水溶液中的离子平衡综合应用.docx

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水溶液中的离子平衡综合应用

1．【2017新课标1卷】（14分）

Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利

用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：

（5）若“滤液②”中

，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使

恰好沉淀完全即溶液中

，此时是否有Mg3（PO4）2沉

淀生成？

（列式计算）。

FePO4、Mg3（PO4）2的Ksp分别为

。

【答案】（5）Fe3+恰好沉淀完全时，c（

）=

mol·L−1=1.3×10–17mol·L−1，c3（Mg2+）×c2（

）＝（0.01）3×（1.3×10–17）2=1.7×10–40＜Ksp，因此不会生成Mg3（PO4）2沉淀。

2．【2017新课标1卷】（14分）

近期发现，H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。

回答下列问题：

（1）下列事实中，不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是_________（填标号）。

A．氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应，而亚硫酸可以

B．氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸

C．0.10mol·L−1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1

D．氢硫酸的还原性强于亚硫酸

【答案】

（1）D

【解析】

（1）A．根据复分解反应的规律：

强酸+弱酸盐=强酸盐+弱酸，可知酸性H2SO3>H2CO3>H2S，A错误；B．亚硫酸、氢硫酸都是二元弱酸，由于溶液中离子浓度越大，溶液的导电性就越强，所以等浓度的亚硫酸的导电性比氢硫酸的强，可以证明酸性：

H2SO3>H2S，B错误；C．等浓度的二元弱酸，酸电离产生的c（H+）越大，溶液的酸性越强，则其pH就越小。

所以亚硫酸溶液的pH比等浓度的氢硫酸的小，可以证明酸性：

H2SO3>H2S，C错误；D．物质的还原性大小与微粒中元素的化合价及微粒结构有关，与其电离产生氢离子的浓度大小无关，因此不能证明二者的酸性强弱，D正确。

答案选D。

3．【2017天津卷】（14分）H2S和SO2会对环境和人体健康带来极大的危害，工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放，回答下列方法中的问题。

方法2：

用氨水除去SO2

（5）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2.0mol·L−1，溶液中的c（OH−）=_________________mol·L−1。

将SO2通入该氨水中，当c（OH−）降至1.0×10−7mol·L−1时，溶液中的c（

）/c（

）=___________________。

【答案】（5）6.0×10−30.62

4．【2016新课标1卷】

元素铬（Cr）在溶液中主要以Cr3+（蓝紫色）、Cr（OH）4−（绿色）、Cr2O72−（橙红色）、CrO42−（黄色）等形式存在，Cr（OH）3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：

（3）在化学分析中采用K2CrO4为指示剂，以AgNO3标准溶液滴定溶液中Cl−，利用Ag+与CrO42−生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。

当溶液中Cl−恰好沉淀完全（浓度等于1.0×10−5mol·L−1）时，溶液中c（Ag+）为_______mol

L−1，此时溶液中c（CrO42−）等于__________mol

L−1。

（已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0×10−12和2.0×10−10）。

【答案】（3）2.0×10-5；5×10-3；

【解析】（3）当溶液中Cl−完全沉淀时，即c（Cl-）=1.0×10−5mol·L−1，根据溶度积常数Ksp（AgCl）=2.0×10−10，可得溶液中c（Ag+）=Ksp（AgCl）÷c（Cl-）=2.0×10−10÷（1.0×10−5mol·L−1）=2.0×10-5mol·L−1；则此时溶液中c（CrO42−）=Ksp（Ag2CrO4）/c2（Ag+）=2.0×10−12÷（2.0×10-5mol·L−1）=5×10-3mol·L−1；

5．【2016新课标2卷】联氨（又称肼，N2H4，无色液体）是一种应用广泛的化工原料，可用作火箭燃料，回答下列问题：

（4）联氨为二元弱碱，在水中的电离方程式与氨相似，联氨第一步电离反应的平衡常数值为___________________（已知：

N2H4+H+

N2H5+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。

【答案】（4）8.7×10-7N2H6（HSO4）2

6．【2016上海卷】随着科学技术的发展和环保要求的不断提高，CO2的捕集利用技术成为研究的重点。

完成下列填空：

（

3）碳酸：

H2CO3，Ki1=4.3×10-7，Ki2=5.6×10-11

草酸：

H2C2O4，Ki1=5.9×10-2，Ki2=6.4×10-5

0.1mol/LNa2CO3溶液的pH_____0.1mol/LNa2C2O4溶液的pH。

（选填“大于”、“小于”或“等于”）

等浓度的草酸溶液和碳酸溶液中，氢离子浓度较大的是___________。

若将等浓度的草酸溶液和碳酸溶液等体积混合，溶液中各种离子浓度大小的顺序正确的是_____。

（选填编号）

a．＞＞＞

B．＞＞＞

c．＞＞＞

D．＞＞＞

（4）人体血液中的碳酸和碳酸氢盐存在平衡：

H++HCO3-

H2CO3，当有少量酸性或碱性物

质进入血液中时，血液的pH变化不大，用平衡移动原理解

释上述现象。

_____________

【答案】（3）大于；草酸；ac（4）当少量酸性物质进入血液中，平衡向右移动，使H+浓度变化较小，血液的pH基本不变；当少量碱性物质进入血液中，平衡向左移动，使H+浓度变化较小，血液的pH基本不变。

（合理即给分）

【解析】（3）根据电离常数可知草酸的酸性强于碳酸，则碳酸钠的水解程度大于草酸钠，所以0.1mol/LNa2CO3溶液的pH大于0.1mol/LNa2C2O4溶液的pH。

草酸的酸性强于碳酸，则等浓度草酸溶液和碳酸溶液中，氢离子浓度较大的是草酸。

a．草酸的两级电离常数均大于碳酸的，所以草酸的两级的电离程度均大于碳酸的，因此溶液中＞＞＞＞，a正确；b．根据a中分析可知b错误；c．根据a中分析可知c正确；d．根据a中分析可知d错误，答案选ac。

（4）根据平衡可知当少量酸性物质进入血液中，平衡向右移动，使H+浓度变化较小，血液中的pH基本不变；当少量碱性物质进入血液中，平衡向左移动，使H+浓度变化较小，血液的pH基本不变。

7．【2015北京卷】（14分）研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。

（1）溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO3-占95%，写出CO2溶于水产生HCO3-的方程式：

。

（2）在海洋循环中，通过下图所示的途径固碳。

①写出钙化作用的离子方程式：

。

②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O，用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：

+＝（CH2O）x+x18O2+xH2O

（3）海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础，测量溶解无机碳，可采用如下方法：

①气提、吸收CO2，用N2从酸化后的还说中吹出CO2并用碱液吸收（装置示意图如下），将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。

②滴定。

将吸收液洗后的无机碳转化为NaHCO3，再用xmol/LHCl溶液滴定，消耗ymlHCl溶液，海水中溶解无机碳的浓度=mol/L。

【答案】

（1）CO2+H2O

H2CO3，H2CO3

HCO3－+H+

（2）①Ca2++2HCO3－＝CaCO3↓+CO2+H2O②xCO22xH218O

（3）①

②xy/z

（3）①注意酸化的试剂要用硫酸，一定不能用盐酸，HCl会挥发出来影响后续的滴定。

②该滴定过程转化的关系式为：

CO2～HCO3－～HCl

11

n（CO2）xmol/L×y×10-3L

解得：

n（CO2）=xy×10-3mol所以：

c（CO2）=xy/zmol/L

8．【2015福建卷】（15分）研究硫元素及其化合物的性质具有重要意义。

（2）25℃，在0.10mol·L-1H2S溶液中，通入HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH，溶液pH与c（S2-）关系如图（忽略溶液体积的变化、H2S的挥发）。

①pH=13时，溶液中的c（H2S）+c（HS-）=mol·L-1.

②某溶液含0.020mol·L-1Mn2+、0.10mol·L-1H2S，当溶液pH=时，Mn2+开始沉淀。

（3）25℃，两种酸的电离平衡常数如右表。

Ka1

Ka2

H2SO3

1.3×10-2

6.3×10-4

H2CO3

4.2×10-7

5.6×10-11

①HSO3-的电离平衡常数表达式K=。

②0.10mol·L-1Na2SO3溶液中离子浓度由大到小的顺序为。

③H2SO3溶液和NaHCO3溶液反应的主要离子方程式为。

【答案】

（2）①0.043；②5。

（3）①

；②c（Na+）>c（SO32-）>c（OH-）>c（HSO3-）>c（H+）；

③H2SO3+HCO3-=HSO3-+CO2↑+H2O。

电离程度越大，电离平衡常数就越大。

所以根据表格数据可知H2SO3的二级电离平衡常数大于H2CO3的一级电离平衡常数，故H2SO3溶液和NaHCO3溶液反应的主要是复分解反应的规律：

强酸与弱酸的盐发生反应制取弱酸。

其离子方程式为H2SO3+HCO3-＝HSO3-+CO2↑+H2O。

【考点定位】考查元素原子结构示意图的书写、物质性质的化学方程式书写、盐的水解平衡、弱电解质电离平衡、沉淀溶解平衡的知识在离子浓度大小比较的应用。

9．【2015新课标1卷】（15分）碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。

回答下列问题：

（2）上述浓缩液中含有I-、Cl-等离子，取一定量的浓缩液，向其中滴加AgNO3溶液，当AgCl开始沉淀时，溶液中

为：

_____________，已知Ksp（AgCl）=1.8×10-10，Ksp（AgI）=8.5×10-17。

【答案】

（2）4.7×10-7；

10．【2015新课标2卷】（14分）酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉，MnO2，ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：

溶解度/（g/100g水）

化合物

Zn（OH）2

Fe（OH）2

Fe（OH

）3

Ksp近似值

10-17

10-17

10-39

回答下列问题：

（4）用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：

加稀硫酸和H2O2溶解，铁变为_____，加碱调节至pH为时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱调节至pH为_____时，锌开始沉淀（假定Zn2＋

浓度为0.1mol/L）。

若上述过程不加H2O2后果是，原因是。

【答案】（4）Fe3＋；2.7；6；Zn2＋和Fe2＋分离不开；Fe（OH）2和Zn（OH）2的Ksp相近

【解析】（4）双氧水具有强氧化性，能把铁氧化为铁离子，因此加入稀硫酸和双氧水，溶解后铁变为硫酸铁。

根据氢氧化铁的溶度积常数可知，当铁离子完全沉淀时溶

液中铁离子浓度为10—5mol/L，则溶液中氢氧根的浓度＝

，所以氢离子浓度

是2×10—3mol/L，pH＝2.7，因此加碱调节pH为2.7时铁刚好完全沉淀。

Zn2＋

浓度为0.1mol/L，根据氢氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为＝

＝10—8mol/L，氢离子浓度是10—6mol/L，pH＝6，即继续加碱调节pH为6时锌开始沉淀。

如果不加双氧水，则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁，由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的溶度积常数接近，因此在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀，导致生成的氢氧化锌不纯，无法分离开

Zn2＋和Fe2＋。

11．【2015浙江卷】Ⅰ．

（3）在AgCl沉淀中加入KBr溶液，白色沉淀转化为淡黄色沉淀，写出反应的离子方程式_____________。

【答案】Ⅰ．（3）AgCl+Br－＝AgBr+Cl－

【解析】（3）AgBr比AgCl更难溶，生成的淡黄色沉淀为了溴化银，离子方程式为AgCl+Br－＝AgBr+Cl－。

12．【2015天津卷】（14分）FeCl3具有净水

作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl3高效，且腐蚀性小。

请回答下列问题：

（1）FeCl3净水的原理是。

FeCl3溶液腐蚀钢铁设备，除H＋作用外，另一主要原因是（用离子方程式表示）。

（2）为节约成本，工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3。

①若酸性FeCl2废液中c（Fe2＋）＝2.0×10-2mol·L-1,c（Fe3＋）＝1.0×10-3mol·L-1,c（Cl－）＝5.3×10-2mol·L-1，则该溶液的pH约为。

【答案】

（1）Fe3+水解生成的Fe（OH）3胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质；2Fe3++Fe=3Fe2+

（2）①2

13．【2015上海卷】

（5）室温下，0.1mol/LNaClO溶液的pH0.1mol/LNa2SO3溶液的pH（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为。

已知：

H2S

O3Ki1=1.54×10-2Ki2=1.02×10-7

HClOKi1=2.95×10-8

H2CO3Ki1=

4.3×10-7Ki2=5.6×10-11

【答案】（5）大于；SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–。

14．【2015山东卷】（19分）毒重石的主要成分BaCO3（含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下:

（2）

Ca2+

Mg2+

Fe3+

开始沉淀时的pH

11.9

9.1

1.9

完全沉淀时的pH

13.9

11.1

3.2

加入NH3·H2O调节pH=8可除去（填离子符号

），滤渣Ⅱ中含

（填化学式）。

加入H2C2O4时应避免过量，原因是。

已知：

Ksp（BaC2O4）=1.6×10-7，Ksp（CaC2O4）=2.3×10-9

【答案】

（2）Fe3+；Mg（OH）2、Ca（OH）2；H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品的产量减少。

【解析】

（2）根据流程图和表中数据，加入NH3•H2O调pH为8，只有Fe3+完全沉淀，故可除去Fe3+；加入NaOH调pH=12.5，Mg2+也完全沉淀，Ca2+部分沉淀，所以滤渣Ⅱ中含Mg（OH）2、Ca（OH）2；根据Ksp（BaC2O4）=1.6×10-7，H2C2O4过量时Ba2+转化为BaC2O4沉淀，BaCl2·2H2O产品的产量减少。

15．【2015江苏卷】（12分）软锰矿（主要成分MnO2，杂质金属元素Fe、Al、Mg等）的水悬浊液与烟气中SO2反应可制备MnSO4·H2O，反应的化学方程式为：

MnO2＋SO2=MnSO4

（2）已知：

Ksp=1×10－33，Ksp=3×10－39，pH=7．1时Mn（OH）2开始沉淀。

室温下，除去MnSO4溶液中的Fe3＋、Al3＋（使其浓度小于1×10－6mol·L－1），需调节溶液pH范围为________。

【答案】

（2）5.0

【解析】

（2）制备MnSO4，再根据信息，pH小于7．1，氢氧化铝完全变成沉淀时的pH：

Ksp=1×

10－33=c（Al3＋）×c3（OH－），c（Al3＋）=1×10－6mol·L－1，得出：

c（OH－）=1×10－9mol·L－1，

c（H＋）=Kw/c（OH－）=10－5，pH=5，同理计算出Fe（OH）3完全变成沉淀时，pH约为3．5，故范围是：

5.0

16．【2015江苏卷】

（4）CaSO3水悬浮液中加入Na2SO4溶液，达到平衡后溶液中c（SO32－）=________；CaSO3水悬浮液中加入Na2SO4溶液能提高NO2的吸收速率，其主要原因是_________。

【答案】（4）Ksp（CaSO3）×c（SO42－）/Ksp（CaSO4），CaSO3转化为CaSO4使溶液中SO32－的浓度增大，加快SO32－与NO2的反应速率。

17．【2015海南卷】（9分）银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等领域亦有广泛应用。

回答下列问题。

（2）已知Ksp（AgCl）=1．8×10-10,若向50mL0．018mol·L-1的AgNO3溶液中加入50mL0．020mol·L-1的盐酸，混合后溶液中的Ag+的浓度为mol·L-1，pH为。

【答案】

（2）1.8×10-7mol/L；2

【解析】

（2）根据反应中HCl和硝酸银的物质的量可知HCl过量，则计算剩余的氯离子的物质的量浓度为（0.02-0.018）mol/L/2=0.001mol/L，根据AgCl的溶度积的表达式计算即可；因为该反应中氢离子未参加反应，所以溶液的体积变为100mL时，氢离子的浓度为0.01mol/L，则pH=2。

18．【2015海南卷】（8分）氨是合成硝酸、铵盐和氮肥的基本原料，回答下列问题：

（1）氨的水溶液显弱碱性，其原因为（用离子方程式表示），0．1mol·L-1的氨水中加入少量的NH4Cl固体，溶液的PH（填“升高”或“降低”）；若加入少量的明矾，溶液中的NH4+的浓度（填“增大”或“减小”）。

【答案】

（1）NH3·H2O

NH4++OH-减小；