2024届高考化学一轮复习课件 第八章 水溶液中的离子反应与平衡 热点强化练13 四大平衡常数的综合应用集训

热点强化练13　四大平衡常数的综合应用集训

1.(2022·江苏南通模拟)已知室温下Ka1(H2S)=10-7,Ka2(H2S)=10-12.9。通过下列实验探究含硫化合物的性质。

实验1:测得0.1 mol·L-1H2S溶液pH=4.1

实验2:向10 mL 0.1 mol·L-1NaHS溶液中加入5 mL水,测得溶液的pH不断减小

实验3:向实验2所得溶液中滴加10 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液,测得反应后溶液pH=12

实验4:向实验3所得溶液中滴加几滴 0.1 mol·L-1 MnSO4溶液,产生粉色沉淀,再加几滴 0.1 mol·L-1 CuSO4溶液,产生黑色沉淀

下列说法正确的是(　A　)

A.由实验1可知:0.1 mol·L-1H2S溶液中c(S2-)<c(OH-)

B.由实验2可知:加水过程中,逐渐变小

C.实验3所得溶液中存在:c(H2S)+c(HS-)+c(H+)=c(OH-)

D.由实验4可知:Ksp(MnS)>Ksp(CuS)

解析:0.1 mol·L-1 H2S溶液pH=4.1,即c(H+)=10-4.1 mol·L-1,Ka1(H2S)= =10-7,则=10-7,c(HS-)=10-3.9 mol·L-1,Ka2(H2S)= =10-12.9,则=10-12.9,c(S2-)=10-12.7 mol·L-1,pH=4.1,则 c(OH-)=10-9.9 mol·L-1,c(S2-)<c(OH-),故A正确;Ka2(H2S)= =10-12.9,加水过程中,测得溶液的pH不断减小,即c(H+)越来越大,则越来越小,即越来越大,故B错误;向10 mL 0.1 mol·L-1NaHS溶液中加入 5 mL 水,再滴加10 mL 0.1 mol·L-1NaOH溶液,根据NaHS+NaOHNa2S+H2O,可知它们恰好反应,根据质子守恒知,Na2S溶液中存在 2c(H2S)+c(HS-)+c(H+)=c(OH-),故C错误;向实验3所得Na2S溶液中,滴入几滴 0.1 mol·L-1 MnSO4溶液,虽然产生粉色MnS沉淀,但S2-并没有沉淀完全,所以再滴入几滴 0.1 mol·L-1 CuSO4溶液,又产生黑色CuS沉淀,并不能说明存在沉淀转化,即不能说明 Ksp(MnS)>Ksp(CuS),故D错误。

2.Na2S2O5(焦亚硫酸钠)具有较强的还原性,25 ℃时,将0.5 mol Na2S2O5溶于水配成1 L溶液,溶液中部分微粒浓度随溶液酸碱性变化如图所示。已知:Ksp(BaSO4)=1.0×10-10,Ksp(BaSO3)=5.0×10-7。下列说法正确的是(　D　)

A.Na2S2O5水溶液pH=4.5是S2水解导致的

B.由图像可知,25 ℃时,HS的水解平衡常数约为10-7

C.向溶液中加入碱性物质使溶液pH升高的过程中,一定存在如下关系:c(Na+)+c(H+)=c(HS)+2c(S)+c(OH-)

D.将部分被空气氧化的该溶液的pH调为10,向溶液中滴加BaCl2溶液使S沉淀完全[c(S)≤1.0×10-5 mol·L-1],此时溶液中c(S)≤0.05 mol·L-1

解析:S2水解应该显碱性,据图可知,pH=4.5时,溶液中主要存在HS,所以溶液显酸性,A错误;HS的水解平衡常数表达式为,由图像可知,HS和H2SO3浓度相等时pH=2,则25 ℃时,HS的水解平衡常数约为10-12,B错误;溶液中还存在S2,c(Na+)+c(H+)=c(HS)+2c(S)+c(OH-)不能满足电荷守恒,C错误;根据硫酸钡的溶度积常数可知此时溶液中钡离子浓度是 mol·L-1=1.0×10-5 mol·L-1,则溶液中S的最大浓度为 mol·L-1=0.05 mol·L-1,D正确。

3.(2022·安徽合肥三模)常温下,保持某含少量 CaCO3 浊液的水体中H2CO3与空气中CO2的平衡,调节水体pH,水体中-lg[c(X)]与pH的关系如图所示(其中X为H2CO3、HC、C或Ca2+)。下列说法错误的是(　D　)

A.曲线Ⅱ表示-lg[c(C)]与pH的关系

B.该温度下,H2CO3的电离常数Ka1的数量级为10-7

C.a点的水体中:c(Ca2+)>c(HC)>c(C)

D.向水体中加入适量Ca(OH)2固体,可使溶液由b点变到c点

解析:根据图像分析,随着pH的增大,溶液的碱性增强,HC、C的浓度都逐渐增大,-lg[c(X)]均减小,随着C浓度增大,逐渐生成CaCO3沉淀,溶液中Ca2+浓度逐渐减小,-lg[c(X)]逐渐增大,由于碳酸分步电离,第一步电离产生HC,第二步电离时产生C,且以第一步电离为主,则起始时的浓度大于C的,因此曲线Ⅲ表示-lg[c(Ca2+)]与pH的关系,曲线Ⅱ表示 -lg[c(C)]与pH的关系,曲线Ⅰ表示 -lg[c(HC)] 与pH的关系,A正确;由图可知,a点时 c(HC)=c(H2CO3),此时H2CO3的电离常数Ka1==10-6.2,数量级为10-7,B正确;曲线Ⅲ表示 -lg[c(Ca2+)]与pH的关系,曲线Ⅱ表示 -lg[c(C)]与pH的关系,曲线Ⅰ表示 -lg[c(HC)]与pH的关系,经过a点作一条垂直于pH轴的直线,曲线Ⅱ在最上面,曲线Ⅲ在最下面,因此a点的水体中c(Ca2+)>c(HC)>c(C),C正确;Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(C),向水体中加入适量Ca(OH)2固体,c()、c()减小,c(Ca2+)增大,不能使溶液由b点变到c点,D错误。

4.(不定项)(2022·山东潍坊一模) ROH是一元弱碱,难溶盐RA、RB的两饱和溶液中c(A-)或c(B-)随c(OH-)而变化,A-和B-不发生水解。实验发现,298 K时c2(A-)与c(OH-)、c2(B-)与c(OH-)的关系如图所示,甲表示c2(A-)与c(OH-)的关系。下列叙述错误的是(　CD　)

A.RA饱和溶液pH=6时,c(A-)<2×10-5mol/L

B.RB的溶度积Ksp(RB)为5×10-11

C.ROH的电离平衡常数Kb(ROH)为2×10-6

D.RB饱和溶液中pH=7时,c(R+)+c(H+)=c(B-)+c(OH-)

解析:RA饱和溶液pH=6时,c(H+)=10-6 mol/L,c(OH-)=1×10-8 mol/L,据图可知此时c2(A-)=30×10-11(mol/L)2,所以c(A-)=×10-5 mol/L<2×10-5 mol/L,A正确;RB的饱和溶液中存在平衡RBR++B-、R++H2OROH+H+,溶液酸性越强,R-的水解程度越弱,c(R+)和c(B-)的大小越接近,据图可知当 c(OH-)接近0时(酸性强),c2(B-)=5×10-11(mol/L)2,此时c(R+)=c(B-),Ksp(RB)=c(R+)·c(B-)=c2(B-)=5×10-11,B正确;RB溶液中存在物料守恒c(R+)+c(ROH)=c(B-),Kb(ROH)=,若调节pH使碱性增强时加入的碱不是ROH,则c(R+)=c(ROH)时,满足c(R+)=c(ROH)=c(B-),Ksp(RB)=c(R+)·c(B-)=c(B-)·c(B-)=5×10-11,所以此时c2(B-)=10×10-11,据图可知此时c(OH-)=2×10-8mol/L,即Kb(ROH)=2×10-8,C错误;RB饱和溶液中若不加入其他物质,由于R+的水解,溶液会显酸性,所以pH=7时需要加入碱,若加入的碱不是ROH,则溶液中还有其他阳离子,此时根据电荷守恒可知c(R+)+c(H+)≠c(B-)+c(OH-),D错误。

5.(不定项)(2022·河南郑州模拟)HA是一元弱酸,微溶性盐MA2的饱和溶液中c(M2+)随c(H+)而变化,M2+不发生水解。定义如下关系:pM=-lg c(M2+),δ(A-)=。25 ℃时,实验测得pM与δ(A-)的关系如图所示。其中D点对应的pH=5.0。已知lg 2≈0.3,则下列说法正确的是(　B　)

A.D点存在2c(M2+)=3c(HA)

B.E点的pH≈5.6

C.25 ℃时,Ksp(MA2)的数量级为10-10

D.25 ℃时,HA的电离常数Ka为2.5×10-5

解析:MA2的饱和溶液中加入H+时,H++A-HA,使MA2溶解平衡正向移动,在D点时,=0.2,所以c(HA)=4c(A-),pH=5.0,故c(H+)=10-5 mol·L-1,Ka==2.5×10-6,D错误;D点时根据元素质量守恒知2c(M2+)=c(A-)+c(HA),又因 c(A-)=c(HA),所以2c(M2+)=c(HA),A错误;E点时,=0.5,因此c(HA)=c(A-),Ka==2.5×10-6,pH=-lg c(H+)=-lg(2.5×10-6)≈5.6,B正确;当δ(A-)=1时,pM=3,即c(M2+)=10-3 mol·L-1,=1,说明c(HA)=0,即溶液中的A-均为MA2电离的,根据 MA2(s)M2+(aq)+2A-(aq),c(A-)=2c(M2+)=2×10-3 mol·L-1,Ksp(MA2)=c(M2+)·c2(A-)=4×10-9,数量级为10-9,C错误。

6.(不定项)(2022·湖北华中师大附中模拟)MB是一种难溶盐,H2B是一种二元弱酸(Ka1=1.3×10-7,Ka2=2.6×10-15),M2+不发生水解。室温下,将MB溶于一定浓度的一元强酸HA溶液中,直到不再溶解,所得溶液中c2(H+)与c2(M2+)有如图所示线性关系,下列说法错误的是(已知:=2.6,忽略溶液体积的变化)(　B　)

A.在图示实线对应的pH范围内,溶液中c(M2+)≈c(H2B)

B.MB的溶度积Ksp(MB)≈1.0×10-23

C.溶液中存在c(HB-)+c(H+)+2c(H2B)=c(A-)+c(OH-)

D.将0.02 mol MB溶于1.0 L HA溶液中,所需HA的最低浓度为0.30 mol·L-1

解析:在图示实线对应的pH范围内,发生的反应为MB+2HAMA2+H2B,H2B电离程度很小,可以忽略不计,M2+与H2B的浓度几乎相等,故A正确;MB+2H+M2++H2B,Ksp(MB)=c(M2+)·c(B2-),Ka1·Ka2=,由Ka1、Ka2可知H2B酸性极弱,故c(H2B)≈c(M2+),所以Ka1·Ka2≈,即有c2(H+)≈,代入一组数据得Ksp(MB)≈2.0×10-24,故B错误;由质子守恒可得出c(HB-)+c(H+)+2c(H2B)=c(A-)+c(OH-),故C正确;由图可知,c(M2+)=0.02 mol·L-1时,溶液中c(H+)= mol·L-1=0.26 mol·L-1,1 L HA溶液中溶解0.02 mol MB时需消耗0.04 mol HA,故所需HA的最低浓度为0.30 mol·L-1,故D正确。

7.已知Ka(Kb)、Kw、Kh、Ksp分别表示弱酸的电离平衡常数(弱碱的电离平衡常数)、水的离子积常数、盐的水解平衡常数、难溶电解质的溶度积常数。通过查阅资料获得温度为25 ℃时以下数据:

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)下列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 mol·L-1 HF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溶液显中性,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溶液 B.NH4SCN溶液

C.CH3COONH4溶液 D.NH4HCO3溶液

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N的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) 

解析:(1)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)=,水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-),盐的水解平衡常数 Kh(CH3COOH)=可知,一定温度下,在CH3COONa溶液中,Kw=Ka·Kh,故d正确。

(2)Ka(HF)=≈=4.0×10-4,则1.0 mol·L-1 HF溶液中氢离子浓度为2.0×10-2 mol·L-1,所以pH=-lg(2.0×10-2)=2-lg 2≈1.7。

(3)①因CH3COOH溶液加到Na2CO3溶液中有气体放出,所以酸性CH3COOH>H2CO3,CH3COONH4溶液显中性,可得CH3COOH与 NH3·H2O 的电离常数相等,所以NH4HCO3溶液中HC的水解程度大于N的水解程度,则溶液的pH>7。

②NH4Cl溶液中Cl-不促进也不抑制N的水解;B、C、D中均相互促进,由Ka(CH3COOH)=1.8×10-5、Ka(HSCN)=0.13以及①的分析知,酸性HSCN>CH3COOH>H2CO3,B、C、D中N水解程度依次增大,则四种溶液中N的浓度由大到小的顺序是A>B>C>D。

③由CH3COONH4溶液显中性,Ka(HSCN)=0.13>Ka(CH3COOH)可知,NH4SCN溶液显酸性,所以溶液中所有离子浓度由大到小的顺序为c(SCN-)>c(N)>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====

≈5.8×107;因K特别大,所以Mg(OH)2能溶解于醋酸。

答案:(1)ad　(2)1.7　酸　HF和NaF的浓度相等,Ka=4.0×10-4,Kh==2.5×10-11<Ka,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(N)>c(H+)>c(OH-)　(4)5.8×107　能

8.稀土金属在电子、激光、核工业、超导等诸多高科技领域有广泛的应用。钪(Sc)是一种稀土金属,利用钛尾矿回收金属钪和草酸的工艺流程如图1所示。

回答下列问题。

已知:①xNH4Cl·yScF3·zH2O是“沉钪”过程中ScF3与氯化物形成的复盐沉淀,在强酸中部分溶解。

② “脱水除铵”是复盐沉淀的热分解过程。

③ 25 ℃时,部分物质的相关信息如表所示:

(1)“焙烧”过程生成Sc2O3的化学方程式为 　。

(2)含钪元素的微粒与lg c(F-)、pH的关系如图2所示,用氨水调节溶液pH,控制pH的范围是 3.5<pH<　　　　。 

(3)“脱水除铵”过程中固体质量与温度的关系如图3 所示,其中在380～400 ℃过程中会有白烟冒出,保温至无烟气产生,即得到ScF3,由图3中数据可得x∶z =　　　　。  

(4)传统制备ScF3的方法是先得到ScF3·6H2O沉淀,再高温脱水得ScF3,但通常含有ScOF杂质,原因是                               

(用化学方程式表示)。“沉钪”时用NH4F溶液进行操作,请写出NH4F溶液中离子浓度的大小关系:　                       。  

(5)将1.8 mol PbSO4加到1 L含有0.12 mol/L H2C2O4的废水中,发生的离子反应为PbSO4(s)+H2C2O4(aq)PbC2O4(s)+2H+(aq)+S(aq),当反应进行完全时,溶液中=　　　　,该反应的平衡常数K=　　　　。滤饼经浓硫酸处理后的“沉淀”是　　　　。 

解析:(2)为了避免生成Sc的沉淀,应控制pH<4.2。

(3)在380～400 ℃过程中会有白烟冒出,白烟是氯化铵小颗粒,在200～300 ℃为失水过程,则x∶z=∶=0.06∶0.12=1∶2。

(5)反应PbSO4(s)+H2C2O4(aq)PbC2O4(s)+2H+(aq)+S(aq)的平衡常数表达式为 K==

=

=1.5×10-4。滤饼为PbC2O4,经浓硫酸处理后生成PbSO4。

答案:(1)2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2

(2)4.2　

(3)1∶2

(4)ScF3+H2OScOF+2HF　c(F-)>c(N)>c(H+)>c(OH-)　(5)2.5×10-2  1.5×10-4　PbSO4