A.H2NCH2CH2NH2作为二元弱碱,电离方程式应分步书写,一般只写第一步:H2NCH2CH2NH2+H2O[H3NCH2CH2NH2]++OH-;B.a点溶液呈中性,水的电离程度与纯水相同,b点溶液的溶质是正盐,水解程度最大,水的电离程度最大,故溶液中水的电离程度a点小于b点;C.若盐酸的体积等于10 mL,则溶质为[H2NCH2CH2NH3]Cl,由于K2=10-7.15>Kh=10-9.93,该溶液显碱性,而a点溶液显中性,所以要继续加盐酸,故a点盐酸的体积大于10 mL;D.b点所处的溶液中的溶质为[H3NCH2CH2NH3]Cl2,其质子守恒关系式为c(H+)=c(OH-)+2c(H2NCH2CH2NH2)+c([H2NCH2CH2NH3]+)。
11.B 解析:由题意,NaN3溶液呈碱性,则叠氮酸根(N3-)会发生水解,说明HN3为弱酸,在水溶液中不能完全电离,故0.01 mol·L-1 HN3溶液的pH>2,A错误;HN3为弱酸,电离方程式为HN3H++N3-,电离是吸热过程,升高温度促进HN3的电离,c(H+)增大,pH减小,B正确;NaN3是强电解质,完全电离出Na+和N3-,电离方程式为NaN3Na++N3-,C错误;0.01 mol·L-1 NaN3溶液中,由物料守恒:c(Na+)=c(N3-)+c(HN3),故D错误。
12.D 解析:随着pH的增大,Pb2+的浓度分数逐渐减小,当pH=10时,Pb2+的浓度分数减小为0,A错误;NO3-与Pb2+在同一溶液中,c(NO3-)与c(Pb2+)的比值等于其物质的量之比,滴加氨水过程中,随着pH的增大,n(Pb2+)逐渐减小,n(NO3-)不变,n(NO3-)与n(Pb2+)的比值增大,故c(NO3-)与c(Pb2+)的比值增大,pH>10,c(Pb2+)减小为0时,比值无意义,B错误;当pH=7时,结合图示可知,溶液中存在的阳离子有Pb2+、Pb(OH)+、H+以及NH4+,C错误;当溶液中Pb2+与Pb(OH)2浓度相等时,由图可知,此时溶液pH约等于8,由NH3·H2O电离常数Kb=c(NH4+)·c(OH-)c(NH3·H2O)=1.74×10-5,则c(NH4+)c(NH3·H2O)=Kbc(OH-)=1.74×10-51.0×10-6=17.4,故溶液中氨主要以NH4+形式存在,D正确。
13.A 解析:0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液存在质子守恒:c(OH-)=c(H+)+2c(H2CO3)+c(HCO3-),故A正确;实验2反应静置后的上层清液是饱和溶液,此时达到沉淀溶解平衡,c(Ca2+)·c(CO32-)=Ksp(CaCO3),故B错误;向0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中通入过量CO2,发生反应Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3,HCO3-水解程度大于电离程度,溶液显碱性,但水解和电离的部分还是较少,所以c(HCO3-)>c(CO32-),故C错误;向0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中滴加几滴0.05 mol·L-1 HCl,反应的化学方程式为Na2CO3+HClNaHCO3+NaCl,故D错误。
14.B 解析:当酸性越强时,曲线Ⅰ表示的微粒的含量越高,可推知曲线Ⅰ是H2C2O4的变化曲线,曲线Ⅱ是HC2O4-的变化曲线,曲线Ⅲ是C2O42-的变化曲线,A错误;在a点H2C2O4的浓度和HC2O4-的浓度相等,pH=1.22,则草酸H2C2O4第一步电离的电离常数K=c(HC2O4-)·c(H+)c(H2C2O4)=c(H+)=10-1.22,则B正确;在b点,c(C2O42-)=c(HC2O4-),且溶液呈酸性,若c(C2O42-)+2c(OH-)=c(HC2O4-)+c(H+),则2c(OH-)=c(H+),显然不成立,C错误;在c点,HC2O4-的含量为0.15,而起始时H2C2O4的物质的量为0.1 L×0.40 mol·L-1=0.04 mol,则HC2O4-的物质的量为0.15×0.04 mol=0.006 mol,溶液体积为0.2 L,c(HC2O4-)=0.006mol0.2 L=0.03 mol·L-1,D错误。
15.B 解析:向20 mL 0.1 mol·L-1的氨水中滴加未知浓度的稀硫酸,反应放热,溶液的温度升高,当二者恰好完全反应时,放热最多,溶液的温度最高,所以稀硫酸的体积为20 mL时,恰好完全反应。A项,由以上分析可知:加入20 mL稀硫酸与氨水恰好完全反应,硫酸是二元酸,一水合氨是一元碱,所以稀硫酸的物质的量浓度为0.05 mol·L-1,故不选A;B项,当溶液中pH=pOH时,溶液呈中性,水的电离既不被促进也不被抑制,而不滴加硫酸时,溶液显碱性,抑制水的电离,当硫酸过量时,也抑制水的电离,氨水与硫酸恰好反应生成硫酸铵时水的电离程度最大,故选B;C项,a点时反应后溶质为一水合氨和硫酸铵,且硫酸铵为一水合氨浓度的一半,由电荷守恒c(NH4+)+c(H+)=c(OH-)+2c(SO42-)和物料守恒4c(SO42-)=c(NH4+)+c(NH3·H2O)得c(NH3·H2O)+2c(OH-)=c(NH4+)+2c(H+),故不选C;D项,升高温度促进铵根离子水解,水解常数增大,由图可知,温度:b>a>c,则a、b、c三点对应NH4+的水解平衡常数:Kh(b)>Kh(a)>Kh(c),故不选D。
16.C 解析:“还原焙烧”时过量炭黑将废料[含MnO2、MnOOH、Zn(OH)2及少量Fe]中的MnO2、MnOOH还原为MnO,Zn(OH)2受热分解产生ZnO,“还原焙烧后”得到含MnO、ZnO、Fe、炭黑的固体;“酸浸”时硫酸和MnO、ZnO、Fe反应,过滤除去炭黑,滤渣1主要成分为炭黑,得到含Mn2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、H+的滤液;“净化”时加合适的氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,再调pH到适当范围使Fe3+形成沉淀,然后过滤除去,滤渣2主要成分为Fe(OH)3;通过“电解”阳极得到MnO2,阴极得到Zn。A项,从流程和信息来看加入过量炭黑主要作用是将MnO2、MnOOH转化为MnO,A正确;B项,若“酸浸”时,用浓盐酸代替稀硫酸,则溶液中含氯离子,电解时阳极产生氯气,不产生MnO2,因此“酸浸”时,不可以用浓盐酸代替稀硫酸,B正确;C项,Ksp[Fe(OH)3]=10-38,Fe3+完全沉淀时其浓度≤10-5 mol·L-1,当Fe3+浓度为10-5 mol·L-1时,c3(OH-)=10-3810-5=10-33,c(OH-)=10-11 mol·L-1,则要使Fe3+沉淀完全,需满足c(OH-)≥10-11 mol·L-1,pH≥3;Ksp[Mn(OH)2]=10-13,Mn2+开始沉淀时,10-13=0.1×c2(OH-),c2(OH-)=10-12,c(OH-)=10-6,pH=8;Ksp[Zn(OH)2]=10-17,Zn2+开始沉淀时,10-17=0.1×c2(OH-),c2(OH-)=10-16,c(OH-)=10-8,pH=6;本题中,净化的目的是使Fe3+沉淀而除去,但不能使Zn2+、Mn2+形成沉淀,因此调节pH的合理范围是3≤pH<6,C错误;D项,电解时,Mn2+在阳极失电子转化为MnO2,电极反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+,Zn2+在阴极得电子转化为Zn,电极反应式为Zn2++2e-Zn,因此阳极产生的H+和溶液中的硫酸根形成硫酸,硫酸经净化处理可循环利用于“酸浸”,D正确。
17.答案 (1)Co2O3+2H2SO4+H2O22CoSO4+O2↑+3H2O 85 ℃时过氧化氢容易分解,所以其用量比理论用量多
(2)NaOH (3)分液
(4)Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+ 0.33×(10-1410-4.5)2=3.3×10-20<5.9×10-15,不会造成Co的损失
(5)锂 锂电池
解析:(1)“酸浸”时加入过氧化氢,过氧化氢既具有氧化性又具有还原性,粉体中的钴(以Co2O3表示)还原浸出,从最终产物分析,产生Co2+,则过氧化氢为还原剂,生成氧气,化学方程式为Co2O3+2H2SO4+H2O22CoSO4+O2↑+3H2O,“酸浸”温度为85 ℃,过氧化氢容易分解,所以H2O2的用量比理论用量多一倍。(2)“除铁”时需将溶液的pH调至3左右,从产生的黄钠铁矾分析,应引入含有钠离子的碱性物质,故加入的化合物X是氢氧化钠,化学式为NaOH。(3)萃取的操作名称是分液。(4)“除铝”时是铝离子反应生成氢氧化铝沉淀,反应的离子方程式为Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+。萃余液中Co2+的浓度为0.33 mol·L-1,常温下除铝控制溶液pH为4.5,根据溶度积公式计算,0.33×(10-1410-4.5)2=3.3×10-20<5.9×10-15,故不会造成Co的损失。(5)滤液④中含有锂离子,可提取金属锂,用作锂电池。
18.答案 (1)NH3 CO2 (2)水浴加热
(3)取最后一次洗涤液少量于试管,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净
(4)10 (5)NiO+H2Ni+H2O,CuO+H2Cu+H2O
(6)①增大 ②Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O
解析:(1)根据题意,尿素[CO(NH2)2]在加热条件下与水发生水解反应即CO(NH2)2+H2OCO2↑+2NH3↑,因此放出NH3和CO2两种气体。(2)“晶化”过程中,需保持恒温60 ℃,温度在100 ℃以下,因此采用的加热方式为水浴加热。(3)“洗涤”过程中,检验滤饼是否洗净,主要检验洗涤液中是否还含有硫酸根,因此常用的方法是取少量最后一次洗涤液于试管中,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净。(4)常温下,若“悬浊液”中c(Cu2+)c(Al3+)=1.7×109,c(Cu2+)c(Al3+)=1.7×109=c(Cu2+)·c3(OH-)c(Al3+)·c3(OH-)=Ksp[Cu(OH)2]·c(OH-)Ksp[Al(OH)3]=2.21×10-20·c(OH-)1.30×10-33,则c(OH-)=1×10-4 mol·L-1,c(H+)=KWc(OH-)=1×10-141.0×10-4 mol·L-1=1×10-10 mol·L-1,则溶液的pH=10。(5)“还原”过程最终得到Ni-Cu/MgO-Al2O3,说明是NiO、CuO与氢气发生还原反应,因此所发生反应的化学方程式为NiO+H2Ni+H2O,CuO+H2Cu+H2O。(6)①放电一段时间后,负极反应式为Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2,正极是2NiOOH+2e-+2H2O2Ni(OH)2+2OH-,正极生成的OH-物质的量与负极消耗的OH-物质的量相等,但是消耗了电解质中的水,使碱性增强,因此溶液的pH将增大;②根据放电时正极电极反应式NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-,则充电时,阳极发生的电极反应式为Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O。
19.答案 (1)Na2SiO3、Na2BeO2 BeO22-+4H+Be2++2H2O
(2)①cefd ②在氯化氢气流中蒸发结晶(或蒸发结晶时向溶液中持续通入氯化氢气体)
(3)①MnO2+CuS+2H2SO4S+MnSO4+CuSO4+2H2O ②产生污染环境的气体 (4)Fe3+ 4
解析:(1)旧铍铜原件的成分为BeO、CuS、FeS、SiO2,根据信息Ⅰ,BeO属于两性氧化物,CuS、FeS不与氢氧化钠溶液反应,SiO2属于酸性氧化物,能与氢氧化钠溶液反应,因此滤液A中主要成分是NaOH、Na2SiO3、Na2BeO2;根据信息Ⅰ,BeO2-与过量盐酸反应生成氯化铍和水。其离子方程式为BeO22-+4H+Be2++2H2O。(2)①利用Be元素、铝元素化学性质相似,向滤液C中先加入过量的氨水,生成Be(OH)2沉淀,然后过滤、洗涤,再加入适量的HCl,生成BeCl2,合理步骤是cefd;②为了抑制Be2+的水解,因此需要在HCl的氛围中对BeCl2溶液蒸发结晶。(3)①根据信息,CuS中S转化为S单质,MnO2中Mn被还原为Mn2+,根据化合价升降法进行配平,其化学反应方程式为MnO2+CuS+2H2SO4S+MnSO4+CuSO4+2H2O;②若用浓硝酸作氧化剂,浓硝酸被还原成NO2,NO2有毒,会污染环境。(4)三种金属阳离子出现沉淀,根据浓度商与Ksp的关系,Cu2+转化成沉淀时,c(OH-)=Ksp[Cu(OH)2]c(Cu2+) mol·L-1=2.2×10-202.2 mol·L-1=1×10-10 mol·L-1,Fe3+转化成沉淀时,c(OH-)=3Ksp[Fe(OH)3]c(Fe3+)=34.0×10-380.008 mol·L-1=35×10-12 mol·L-1,Mn2+转化成沉淀时,c(OH-)=2.1×10-130.01 mol·L-1=21×10-6 mol·L-1,因此首先沉淀的是Fe3+,为使Cu2+开始沉淀,此时c(OH-)=1×10-10 mol·L-1,c(H+)=10-1410-10 mol·L-1=10-4 mol·L-1,即pH=4,当pH>4时,Cu2+出现沉淀。
20.答案 (1)粉碎(或研磨) (2)2Na3FeF6+Be3Al2(SiO3)63Na2BeF4+Fe2O3+Al2O3+6SiO2
(3)4 3Na++6F-+Fe3+Na3FeF6↓
(4)HCl气氛中加热蒸发 BeO+C+Cl2BeCl2+CO↑
解析:(1)工业上可以进行粉碎操作,实验室用研磨操作。(2)根据反应物和产物,依据原子守恒和电子守恒,可写出:2Na3FeF6+Be3Al2(SiO3)63Na2BeF4+Fe2O3+Al2O3+6SiO2。
(3)c(OH-)=4.0×10-210.40=10-10,故pH=4,“沉氟”反应的离子方程式为3Na++6F-+Fe3+Na3FeF6↓。
(4)因为Be和Al在周期表中符合对角线规则,故性质相似。所以BeCl2在溶液中蒸发时也会发生水解生成Be(OH)2,要想抑制其水解必须在HCl气氛中加热蒸发。
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