2021高考化学人教版一轮复习规范演练：解题指导4 溶液中的离子平衡考点分析

2021高考化学人教版一轮复习规范演练：解题指导4 溶液中的离子平衡考点分析

www.ks5u.com 解题指导4 溶液中的离子平衡考点分析 中学化学对电解质性质的研究主要有溶解性和电离能力两方面，溶解性是研究未溶解的部分和已溶解的部分之间的关系，电离能力是研究已溶解的部分从分子变成离子的趋势或从离子变成分子的趋势。溶液中的离子平衡主要包含三个平衡体系：(弱电解质和水)电离平衡、(盐)水解平衡、(难溶电解质)溶解平衡，其实质是化学平衡移动原理的具体应用。复习过程中，要强化对常见电解质的分类的讨论，梳理溶液中各种离子平衡的区别和联系，消除对电解质的“强弱”“易溶难溶”理解上的模糊和混乱。‎ 一、电离平衡 研究对象为水和已经溶于水的弱电解质，具体研究弱电解质和水的电离程度及其影响因素。弱电解质的电离考查的主要方向是弱电解质的电离平衡及其影响因素，关于电离平衡常数的简单计算，利用电离平衡常数判断条件改变对溶液中某些离子间比例的影响；水的电离和溶液的酸碱性考查的主要方向是溶液酸碱性的各种表示和检测方法，有关溶液pH的简单计算，调整溶液pH的试剂选择等。‎ ‎　已知室温时，0.1 mol·L－1某一元酸HA在水中有0.1%发生电离，下列叙述错误的是(　　)‎ A．该溶液的pH＝4‎ B．升高温度，溶液的pH增大 C．此酸的电离平衡常数约为1×10－7‎ D．由HA电离出的c(H＋)约为水电离出的c(H＋)的106倍 解析：根据HA在水中的电离度可算出c(H＋)＝0.1× 0.1% mol·‎ L－1＝10－4 mol·L－1，所以pH＝4，A正确；因HA在水中存在电离平衡，升高温度促进平衡向电离的方向移动，所以c(H＋)将增大，pH 值会减小，B错误；溶液中的c(H＋)＝c(A－)＝10－4 mol·L－1，c(HA)＝(0.1－10－4 )≈0.1 mol·L－1，将数值代入平衡常数表达式K＝＝1×10－7 ，C正确；溶液中的c(H＋)＝10－4 mol·‎ L－1 ，所以c(H＋)水电离＝10－10 mol·L－1，前者是后者的106倍，D正确。‎ 答案：B 解法指导：(1)电解质与非电解质的判断，如本题中涉及的NH3的水溶液和Cl2、SO2、SO3的水溶液一样，虽然能导电，但不是电解质。(2)强、弱电解质的判断和电离方程式的书写，如弱酸和弱碱用“”，强酸、强碱、大多数可溶性盐用“===”，多元弱酸的电离分步书写，多元弱碱只需一步完成。(3)判断强弱电解质的实验方法。(4)外界条件改变(浓度、温度和加入试剂等)对电离平衡的影响。‎ ‎　水的电离过程为H2OH＋＋OH－，在25 ℃时水的离子积为KW＝1.0×10－14，在35 ℃时水的离子积为KW＝2.1×10－14，则下列叙述正确的是(　　)‎ A．c(H＋)随着温度的升高而降低 B．35 ℃时c(H＋)>c(OH－)‎ C．35 ℃时的水比25 ℃时的水电离程度小 D．水的电离是个吸热过程 解析：据题意35 ℃时水的离子积大于25 ℃时水的离子积，说明35 ℃时水中c(H＋)、c(OH－)大于25 ℃时水中c(H＋)、c(OH－)，但c(H＋)仍等于c(OH－)；亦说明升高温度，水的电离程度增大，即水的电离是吸热过程。‎ 答案：D 解法指导：水的电离平衡是弱电解质电离平衡的一种特殊表现形式，任何水溶液中都存在着水的电离平衡，任何温度下都可以通过c(H ‎＋)和c(OH－)的相对大小来判断，只有常温下，才可以c(H＋)或c(OH－)与10－7 mol·L－1来判断。酸和碱抑制水的电离，强酸弱碱盐和强碱弱酸盐促进水的电离，强酸弱碱盐和碱溶液中由水电离的c(H＋)或c(OH－)取决于溶液中c(H＋)，强碱弱酸盐和酸溶液中，由水电离出的c(H＋)或c(OH－)取决于溶液中c(OH－)，但应关注酸式盐的特殊性，如硫酸氢钠完全电离，会抑制水的电离，碳酸氢钠以水解为主，呈碱性，促进水的电离。水的离子积常数和化学平衡常数、电离常数等一样，只与温度有关，与浓度大小无关，水的离子积常数随着温度的升高，KW会增大。‎ 二、水解平衡 研究对象为已经溶于水的盐，具体研究盐所电离出的阴离子(或阳离子)结合水电离出的H＋(或OH－)的程度及其影响因素。盐类的水解平衡是化学平衡的一种，其难点在于水解的程度及其影响因素。考查的主要方向是盐类水解的应用，尤其是溶液中离子浓度大小，这类试题千变万化，但最终落脚点是盐、盐与酸、盐与碱混合液中离子浓度或溶质粒子浓度大小的比较。‎ ‎　25 ℃时，浓度均为0.2 mol·L－1的NaHCO3和Na2CO3溶液中，下列判断不正确的是(　　)‎ A．均存在电离平衡和水解平衡 B．存在的粒子种类相同 C．c(OH－)前者大于后者 D．分别加入NaOH固体，恢复到原温度，c(CO)均增大 解析：NaHCO3和Na2CO3溶液都是强碱弱酸盐，都可以发生水解，存在水解平衡(HCO＋H2OH2CO3＋OH－ ，CO＋H2OHCO＋OH－)，NaHCO3溶液中还存在水的电离平衡(H2OH＋‎ ‎＋OH－)和HCO的电离平衡(HCOH＋＋CO)，Na2CO3溶液中存在水的电离平衡，A正确；根据电离平衡和水解平衡， NaHCO3和Na2CO3溶液中存在共同的微粒成分：2种分子H2O 和H2CO3，5种离子Na＋ 、HCO、CO、OH－、H＋， B正确；同浓度时CO水解程度比HCO强，Na2CO3溶液的碱性比同浓度的NaHCO3溶液的碱性强，即NaHCO3和Na2CO3溶液中c(OH－)前者小于后者，C错误；分别加入NaOH固体，NaHCO3和NaOH发生中和反应，c(CO)增大，Na2CO3溶液中加入NaOH固体抑制碳酸钠水解，c(CO)增大，D正确。‎ 答案：C 解法指导：与盐类水解相关的问题中规律性强，盐类水解的规律：无弱不水解，有弱才水解，谁强显谁性，同强显中性，越弱越水解，都弱都水解。由于水解程度一般都较小，书写水解方程式时一般用“”符号，不存在“↑”“↓”符号。多元弱酸阴离子水解方程式要分步写，多元弱碱阳离子常一步写。双水解的反应常能完全进行，用“===” 如2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑。盐类水解易受到温度、浓度、溶液的酸碱度等的影响，应该能从移动方向、pH的变化、水解程度、现象等方面去归纳。‎ 三、难溶电解质的溶解平衡 研究对象主要为难溶电解质，具体研究难溶电解质溶于水的程度及其影响因素。难溶电解质的溶解平衡考查的主要方向是难溶电解质的沉淀溶解平衡，还会涉及图象分析、Ksp计算或与Ksp相结合判断沉淀顺序、沉淀转化等。‎ ‎　某温度时，BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。请回答下列问题：‎ ‎(1)下列说法正确的是________(填字母)。‎ A．向BaSO4饱和溶液中加入固体Na2SO4可以由a点变到b点 B．通过蒸发可以由d点变到c点 C．d点无BaSO4沉淀生成 D．a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp ‎(2)将100 mL 1 mol·L－1 H2SO4溶液加入100 mL含Ba2＋ 0.137 g的溶液中充分反应后，过滤，滤液中残留的Ba2＋的物质的量浓度约为__________。‎ ‎(3)若沉淀分别用100 mL纯水和100 mL 0.01 mol·L－1的H2SO4溶液洗涤，两种情况下损失的BaSO4的质量之比为__________。‎ 解析：(1)沉淀溶解平衡曲线类似于溶解度曲线，曲线上的任一点如a点和c点均表示BaSO4饱和溶液；曲线上方的任一点均表示过饱和溶液，如b点说明溶液中有BaSO4沉淀析出，此时Qc>Ksp；曲线下方的任一点均表示不饱和溶液，如d点，此时Qc7的是(　　)‎ A．将纯水加热到90 ℃‎ B．向水中加少量NaOH溶液 C．向水中加少量Na2CO3溶液 D．向水中加少量FeCl3溶液 解析：将纯水加热到90 ℃，水的电离程度增大，c(H＋)＝c(OH－)> 10－7 mol·L－1，pH<7，A错误；向水中加少量NaOH溶液，水中c(OH－)增大，pH>7，但水的电离平衡向逆方向移动，即水的电离受到抑制，B错误；向水中加少量Na2CO3溶液，CO与H＋结合，水中c(H＋)减小，水的电离平衡向正方向移动，c(OH－)增大，c(OH－)>c(H＋)，pH>7，C正确；向水中加少量FeCl3溶液，Fe3＋与OH－结合为弱电解质Fe(OH)3，水中c(OH－)减小，水的电离平衡向正方向移动，c(H＋)增大，c(H＋)>c(OH－)，pH<7，D错误。‎ 答案：C ‎4．重铬酸铵[(NH4)2Cr2O7]是一种橘黄色晶体，可用作有机合成催化剂、实验室制纯净的N2及Cr2O3等。实验室可由工业级铬酸钠(Na2CrO4)制取重铬酸铵。有关物质的溶解度如图所示。实验步骤如下：步骤1：将铬酸钠溶于适量的水，加入一定量浓硫酸酸化，使铬酸钠转化为重铬酸钠。步骤2：将上述溶液蒸发结晶，并趁热过滤。步骤3：将步骤2得到的晶体再溶解，再蒸发结晶并趁热过滤。步骤4：将步骤2、3得到的滤液冷却至40 ℃左右进行结晶，用水洗涤，获得重铬酸钠晶体。步骤5：将步骤4得到的重铬酸钠和氯化铵按物质的量之比1∶2溶于适量的水中，加热至105～110 ℃，让其充分反应。‎ ‎(1)步骤1是一个可逆反应，该反应的离子方程式为___________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(2)步骤2、3的主要目的是_______________________________。‎ ‎(3)步骤4在40 ℃左右结晶，其主要目的是___________________‎ ‎______________________________________________________。‎ ‎(4)步骤5获得(NH4)2Cr2O7还需补充的操作有_______________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(5)对上述产品进行检验和含量测定。①检验产品中是否含有K＋的实验方法是_____________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎②为了测定上述产品中(NH4)2Cr2O7的含量，称取样品0.150 0 g，置于锥形瓶中，加50 mL水，再加入2 g KI(过量)及稍过量的稀硫酸溶液，摇匀，暗处放置10 min，然后加150 mL蒸馏水并加入3 mL 0.5%淀粉溶液，用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3标准溶液30.00 mL，则上述产品中(NH4)2Cr2O7的纯度为__________(假定杂质不参加反应，已知：Cr2O＋6I－＋14H＋===2Cr3＋＋3I2＋7H2O，I2＋2S2O===2I－＋S4O)。‎ 解析：(1)加入浓硫酸后，铬酸钠会转化为重铬酸钠，此可逆反应的离子方程式为2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O。(2)步骤2、3采用了重结晶法，目的是除去溶液中可溶性的杂质，主要是硫酸钠。(3)‎ 由题图可看出40 ℃时硫酸钠的溶解度较大，此时主产品结晶并可避免杂质硫酸钠结晶析出。(4)由题图可看出重铬酸铵随着温度升高，溶解度增大，则要得到重铬酸铵，需要将所得溶液进行冷却结晶、过滤、洗涤(最好是用冰水洗涤以减少损失)和干燥。(5)①K＋的检验采用的是焰色反应，且要透过蓝色的钴玻璃观察火焰颜色，焰色为紫色。②根据题给反应得出：‎ ‎(NH4)2Cr2O7～3I2～6Na2S2O3‎ ‎252 g 6 mol x 0.100 0 mol·L－1×0.03 L 解得x＝0.126 0 g，则(NH4)2Cr2O7的纯度为×100%＝84.0%。‎ 答案：(1)2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O　(2)除去硫酸钠杂质　(3)尽量使Na2SO4不析出　(4)冷却结晶、过滤、冰水洗涤及干燥　(5)①用洁净的铂丝在酒精灯外焰上灼烧至无色，然后蘸取晶体或蘸其溶液少许，在酒精灯外焰上灼烧，透过蓝色的钴玻璃观察，若火焰显紫色说明含有K＋，否则不含　②84.0%‎ ‎5．25 ℃时几种难溶电解质的溶解度如表所示：‎ 难溶电解质 Mg(OH)2‎ Cu(OH)2‎ Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ 溶解度/g ‎9×10－4‎ ‎1.7×10－6‎ ‎1.5×10－4‎ ‎3.0×10－9‎ 沉淀完全 时的pH ‎11.1‎ ‎6.7‎ ‎9.6‎ ‎3.7‎ 在无机化合物的提纯中，常利用难溶电解质的溶解平衡原理除去某些离子。例如：①为了除去氯化铵中的杂质Fe3＋，先将混合物溶于水，再加入一定量的试剂反应，过滤结晶即可；②为了除去氯化镁晶体中的杂质Fe3＋‎ ‎，先将混合物溶于水，加入足量的氢氧化镁，充分反应，过滤结晶即可；③为了除去硫酸铜晶体中的杂质Fe2＋，先将混合物溶于水，加入一定量的H2O2，将Fe2＋氧化成Fe3＋，调节溶液的pH＝4，过滤结晶即可。请回答下列问题：‎ ‎(1)上述三个除杂方案都能够达到很好效果，Fe2＋、Fe3＋都被转化为__________(填化学式)而除去。‎ ‎(2)①中加入的试剂应该选择__________，其原因是__________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(3)②中除去Fe3＋所发生的离子方程式为___________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(4)下列与方案③相关的叙述正确的是________(填字母)。‎ A．H2O2是绿色氧化剂，在氧化过程中不引进杂质，不产生污染 B．将Fe2＋氧化为Fe3＋的主要原因是Fe(OH)2沉淀比Fe(OH)3沉淀难过滤 C．调节溶液pH＝4可选择的试剂是氢氧化铜或碱式碳酸铜 D．Cu2＋可以大量存在于pH＝4的溶液中 E．在pH>4的溶液中Fe3＋一定不能大量存在 解析：(2)实验①中为了不引入杂质离子，应加入氨水使Fe3＋沉淀，而不能用NaOH溶液。(3)实验②中根据溶解度数据可知Mg(OH)2能转化为Fe(OH)3，因此在MgCl2溶液中加入足量Mg(OH)2除去Fe3＋，然后将沉淀一并过滤。(4)实验③中利用Fe3＋极易水解的特点，根据题意可知调节溶液的pH＝4可使Fe3＋沉淀完全，为了不引入杂质离子，因此可使用CuO、Cu(OH)2等调节溶液的pH。选项B显然是错误的，原因是若不把Fe2＋氧化为Fe3＋，当Fe2＋沉淀完全时，Cu2＋也沉淀完全。‎ 答案：(1)Fe(OH)3　(2)氨水　不会引入新的杂质 ‎(3)2Fe3＋(aq)＋3Mg(OH)2(s)3Mg2＋(aq)＋2Fe(OH)3(s)　‎ ‎(4)ACDE