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专题十六 弱电解质的电离平衡-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习(通用版)学案
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这是一份专题十六 弱电解质的电离平衡-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习(通用版)学案,共19页。学案主要包含了拓展训练,解题思路,基础巩固,能力提升,答案与解析等内容,欢迎下载使用。
专题十六 弱电解质的电离平衡
考点1 弱电解质的电离平衡
考法1 电解质的电离及电离平衡
命题角度1 强、弱电解质的判断
例1 室温下,下列事实不能说明NH3·H2O为弱电解质的是
A.0.1 mol·L-1 NH3·H2O的pH小于13
B.0.1 mol·L-1 NH4Cl溶液的pH小于7
C.相同条件下,浓度均为0.1 mol·L-1的NaOH溶液和氨水,氨水的导电能力弱
D.0.1 mol·L-1 NH3·H2O能使无色酚酞试液变红色
【解析】
【答案】 D
【拓展训练】1. 下列用来判断CH3COOH是一种弱酸的说法正确的是( )
①向pH=3的HCl溶液中加入CH3COONa固体,溶液pH增大
②pH相同的盐酸和CH3COOH溶液,取相同体积分别用标准NaOH溶液滴定测其浓度,CH3COOH溶液消耗的NaOH溶液的体积较大
③0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液的pH>1
④0.1 mol·L-1的盐酸与过量的Mg反应,当加入CH3COONa固体后,反应速率减慢,但生成氢气的总量不变
⑤相同物质的量浓度、相同体积的CH3COOH溶液和盐酸分别与足量的活泼金属反应,消耗金属的量相同
⑥常温下,pH=4的CH3COOH溶液与pH=10的NaOH溶液等体积混合后溶液呈酸性
⑦CH3COOH溶液中有两种分子存在
⑧常温下醋酸钠溶液的pH大于7
A.②③④⑤⑥⑦ B.①②③④⑥⑦⑧
C.②③⑤⑥⑧ D.全部
命题角度2 强、弱电解质的电离
例2 相同温度下,关于盐酸和醋酸两种溶液的比较,下列说法正确的是
A.pH相等的两溶液中:c(CH3COO-)=c(Cl-)
B.分别中和pH相等、体积相等的两溶液,所需NaOH的物质的量相同
C.相同浓度的两溶液,分别与金属镁反应,反应速率相同
D.相同浓度的两溶液,分别与NaOH固体反应后呈中性的溶液中(忽略溶液体积变化):c(CH3COO-)=c(Cl-)
【解析】 HCl为强电解质、CH3COOH为弱电解质,根据电荷守恒得:醋酸溶液中c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-),盐酸中c(H+)=c(OH-)+c(Cl-),又因两溶液的pH相等,故c(CH3COO-)=c(Cl-),A项正确。pH相等的两种溶液,溶质的酸性越弱,溶液的浓度越大,体积相同时所含溶质的物质的量就越多,CH3COOH的酸性小于HCl,所以分别中和pH相等、体积相等的两溶液时醋酸溶液所消耗的氢氧化钠更多,B项错误。溶液与金属镁反应,c(H+)越大反应速率越快,相同浓度的两溶液,HCl完全电离而醋酸部分电离,故盐酸与金属镁的起始反应速率更快,但CH3COOH后继电离的c(H+)使其平均反应速率比HCl大,C项错误。相同浓度(假设为c0)的CH3COOH溶液和盐酸,分别与NaOH固体反应后呈中性的溶液中,分别有c(CH3COO-)=c(Na+),c(Cl-)=c(Na+),前者所得溶液中c(Na+)HA中和等pH、等体积的HB溶液和HA溶液时,HB溶液消耗的碱量大于HA溶液中和等浓度、等体积的HB溶液和HA溶液到中性时,HA溶液消耗的碱量大于HB溶液等浓度盐溶液的pH:pH(NaB)>pH(NaA)等浓度的HA溶液、HB溶液:HA溶液对水的电离抑制程度大
命题角度3 电离平衡的移动及微粒分析
例3 将浓度为0.1 mol·L-1的HF溶液加水稀释,下列各量增大的是
①c(H+) ②c(F-) ③c(OH-) ④Ka(HF) ⑤Kw ⑥c(F-)c(H+) ⑦c(H+)c(HF)
A.①⑥ B.②④ C.③⑦ D.④⑤
【解析】 HF是弱电解质,加水稀释促进HF的电离,但c(H+)、c(F-)、c(HF)都减小;温度不变,Kw不变,c(H+)减小,则c(OH-)增大;温度不变,Ka(HF)不变,c(H+)c(HF)=Ka(HF)c(F-),c(F-)减小,则c(H+)c(HF)增大;根据电荷守恒知,c(H+)=c(OH-)+c(F-),则c(F-)c(H+)=c(H+)-c(OH-)c(H+)=1-c(OH-)c(H+),因为c(OH-)c(H+)增大,故c(F-)c(H+)减小。综上所述,c(OH-)、c(H+)c(HF)增大。
【答案】 C
【拓展训练】2. 下列方法中,可以使0.10 mol·L-1 CH3COOH溶液中CH3COOH电离程度增大的是( )
A.加入少量冰醋酸
B.加水稀释
C.加入少量氯化钠固体
D.加入少量醋酸钠固体
考点2 电离常数及其应用
考法2 电离常数的应用和计算
以溶液中的c(H+)[或c(OH-)]或pH为纵轴,以加入水的体积(或lg VV0)为横轴呈现电离平衡移动信息,主要考查电离平衡移动与溶液pH的关系。以电解质溶液中微粒分布分数为纵轴,以pH为横轴呈现电离平衡移动信息,主要考查电离平衡移动与溶液中微粒分布分数的关系。以弱酸溶液中微粒的浓度为纵轴,以pH为横轴呈现电离平衡移动信息,主要考查电离常数的计算。
命题角度1 电离常数的应用
例4 部分弱酸的电离常数如表所示。
弱酸
HCOOH
HCN
H2CO3
电离常数
(25 ℃)
Ka=1.77×10-4
Ka=4.9×10-10
Ka1=4.3×10-7
Ka2=5.6×10-11
下列选项正确的是
A.2CN-+H2O+CO22HCN+CO32-
B.2HCOOH+CO32-2HCOO-+H2O+CO2↑
C.中和等体积、等pH的HCOOH溶液和HCN溶液消耗NaOH的量前者大于后者
D.等体积、等浓度的HCOONa溶液和NaCN溶液中所含离子总数前者小于后者
【解题思路】
【解析】根据弱酸的电离常数知,酸性HCOOH>H2CO3>HCN>HCO3-,对应相同浓度盐的碱性:CO32->CN->HCO3->HCOO-。A选项,不能得到CO32-,只能得到HCO3-,错误。C选项,pH相同,但由于HCN的电离常数小,说明起始浓度c(HCN)>c(HCOOH),因而等体积、等pH的HCOOH溶液和HCN溶液与NaOH反应,HCN溶液消耗的NaOH多,错误。D选项,两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-)。HCOONa溶液中所含离子总数为c(Na+)+c(H+)+c(HCOO-)+c(OH-)=2[c(Na+)+c(H+)],HCN溶液中所含离子总数为c(Na+)+c(H+)+c(CN-)+c(OH-)=2[c(Na+)+c(H+)]。由于HCOOH的酸性强于HCN的酸性,相同浓度的盐溶液,NaCN溶液的碱性强,故c(H+)小。由于两溶液中c(Na+)相同,所以NaCN溶液中所含离子总数比HCOONa溶液中的少,错误。
【答案】 B
命题角度2 电离平衡的移动及电离常数的计算
例5 常温下,起始时体积均为V0、浓度均为1 mol·L-1的HA溶液和HB溶液,分别加水稀释,所得溶液pH与lgVV0+1的变化关系如图所示(V表示溶液稀释后的体积)。下列说法错误的是
A.Ka(HA)约为10-4
B.当两溶液稀释至lgVV0+1=4时,溶液中c(A-)>c(B-)
C.中和等体积、等pH的两种酸溶液所用n(NaOH):HA>HB
D.等体积、等物质的量浓度的NaA溶液和NaB溶液中,离子总数前者大于后者
【解析】横坐标为1时两溶液的pH
HA溶液的pH=2,说明c(H+)=c(A-)+c(OH-)≈c(A-)=0.01mol·L-1,Ka(HA)≈10-4,A项正确HB为强酸,HA为弱酸
HB为强酸,HA为弱酸
起始浓度相同,稀释到lgVV0+1=4时,结合图像pH(HA溶液)>pH(HB溶液),HA部分电离,c(A-)c(HB)]的两种酸溶液,HA消耗的碱多,C项正确两溶液中的Na+数目相等,根据电荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(A-)、c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(B-)及NaB溶液中的c(H+)小于NaA溶液中的c(H+),故NaA溶液中离子总数大于NaB溶液中离子总数,D项正确
【答案】 B
疑难6 基于电离平衡分析弱酸(碱)溶液的稀释图像
对同温下弱酸(弱碱)溶液加水稀释后的图像进行分析,是近几年命题的热点,也是难点。解答这类题时考生除了必备电离平衡的相关知识,还必须具备应用数学工具解决化学问题的能力、读图与计算能力。
加水稀释HA(弱酸)溶液时,图像中纵、横轴表示的物理量不同,其图像可能出现下面多种情况。
说明:(1)δ表示某种微粒的分布分数。(2)V表示稀释后溶液体积,V0表示稀释前溶液体积。
解答该类题时,基于本质相同,可以采用下面步骤进行思考与分析。
突破点1 一元酸溶液加水稀释后溶液情况的判断
例6 浓度均为0.1 mol/L、体积均为V0的HX、HY溶液,分别加水稀释至体积为V,pH随lg VV0的变化关系如图所示。下列叙述正确的是
A.HX、HY都是弱酸,且HX的酸性比HY的弱
B.相同温度下,电离常数K(HX):a>b
C.常温下,c水(H+)·c水(OH-):ac(OH-)>c(H+)
突破点3 微粒分布分数与溶液pH变化关系图像分析
该类试题常把pH设计成横轴,把溶液中微粒的物质的量分数设计成纵轴:(1)考查弱酸或弱碱的电离常数或pKa1、pKa2的计算;(2)考查某指定点对应溶液中微粒浓度的大小关系。
例8 改变0.1 mol·L-1二元弱酸H2A溶液的pH,溶液中H2A、HA-、A2-的物质的量分数δ(X)随pH的变化如图所示[已知δ(X)=c(X)c(H2A)+c(HA-)+c(A2-)]。下列叙述错误的是
A.pH=1.2时,c(H2A)=c(HA-)
B.lg [K2(H2A)]=-4.2
C.pH=2.7时,c(HA-)>c(H2A)=c(A2-)
D.pH=4.2时,c(HA-)=c(A2-)=c(H+)
【解析】 由题图知pH=1.2时,c(H2A)=c(HA-),A项正确。由pH=4.2时,c(HA-)=c(A2-),
可得K2(H2A)=c(H+)·c(A2-)c(HA-)=c(H+),lg [K2(H2A)]=lg c(H+)=-4.2,B项正确。
由题图可知,pH=2.7时c(HA-)>c(H2A)=c(A2-),C项正确。由题图可知,pH=4.2时,c(HA-)
=c(A2-)≈0.5 mol·L-1,而c(H+)=10-4.2 mol·L-1,D项错误。
【答案】 D
【拓展训练】4. 室温下,H2SeO3溶液中H2SeO3、HSeO3-、SeO32-的摩尔分数随pH的变化如图所示,则室温下H2SeO3的Ka2= 。
【拓展训练】5. 298 K时,在H3PO4溶液中滴入NaOH溶液,含磷元素的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.Ka2(H3PO4)的数量级为10-8
B.pH=7时,溶液中主要含磷元素的离子浓度大小关系为c(H2PO4-)c(H+)>c(CH3NH3+)>c(OH-)
C.常温下,E、F点对应的溶液中水电离的c(H+)·c(OH-)=1.0×10-14
D.常温下,F点对应的溶液的pH≈6.3
3.常温下,用0.100 0 mol·L-1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 mol·L-1某酸(HA)溶液,溶液中HA、A-的物质的量分数δ(X)随pH的变化如图所示。下列说法正确的是[已知δ(X)=c(X)c(HA)+c(A-)]( )
A.Ka(HA)的数量级为10-5
B.溶液中由水电离出的c(H+):a点>b点
C.当pH=4.7时,c(A-)+c(OH-)=c(HA)+c(H+)
D.当pH=7时,消耗NaOH溶液的体积为20.00 mL
二、非选择题(共16分)
4.(6分)已知25 ℃时有关弱酸的电离平衡常数如表所示。
弱酸的化学式
HSCN
CH3COOH
HCN
H2CO3
电离平衡常数
1.3×10-1
1.8×10-5
6.2×10-10
Ka1=4.4×10-7
Ka2=4.7×10-11
(1)25 ℃时,将20 mL 0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液和20 mL 0.1 mol·L-1 HSCN溶液分别与20 mL 0.1 mol·L-1NaHCO3溶液混合,实验测得产生的气体体积(V)随时间(t)的变化关系如图所示。
反应初始阶段两种溶液产生CO2气体的速率存在明显差异的原因是
。
(2)若保持温度不变,在CH3COOH溶液中通入一定量的氨气,下列量会变小的是 (填字母)。
a.c(CH3COO-) b. c(H+)
c. Kw d. CH3COOH的电离平衡常数
(3)某温度时,测得0.01 mol·L-1 NaOH溶液的pH=11。在此温度下,将pH=2的H2SO4溶液V1 L与pH=12的NaOH溶液V2 L混合,若所得混合液呈中性,则V1∶V2= 。
5.(10分)近年研究发现As2O3(砒霜)在治疗白血病、恶性肿瘤等方面有特效。砷有两种常见的酸:砷酸(H3AsO4)、偏亚砷酸(HAsO2)。已知H3AsO4的pKa1、pKa2、pKa3依次为2.25、6.77、11.40(pKa=-lg Ka)。
回答下列问题:
(1)写出砷酸第二步的电离方程式: 。
(2)下列实验不能证明H3AsO4的酸性比HAsO2强的是 (填标号)。
A.常温下,测定0.01 mol·L-1 HAsO2溶液和0.01 mol·L-1 H3AsO4溶液的pH
B.常温下,测定0.1 mol·L-1 NaAsO2溶液和0.1 mol·L-1 Na3AsO4溶液的pH
C.常温下,分别用蒸馏水稀释pH=4的H3AsO4溶液、HAsO2溶液100倍,测定稀释后溶液的pH
D.常温下,比较体积均为10 mL,浓度均为0.01 mol·L-1 HAsO2溶液、H3AsO4溶液分别与质量相等且形状相同的锌粒反应
(3)常温下,加水稀释H3AsO4溶液,下列量会增大的是 (填标号)。
A.Kw B.pH C.c(AsO43-)c(H3AsO4) D.c(H+)·c(H2AsO4-)
(4)向10.00 mL 0.1 mol·L-1 H3AsO4溶液中滴加0.1 mol·L-1 NaOH溶液,加入NaOH溶液的体积为V时,c(H3AsO4)=c(H2AsO4-)。
①V (填“>”“1,说明CH3COOH溶液中c(H+)小于0.1 mol·L-1,故可知CH3COOH为弱酸
正确
④
盐酸与Mg反应,加入CH3COONa固体,反应速率减慢,说明溶液中c(H+)减小,则可知HCl与CH3COONa反应生成了弱酸,故可知CH3COOH为弱酸
正确
⑤
同浓度、同体积的CH3COOH溶液和盐酸分别与足量的活泼金属反应,消耗金属的量相同,不能说明CH3COOH是弱酸
不正确
⑥
常温下,pH之和为14的强酸与NaOH溶液中和后,溶液呈中性,而pH之和为14的弱酸与NaOH溶液中和后,溶液呈酸性
正确
⑦
水溶液中有水分子存在,则另一种分子必为醋酸分子,故可知醋酸不完全电离,则CH3COOH是弱酸
正确
⑧
常温下醋酸钠溶液的pH大于7,说明醋酸钠溶液呈碱性,故可知CH3COOH是弱酸
正确
2.B A项,加入少量冰醋酸,醋酸的电离平衡正向移动,但醋酸的电离程度减小,错误。B项,加水稀释促进醋酸的电离,醋酸的电离程度增大,正确。C项,加入少量氯化钠固体,对醋酸的电离平衡没有影响,错误。D项,加入少量醋酸钠固体,增大了醋酸根离子的浓度,醋酸的电离平衡左移,电离程度减小,错误。
3.A 由题图可知,稀释前ROH溶液的pH=13,稀释100倍时pH=11,故ROH为强碱;稀释前MOH溶液的pH=12,稀释100倍时pH=11,故MOH为弱碱。由ROHR++OH-、MOHM++OH-可知,在A点时,两种溶液中c(OH-)相等,由电荷守恒得c(M+)=c(R+),A项正确。稀释前,ROH溶液的物质的量浓度为0.1 mol/L,MOH溶液的物质的量浓度大于0.01 mol/L,则ROH溶液的物质的量浓度小于MOH溶液的物质的量浓度的10倍,B项错误。稀释前的ROH溶液与等体积pH=1的H2SO4溶液混合后恰好中和生成盐和水,溶液显中性,C项错误。MOH为弱碱,等体积、等浓度的MOH溶液与盐酸混合,反应生成强酸弱碱盐,水解使溶液显酸性,故c(H+)>c(OH-),D项错误。
4.10-7.3
【解析】 pH=7.3时,HSeO3-、SeO32-的摩尔分数相等,即c(HSeO3-)=c(SeO32-),则H2SeO3的Ka2=c(H+)·c(SeO32-)c(HSeO3-)=c(H+)=10-7.3。
5.B Ka2(H3PO4)=c(H+)·c(HPO42-)c(H2PO4-),题图中B点处
c(HPO42-)=c(H2PO4-),Ka2(H3PO4)=c(H+)≈1.0×10-7.2,数量级为10-8,A项正确。pH等于7时,溶液中主要存在的含磷元素的离子是H2PO4-和HPO42-,根据题图可以看出,c(H2PO4-)>c(HPO42-),B项错误。
Kh(HPO42-)=c(OH-)·c(H2PO4-)c(HPO42-)=c(H+)·c(OH-)·c(H2PO4-)c(H+)·c(HPO42-)=KwKa2(H3PO4)=1.0×10-141.0×10-7.2=1.0×10-6.8,数量级为10-7,C项正确。Na2HPO4溶液显碱性,是因为HPO42-的水解程度大于其电离程度,若向溶液中加入足量的CaCl2溶液,Ca2+与其电离产生的PO43-结合为磷酸钙沉淀,促进其电离,所以溶液显酸性,D项正确。
【基础巩固】
1.B 铵盐的不稳定性与NH3·H2O是弱电解质无关,A项错误;NH4Cl水解显酸性,说明是强酸弱碱盐,能说明NH3·H2O是弱电解质,B项正确;氨水
浓度极小时,其中OH-含量很少,与NH3·H2O是弱电解质无关,C项错误;0.1 mol·L-1的氨水能使无色酚酞试液变红,只能说明氨水显碱性,与NH3·H2O是弱电解质无关,D项错误。
2.A H2A的Ka1大于HB的Ka,说明H2A的电离程度比HB的电离程度大,故常温下,相同浓度溶液的pH:H2AHB>HA-,又知酸和盐反应遵循“强酸制弱酸”原理,故HB不能与NaHA溶液反应生成H2A,C项错误。酸性HB>HA-,根据“越弱越水解”知,A2-的水解程度大于B-的水解程度,故常温下,相同浓度溶液的碱性:Na2A>NaB,D项错误。
3.B 弱电解质电离平衡常数越大,电离程度越大,H2SO3的Ka1=1.29×10-2,而H2CO3的Ka1=4.4×10-7,所以常温下,相同浓度的H2SO3溶液的酸性强于H2CO3溶液的酸性,A项错误。由于H2SO3的Ka2小于H2CO3的Ka1,但大于其Ka2,所以向Na2CO3溶液中通入少量SO2,反应的离子方程式为2CO32-+SO2+H2O2HCO3-+SO32-,当SO2足量时,生成CO2和HSO3-,B项正确。由题给信息知Ka1(H2CO3)> Ka(HClO)>Ka2(H2CO3),所以向NaClO溶液中通入少量CO2,反应的离子方程式为ClO-+CO2+H2OHClO+HCO3-,C项错误。HClO不能与NaHCO3溶液反应,但HCl是强酸,能与NaHCO3溶液反应,使c(HCl)减小,促进平衡Cl2+H2OHCl+HClO正向移动,从而可提高HClO的浓度;HClO具有氧化性,NaHSO3具有还原性,二者能够发生氧化还原反应,所以加入NaHSO3溶液不能提高HClO的浓度, D项错误。
4.C 根据题图知,m点时pc(A-)c(HA)=0,即c(A-)c(HA)=1,m点溶液pH=4.76,即c(H+)=10-4.76 mol·L-1,
故Ka(HA)=c(H+)·c(A-)c(HA)=c(H+)=10-4.76=100.24×10-5≈1.74×10-5,
即Ka(HA)的数量级为10-5,A项错误;随着NaOH溶液的不断滴加,c(OH-)c(H+)逐渐增大,c(A-)·c(OH-)c(HA)=c(H+)·c(A-)c(HA)×c(OH-)c(H+)=Ka(HA)×c(OH-)c(H+),Ka(HA)不变,故c(A-)·c(OH-)c(HA)将变大,B项错误;m点所示溶液中存在电荷守恒c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(A-),则c(H+)=c(OH-)+c(A-)-c(Na+),又m点所示溶液中c(A-)=c(HA),故c(H+)=c(HA)+c(OH-)-c(Na+),C项正确;n点所示溶液呈酸性,根据电荷守恒c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(A-),得c(Na+)-c(A-)=c(OH-)-c(H+)c(H+),B项错误;升高温度,促进溶液①中NaA水解,c(OH-)增大,c(H+)减小,pH增大,C项错误;根据电荷守恒,溶液②中c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(B-),D项正确。
7.(1)C(1分) (2)Ka=c(CH3COO-)·c(H+)c(CH3COOH)(2分) (3)5×10-10(2分)
【解析】 (1)醋酸易溶于水,用水浸淋淀粉发酵产物可将产物中的醋酸提取出来,C项正确。(2)乙酸的电离方程式为CH3COOHCH3COO-+H+,Ka=c(CH3COO-)·c(H+)c(CH3COOH)。(3)根据CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-,则水解平衡常数Kh=c(CH3COOH)·c(OH-)c(CH3COO-)=KwKa=1×10-142×10-5=5×10-10。
8.碱性(1分) 1.3×10-3(2分)
【解析】 由Ka1(H2CO3)c(CH3NH3+)>c(H+)>c(OH-),B项错误。E点对应的溶液为NaCl溶液,呈中性,F点对应的溶液为CH3NH3Cl溶液,呈酸性,CH3NH3+水解促进水的电离,故F点对应溶液中水电离的c(H+)·c(OH-)大于水的离子积,C项错误。F点对应的溶液中酸碱恰好完全反应,溶液中溶质为CH3NH3Cl,浓度为0.01 mol·L-1,溶液中存在水解平衡CH3NH3++H2OCH3NH2·H2O+H+,Kh=KwKb=1.0×10-144.0×10-4=14×10-10。设0.01 mol·L-1 CH3NH3Cl溶液中c(H+)=x mol·L-1,有x20.01-x=14×10-10,x≈5×10-7,得溶液的pH≈6.3,D项正确。
3.A 由HAH++A-可知Ka(HA)=c(H+)·c(A-)c(HA),当pH=4.7时,c(HA)=c(A-),所以Ka(HA)=c(H+)=10-4.7=100.3×10-5≈2.00×10-5,数量级为10-5,A项正确;a点c(HA)>c(NaA),b点c(NaA)>c(HA),HA电离出的氢离子抑制水的电离,NaA水解促进水的电离,所以b点溶液中由水电离出的c(H+)大,B项错误;当pH=4.7时,c(HA)=c(A-)、c(OH-)
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