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(一)溶液中粒子濃度關(guān)系
1.單一溶液
(1)Na2S溶液
水解方程式:________________________________________________________________;
離子濃度大小關(guān)系:__________________________________________________________;
電荷守恒:__________________________________________________________________;
元素質(zhì)量守恒:______________________________________________________________;
質(zhì)子守恒:__________________________________________________________________。
答案 S2-+H2OHS-+OH-、HS-+H2OH2S+OH-
c(Na+)>c(S2-)>c(OH-)>c(HS-)>c(H+)
c(Na+)+c(H+)=2c(S2-)+c(HS-)+c(OH-)
c(Na+)=2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)]
c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+2c(H2S)
(2)NaHS溶液
水解方程式:_______________________________________________________________;
離子濃度大小關(guān)系:_________________________________________________________;
電荷守恒:_________________________________________________________________;
元素質(zhì)量守恒:_____________________________________________________________;
質(zhì)子守恒:_________________________________________________________________。
答案 HS-+H2OH2S+OH-
c(Na+)>c(HS-)>c(OH-)>c(H+)>c(S2-)
c(Na+)+c(H+)=c(HS-)+2c(S2-)+c(OH-)
c(Na+)=c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)
c(OH-)=c(H+)+c(H2S)-c(S2-)
解析 NaHS既能發(fā)生水解又能發(fā)生電離,水溶液呈堿性:
HS-+H2OH2S+OH-(主要);
HS-H++S2-(次要)。
2.混合溶液
(1)1∶1的CH3COOH、CH3COONa溶液
水解方程式:_______________________________________________________________;
離子濃度大小關(guān)系:_________________________________________________________;
電荷守恒:_________________________________________________________________;
元素質(zhì)量守恒:_____________________________________________________________;
質(zhì)子守恒:_________________________________________________________________。
答案 CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-
c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)
c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
2c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)
c(CH3COO-)+2c(OH-)=c(CH3COOH)+2c(H+)
解析 CH3COOHCH3COO-+H+(主要),CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-(次要),水溶液呈酸性。
(2)CH3COOH、CH3COONa混合呈中性溶液
離子濃度大小關(guān)系:________________________________________________________;
電荷守恒:________________________________________________________________;
元素質(zhì)量守恒:____________________________________________________________。
答案 c(CH3COO-)=c(Na+)>c(H+)=c(OH-)
c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
c(Na+)=c(CH3COO-)
解析 CH3COOHCH3COO-+H+
CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-
若溶液呈中性,則電離和水解相互抵消。
(3)常溫下pH=2的CH3COOH與pH=12的NaOH等體積混合的溶液
離子濃度大小關(guān)系:________________________________________________________;
電荷守恒:________________________________________________________________。
答案 c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-) c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
解析 由于CH3COOH是弱酸,所以當(dāng)完全反應(yīng)后,CH3COOH仍過(guò)量許多,溶液呈酸性。
(二)滴定曲線的分析與應(yīng)用
1.巧抓“四點(diǎn)”,突破溶液中的粒子濃度關(guān)系
(1)抓反應(yīng)“一半”點(diǎn),判斷是什么溶質(zhì)的等量混合。
(2)抓“恰好”反應(yīng)點(diǎn),生成的溶質(zhì)是什么?判斷溶液的酸堿性。
(3)抓溶液的“中性”點(diǎn),生成什么溶質(zhì),哪種物質(zhì)過(guò)量或不足。
(4)抓反應(yīng)的“過(guò)量”點(diǎn),溶液中的溶質(zhì)是什么?判斷哪種物質(zhì)過(guò)量。
實(shí)例分析:向CH3COOH溶液中逐滴加入NaOH溶液,溶液pH與加入NaOH溶液的關(guān)系如圖所示:
(注:a點(diǎn)為反應(yīng)一半點(diǎn),b點(diǎn)呈中性,c點(diǎn)恰好完全反應(yīng),d點(diǎn)NaOH過(guò)量一倍)
分析:
a點(diǎn),溶質(zhì)為CH3COONa、CH3COOH,
離子濃度關(guān)系:c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-);
b點(diǎn),溶質(zhì)為CH3COONa、CH3COOH,
離子濃度關(guān)系:c(CH3COO-)=c(Na+)>c(H+)=c(OH-);
c點(diǎn),溶質(zhì)為CH3COONa,
離子濃度關(guān)系:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+);
d點(diǎn),溶質(zhì)為CH3COONa、NaOH,
離子濃度關(guān)系:c(Na+)>c(OH-)>c(CH3COO-)>c(H+)。
2.滴定曲線圖像中“交叉點(diǎn)”的分析與應(yīng)用
[實(shí)例1]
T ℃時(shí),向某濃度的草酸溶液中逐滴加入一定濃度的NaOH溶液,所得溶液中三種微粒H2C2O4、HC2O、C2O的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(δ)與pH的關(guān)系如圖所示:
回答下列問(wèn)題:
(1)寫(xiě)出H2C2O4的電離方程式及電離平衡常數(shù)表達(dá)式:
①H2C2O4H++HC2O,
Ka1=;
②HC2OH++C2O,
Ka2=。
(2)根據(jù)A點(diǎn),得Ka1=10-1.2,根據(jù)B點(diǎn),得Ka2=10-4.2。
(3)在pH=2.7的溶液中,=________。
答案 1 000
解析?。剑剑? 000。
(4)0.1 mol·L-1的NaHC2O4溶液呈______(填“酸”“堿”或“中”)性,其離子濃度從大到小的順序?yàn)開(kāi)_________________________________________________________________。
答案 酸 c(Na+)>c(HC2O)>c(H+)>c(C2O)>c(OH-)
解析 HC2O+H2OH2C2O4+OH-
Kh(HC2O)===10-(14-1.2)?Ka2
所以HC2O的電離程度大于其水解程度。
(注:也可以根據(jù)圖像觀察)
[實(shí)例2]
25 ℃時(shí),向某濃度的H3PO4溶液中逐滴加入一定濃度的NaOH溶液,所得溶液中四種微粒H3PO4、H2PO、HPO、PO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(δ)與pH的關(guān)系如圖所示:
回答下列問(wèn)題:
(1)δ0、δ1、δ2、δ3分別代表的微粒是_________________、______________、______________、________________________________________。
(2)寫(xiě)出pH由1到14依次發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:___________________________、
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________。
(3)Ka1=____________,Ka2=____________,Ka3=______________。
(4)常溫下,試判斷①0.1 mol·L-1NaH2PO4;
②0.1 mol·L-1Na2HPO4的酸堿性。
①________;②________。
答案 (1)H3PO4 H2PO HPO PO
(2)H3PO4+OH-===H2PO+H2O
H2PO+OH-===HPO+H2O
HPO+OH-===PO+H2O
(3)10-2 10-7.1 10-12.2 (4)①酸性?、趬A性
解析 (4)①Kh(H2PO)===10-12<10-7.1,溶液呈酸性。②Kh(HPO)===10-6.9>10-12.2,溶液呈堿性。
3.滴定直線圖像的分析與應(yīng)用
常溫下,向二元弱酸H2Y溶液中滴加NaOH溶液,所得混合溶液的pH與離子濃度變化的關(guān)系如圖所示:
回答下列問(wèn)題:
(1)向二元弱酸H2Y中滴加NaOH溶液,依次反應(yīng)的離子方程式為H2Y+OH-===H2O+HY-、HY-+OH-===H2O+Y2-。
(2)開(kāi)始隨著NaOH溶液的滴加,lg 增大(填“增大”或“減小”,下同),lg 減小。
(3)Ka2(H2Y)=________。
答案 10-4.3
解析 Ka2(H2Y)=,
當(dāng)c(H+)=10-3時(shí),=10-1.3,
所以Ka2(H2Y)=10-4.3。
(4)在交叉點(diǎn)“e”,c(H2Y)________(填“>”“<”或“=”)c(Y2-)。
答案 =
解析 在“e”點(diǎn),lg =lg ,所以=,所以c(H2Y)=c(Y2-)。
4.沉淀溶解平衡曲線
(1)“曲線”溶解平衡圖像的分析
常溫下,CaSO4(Ksp=9.1×10-6)在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示。
①a、c點(diǎn)在曲線上,a→c的變化為增大c(SO),如加入Na2SO4固體,但Ksp不變;
②b點(diǎn)在曲線的上方,Q>Ksp,將會(huì)有沉淀生成;
③d點(diǎn)在曲線的下方,QKsp(BaSO4),所以離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)的值:BaCO3 Ka1,所以[As(OH)2T]-的酸性比As(OH)3的強(qiáng),B正確;由圖可知As(OH)3的濃度為左坐標(biāo),濃度的數(shù)量級(jí)為10-3mol·L-1,[As(OH)2T]-的濃度為右坐標(biāo),濃度的數(shù)量級(jí)為10-6mol·L-1,所以pH=3.1時(shí),As(OH)3的濃度比[As(OH)2T]-的高,C正確;由已知條件,酒石酸(H2T,lgKa1=-3.04,lgKa2=-4.37),As(OH)3的lgKa1為-9.1,即酒石酸的第一步電離常數(shù)遠(yuǎn)大于亞砷酸的第一步電離常數(shù),所以酒石酸的酸性遠(yuǎn)強(qiáng)于As(OH)3,另外總As的濃度也小于總T的濃度,所以當(dāng)pH=7.0時(shí),溶液中濃度最高的物種不是As(OH)3,D錯(cuò)誤。
2.(2022·遼寧,15)甘氨酸(NH2CH2COOH)是人體必需氨基酸之一。在25 ℃時(shí),NHCH2COOH、NHCH2COO-和NH2CH2COO-的分布分?jǐn)?shù)[如δ(A2-)=]與溶液pH關(guān)系如圖。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.甘氨酸具有兩性
B.曲線c代表NH2CH2COO-
C.NHCH2COO-+H2ONHCH2COOH+OH-的平衡常數(shù)K=10-11.65
D.c2(NHCH2COO-)c(Br-)>c(I-)>c(Ag+)
答案 C
解析 向含濃度相等的Cl-、Br-和I-混合溶液中滴加硝酸銀溶液,根據(jù)三種沉淀的溶度積常數(shù),三種離子沉淀的先后順序?yàn)镮-、Br-、Cl-,根據(jù)滴定圖示,當(dāng)?shù)稳?.50 mL硝酸銀溶液時(shí),Cl-恰好沉淀完全,此時(shí)共消耗硝酸銀的物質(zhì)的量為4.50×10-3 L×0.100 mol·L-1=4.5×10-4 mol,所以Cl-、Br-和I-均為1.5×10-4 mol。I-先沉淀,AgI是黃色的,所以a點(diǎn)有黃色沉淀AgI生成,故A錯(cuò)誤;原溶液中I-的物質(zhì)的量為1.5×10-4 mol,則I-的濃度為=0.010 0 mol·L-1,故B錯(cuò)誤;當(dāng)Br-沉淀完全時(shí)(Br-濃度為1.0×10-5 mol·L-1),溶液中的c(Ag+)== mol·L-1=5.4×10-8 mol·L-1,若Cl-已經(jīng)開(kāi)始沉淀,則此時(shí)溶液中的c(Cl-)== mol·L-1≈3.3×10-3 mol·L-1,原溶液中的c(Cl-)=c(I-)=0.010 0 mol·L-1,則已經(jīng)有部分Cl-沉淀,故C正確;b點(diǎn)加入了過(guò)量的硝酸銀溶液,Ag+濃度最大,則b點(diǎn)各離子濃度為c(Ag+)>c(Cl-)>c(Br-)>c(I-),故D錯(cuò)誤。
6.(2021·山東,15改編)賴(lài)氨酸[H3N+(CH2)4CH(NH2)COO-,用HR表示]是人體必需氨基酸,其鹽酸鹽(H3RCl2)在水溶液中存在如下平衡:H3R2+H2R+HRR-。向一定濃度的H3RCl2溶液中滴加NaOH溶液,溶液中H3R2+、H2R+、HR和R-的分布系數(shù)δ(X)隨pH變化如圖所示。已知δ(X)=,下列表述正確的是( )
A.>
B.M點(diǎn),c(Cl-) +c(OH-)+c(R-)=2c(H2R+)+c(Na+)+c(H+)
C.O點(diǎn),pH=
D.P點(diǎn),c(Na+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
答案 D
解析 M點(diǎn)c(H3R2+)=c(H2R+),由此可知K1≈10-2.2,同理K2≈10-9.1,K3≈10-10.8,==10-6.9,==10-1.7,因此c(H+),溶質(zhì)濃度大于水解和電離所產(chǎn)生的微粒濃度,因此c(Na+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+),故D正確。
考向一 滴定曲線的分析應(yīng)用
1.(2022·唐山高三下學(xué)期第一次模擬)25 ℃時(shí),某混合溶液中c(HCOO-)+c(HCOOH)=0.1 mol·
L-1,lg c(HCOOH)、lg c(HCOO-)、lg c(H+)和lg c(OH-)隨pH變化的關(guān)系如圖所示。Ka為HCOOH的電離常數(shù),下列說(shuō)法正確的是( )
A.M點(diǎn)時(shí),c(H+)=c(HCOOH)
B.O點(diǎn)時(shí),pH=-lg Ka
C.該體系中,c(HCOOH)= mol·L-1
D.pH由7到14的變化過(guò)程中,水的電離程度始終增大
答案 C
解析 隨pH增大,c(H+)減小,c(OH-)增大,直線MO表示lg c(H+)隨pH變化,直線OP表示lg c(OH-)隨pH變化;隨pH增大,c(HCOO-)增大,c(HCOOH)減小,曲線MN表示lg c(HCOO-)隨pH變化,曲線NP表示lg c(HCOOH)隨pH變化,所以M點(diǎn)時(shí),c(H+)=c(HCOO-),故A項(xiàng)錯(cuò)誤;Ka=,O點(diǎn)時(shí),c(HCOO-)≠c(HCOOH),所以pH≠-lg Ka,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;該體系中,c(HCOO-)+c(HCOOH)=0.1 mol·L-1,Ka=c(HCOO-)·=·c(H+),所以c(HCOOH)= mol·L-1,故C項(xiàng)正確;pH由7到14的變化過(guò)程中,水的電離程度先增大后減小,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.(2022·山東淄博高三下學(xué)期第一次模擬)溶液中各含氮(含碳)微粒的分布分?jǐn)?shù)δ是指某含氮(或碳)微粒的濃度占各含氮(或碳)微粒濃度之和的分?jǐn)?shù)。25 ℃時(shí),向0.1 mol·L-1的NH4HCO3溶液(pH=7.8)中滴加適量的鹽酸或NaOH溶液,溶液中含氮(或碳)各微粒的分布分?jǐn)?shù)δ與pH的關(guān)系如圖所示(不考慮溶液中的CO2和NH3分子)。下列說(shuō)法正確的是( )
A.Kb(NH3·H2O)<Ka1(H2CO3)
B.n點(diǎn)時(shí),溶液中3c(HCO)+c(OH-)=c(NH)+c(H+)
C.m點(diǎn)時(shí),c(NH3·H2O)>c(HCO)
D.反應(yīng)HCO+NH3·H2ONH+CO+H2O的平衡常數(shù)為K,lg K=0.9
答案 C
解析 由圖可知,pH為6.4時(shí),溶液中c(HCO)=c(H2CO3),則電離常數(shù)Ka1(H2CO3)==10-6.4,pH為9.3時(shí),溶液中c(NH)=c(NH3·H2O),則電離常數(shù)Kb(NH3·H2O)==10-4.7,pH為10.2時(shí),溶液中c(HCO)=c(CO),則電離常數(shù)Ka2(H2CO3)==10-10.2。由分析可知,Kb(NH3·H2O)>Ka1(H2CO3),故A項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖可知,n點(diǎn)時(shí),加入氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到的溶液中含有鈉離子、銨根離子、碳酸根離子、碳酸氫根離子和一水合氨,溶液中c(HCO)=c(CO),由溶液中的電荷守恒2c(CO)+c(HCO)+c(OH-)=c(NH)+c(H+)+c(Na+)可得3c(HCO)+c(OH-)=c(NH)+c(H+)+c(Na+),故B項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖可知,m點(diǎn)時(shí),溶液中c(NH3·H2O)>c(HCO),故C項(xiàng)正確;由方程式可知,反應(yīng)平衡常數(shù)K==××===10-0.9,則lg K=-0.9,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
考向二 沉淀溶解平衡曲線的分析應(yīng)用
3.(2022·四川德陽(yáng)高三下學(xué)期第二次監(jiān)測(cè)考試)常溫時(shí),溶液中Fe3+、Cu2+、Fe2+、Mg2+的濃度與pH的關(guān)系如圖所示(某離子的濃度小于1.0×10-5 mol·L-1時(shí),視為沉淀完全)。下列說(shuō)法正確的是( )
A.a(chǎn)點(diǎn)可表示Cu(OH)2的飽和溶液
B.常溫時(shí),Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-17
C.b點(diǎn)表示的Mg(OH)2溶液中,2c(Mg2+)+c(H+)=c(OH-)
D.向1 mL Mg(OH)2飽和溶液中加入2滴0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,無(wú)紅褐色沉淀生成
答案 B
解析 由圖可知,溶液pH相同時(shí),a點(diǎn)銅離子濃度小于平衡時(shí)銅離子濃度,離子積Q<Ksp[Cu(OH)2],則a點(diǎn)可表示氫氧化銅的不飽和溶液,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖可知,溶液pH為8時(shí),氫氧化亞鐵飽和溶液中亞鐵離子的濃度為10-5 mol·L-1,則常溫時(shí),Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)·
c2(OH-)=1.0×10-5×(1.0×10-6)2=1.0×10-17,故B項(xiàng)正確;由圖可知,b點(diǎn)表示的氫氧化鎂溶液中還存在可溶性鹽,則2c(Mg2+)+c(H+)=c(OH-)不能表示溶液中的電荷守恒關(guān)系,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖可知,溶液pH為3時(shí),氫氧化鐵飽和溶液中鐵離子濃度為10-5 mol·L-1,則常溫時(shí),Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=1.0×10-5×(1.0×10-11)3=1.0×10-38,溶液pH為10時(shí),氫氧化鎂飽和溶液中鎂離子濃度為10-4 mol·L-1,則常溫時(shí),Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·
c2(OH-)=1.0×10-4×(1.0×10-4)2=1.0×10-12,Ksp[Fe(OH)3]<Ksp[Mg(OH)2],向1 mL氫氧化鎂飽和溶液中加入2滴0.1 mol·L-1氯化鐵溶液,會(huì)有紅褐色沉淀氫氧化鐵生成,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4.(2022·河南周口文昌中學(xué)理綜考試)某溫度下,向體積均為20.00 mL、濃度均為0.1 mol·L-1的NaCl溶液、Na2CrO4溶液中分別滴加0.1 mol·L-1的AgNO3溶液,滴定過(guò)程中的pX(pX=-lg X,X=Cl-、CrO)與滴加AgNO3溶液體積的關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是( )
A.曲線 Ⅱ 表示AgNO3溶液滴定NaCl溶液的過(guò)程
B.Ksp(Ag2CrO4)=10-2b
C.其他條件不變,如果NaCl溶液的濃度改為0.05 mol·L-1,則滴定終點(diǎn)向上移動(dòng)
D.若a=5,b=4,則用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)液滴定NaCl時(shí)可用K2CrO4溶液做指示劑
答案 D
解析 由圖可知,pX=a或b時(shí)反應(yīng)完全,并且二者的起始濃度、體積均相同,即二者溶質(zhì)的起始物質(zhì)的量相同,反應(yīng)為NaCl+AgNO3===AgCl↓+NaNO3、Na2CrO4+2AgNO3===Ag2CrO4↓+2NaNO3,完全反應(yīng)時(shí)Na2CrO4消耗AgNO3溶液的體積是NaCl的2倍,所以曲線 Ⅰ 表示滴定NaCl溶液、曲線 Ⅱ 表示滴定Na2CrO4溶液,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;曲線Ⅱ表示滴定Na2CrO4溶液,達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)pX=b,即c(CrO)=10-b mol·L-1,Ag2CrO4(s)2Ag+(aq)+CrO(aq),則c(Ag+)=2c(CrO)=2.0×10-b mol·L-1,Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO)=(2.0×10-b)2×10-b=4.0×10-3b,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;溫度不變,氯化銀的溶度積不變,若將NaCl溶液的濃度改為0.05 mol·L-1,需要的硝酸銀溶液的體積變成原來(lái)的一半,因此滴定終點(diǎn)會(huì)向左平移,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;由數(shù)據(jù)可得出,Ksp(AgCl)=10-10,Ksp(Ag2CrO4)=4×10-12,當(dāng)溶液中同時(shí)存在Cl-和CrO時(shí),Cl-沉淀需要的Ag+少,先沉淀,用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定NaCl時(shí),可用K2CrO4溶液做指示劑,滴定至終點(diǎn)時(shí),會(huì)生成磚紅色的Ag2CrO4,D選項(xiàng)正確。
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