【备考2024】高中化学一轮复习第47讲 溶液中粒子浓度关系(解析版)

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【备考2024】高中化学一轮复习第47讲 溶液中粒子浓度关系(解析版)

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第47讲 溶液中粒子浓度关系(解析版)
学习目标
1.理解电解质溶液中的电离平衡和水解平衡。
2.掌握溶液中各组分之间的守恒关系与大小比较。
思维导图
考点一 “两大理论”与“三个守恒”
(一)熟悉“两大理论”,贯通思维障碍
1.电离平衡
(1)弱电解质的电离是微弱的,电离产生的微粒都非常少,同时还要考虑水的电离,如氨水中:NH3·H2O、NH、OH-浓度的大小关系是c(NH3·H2O)>c(OH-)>c(NH)。
(2)多元弱酸的电离是分步进行的,其主要是第一级电离(第一级电离程度远大于第二级电离)。如在H2S溶液中:H2S、HS-、S2-、H+的浓度大小关系是c(H2S)>c(H+)>c(HS-)>c(S2-)。
2.水解平衡
(1)水解过程是微弱的。如NH4Cl溶液中:NH、Cl-、NH3·H2O、H+的浓度大小关系是c(Cl-)>c(NH)>c(H+)>c(NH3·H2O)。
(2)多元弱酸酸根离子的水解是分步进行的,其主要是第一步水解,如在Na2CO3溶液中:CO、HCO、H2CO3的浓度大小关系应是c(CO)>c(HCO)>c(H2CO3)。
(二)巧用“三个守恒”,明确浓度关系
写出下列溶液中粒子守恒关系式
(1)Na2CO3溶液
①元素质量守恒:_____________________________________________________________。
②电荷守恒:_________________________________________________________________。
③质子守恒:________________________________________________________________。
(2)浓度均为0.1 mol·L-1 NH3·H2O和NH4Cl溶液等体积混合
①电荷守恒:_________________________________________________________________。
②元素质量守恒:________________________________________________________________。
(3)浓度为0.1 mol·L-1盐酸与0.1 mol·L-1 CH3COONa溶液等体积混合
①电荷守恒:_________________________________________________________________。
②元素质量守恒:________________________________________________________________。
答案 (1)①c(Na+)=2[c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)]
②c(Na+)+c(H+)=c(HCO)+c(OH-)+2c(CO)
③c(OH-)=c(H+)+2c(H2CO3)+c(HCO)
(2)①c(NH)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-)②2c(Cl-)=c(NH)+c(NH3·H2O)
(3)①c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)+c(Cl-)②c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=c(Cl-)
小结
(1)电荷守恒
电解质溶液必须保持电中性,即阴离子所带负电荷总数一定等于阳离子所带正电荷总数。
(2)元素质量守恒
变化前后某种元素的质量守恒。
①单一元素守恒,如1 mol NH3通入水中形成氨水,就有n(NH3)+n(NH3·H2O)+n(NH)=1 mol,即氮元素质量守恒。
②两元素守恒,如NaHCO3溶液中,c(Na+)=c(H2CO3)+c(HCO)+c(CO),即钠元素与碳元素质量守恒。
(3)质子守恒
电解质溶液中,由于电离、水解等过程的发生,往往存在质子(H+)的转移,转移过程中质子数量保持不变,称为质子守恒。
质子守恒的书写技巧:
①正盐溶液,用水溶液中得失质子相等比较简便。如Na2S水溶液中的质子转移情况图示如下:
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由图可得Na2S水溶液中质子守恒式:c(H+)+2c(H2S)+c(HS-)=c(OH-)
②酸式盐溶液及混合缓冲溶液,可以通过元素质量守恒和电荷守恒推出质子守恒表达式。如NaHCO3溶液中元素质量守恒:c(Na+)=c(HCO)+c(H2CO3)+c(CO)①,
电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(HCO)+c(OH-)+2c(CO)②,
将①代入②中,整理得质子守恒:c(H+)+c(H2CO3)=c(OH-)+c(CO)
题组练习
一、单一溶液中粒子浓度的关系
1.0.1 mol·L-1的NH4Cl溶液
(1)粒子种类:__________________________________________________________________。
(2)离子浓度大小关系:___________________________________________________________。
(3)元素质量守恒:______________________________________________________________。
答案 (1)Cl-、NH、H+、OH-、NH3·H2O、H2O(2)c(Cl-)>c(NH)>c(H+)>c(OH-)
(3)c(Cl-)=c(NH)+c(NH3·H2O)
解析 NH4Cl===NH+Cl-(完全电离)
NH+H2ONH3·H2O+H+(微弱)
H2OH++OH-(极微弱)
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2.判断正误,错误的写出正确的关系式。
(1)0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中:c(Na+)+c(H+)=c(HCO)+c(CO)+c(OH-)
(2)在Na2SO3溶液中:c(Na+)=2c(SO)+c(HSO)+c(OH-)
(3)0.1 mol·L-1 NH4HS溶液中:c(NH)<c(HS-)+c(H2S)+c(S2-)
(4)0.2 mol·L-1 NH4HCO3溶液(pH>7):c(NH)>c(H2CO3)>c(HCO)>c(NH3·H2O)
(5)室温下,0.1 mol·L-1 NH4Fe(SO4)2溶液中存在:c(NH)+3c(Fe3+)>2c(SO)
答案 (1)× c(Na+)+c(H+)=c(HCO)+2c(CO)+c(OH-)
(2)× c(Na+)+c(H+)=2c(SO)+c(HSO)+c(OH-)
(3)√
(4)× c(NH)>c(HCO)>c(H2CO3)>c(NH3·H2O)
(5)× c(NH)+3c(Fe3+)<2c(SO)
3.(2022·广东摸底考试)次磷酸(H3PO2)是一种一元弱酸,与等浓度等体积的NaOH完全反应后生成NaH2PO2,下列叙述错误的是(  )
A.NaH2PO2的水溶液加水稀释,增大
B.H3PO2溶液中存在电离平衡:H3PO2??H2PO+H+
C.NaH2PO2溶液中:c(Na+)>c(H2PO)>c(OH-)>c(H+)
D.NaH2PO2溶液中存在:c(H2PO)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)
答案 A
解析 NaH2PO2的水溶液加水稀释,H2PO水解程度增大,但由于溶液体积增大程度更大,所以c(H3PO2)、c(OH-)变小,溶液中c(H+)变大,所以应变小,A错误;次磷酸是一元弱酸,电离不完全,B正确;H2PO水解,离子数量少于Na+,阴离子水解使溶液显碱性,c(OH-) >c(H+),H2PO水解数量较少,所以剩余H2PO要远多于OH-,C正确;根据溶液中电荷守恒,阳离子所带正电荷总量等于阴离子所带负电荷总量,D正确。
二、混合溶液(缓冲溶液)中粒子浓度的关系判断
4.浓度均为0.1 mol·L-1的NaHCO3和Na2CO3混合溶液
(1)电荷守恒:________________________________________________________________。
(2)元素质量守恒:________________________________________________________。
(3)离子浓度由大到小的顺序:___________________________________________________。
答案 (1)c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+2c(CO)+c(HCO)
(2)2c(Na+)=3c(CO)+3c(HCO)+3c(H2CO3)
(3)c(Na+)>c(HCO)>c(CO)>c(OH-)>c(H+)
5.常温下,NaOH和CH3COOH等浓度按1∶2体积比混合后pH<7
(1)溶液中粒子浓度的大小关系:____________________________________(水分子除外)。
(2)电荷守恒:________________________________________________________________。
(3)元素质量守恒:_______________________________________________________________。
(4)质子守恒:________________________________________________________________。
答案 (1)c(CH3COO-)>c(Na+)>c(CH3COOH)>c(H+)>c(OH-)
(2)c(CH3COO-)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+)
(3)2c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)
(4)c(CH3COOH)+2c(H+)=c(CH3COO-)+2c(OH-)
解析 中和反应后,溶质为等量的CH3COONa、CH3COOH,且CH3COOH的电离程度大于CH3COONa的水解程度,c(CH3COO-)与c(CH3COOH)之和等于c(Na+)的2倍。
6.判断正误,错误的写出正确的关系式。
(1)0.1 mol·L-1 NaOH溶液和0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液等体积混合后:c(Na+)>c(CH3COO-)
>c(OH-)>c(H+)
(2)pH=3的盐酸和pH=11的氨水等体积混合:c(Cl-)>c(NH)>c(OH-)>c(H+)
(3)室温下,将浓度均为0.1 mol·L-1的氨水和NH4Cl溶液等体积混合(pH=9.25):c(NH)+c(H+)=c(NH3·H2O)+c(OH-)
(4)室温下,将浓度均为0.10 mol·L-1的H2C2O4和NaHC2O4溶液等体积混合(pH=1.68,H2C2O4为二元弱酸):c(H+)+c(H2C2O4)=c(Na+)+c(C2O)+c(OH-)
(5)0.1 mol·L-1Na2C2O4溶液与0.1 mol·L-1HCl溶液等体积混合(H2C2O4为二元弱酸):2c(C2O)+c(HC2O)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+)
(6)向NH4HSO4溶液中滴加NaOH溶液到恰好呈中性:c(Na+)>c(SO)>c(NH)>c(OH-)=c(H+)
答案 (1)√ (2)× c(NH)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+) (3)× c(NH)+2c(H+)=c(NH3·H2O)+2c(OH-) (4)√
(5)× 2c(C2O)+c(HC2O)+c(OH-)+c(Cl-)=c(Na+)+c(H+)(6)√
7.(2022·深圳七中月考)Na2CO3 NaHCO3缓冲溶液可以将溶液pH控制在9.16~10.83范围内,25 ℃时,Ka1(H2CO3)=4×10-7、Ka2(H2CO3)=5×10-11,下列说法不正确的是(  )
A.0.5 mol·L-1的Na2CO3溶液pH约为12
B.pH=8的NaHCO3溶液中,水电离产生的c(OH-)=10-6 mol·L-1
C.0.1 mol·L-1的NaHCO3溶液中存在:c(HCO)>c(H2CO3)>c(CO)
D.pH=10的该缓冲溶液中存在:c(Na+)=c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)
答案 D
解析 由Kh(CO)==可得0.5 mol·L-1的Na2CO3溶液中c(OH-)
≈= mol·L-1=1×10-2 mol·L-1,pH约为12,A正确;NaHCO3在溶液中水解程度大于电离程度,溶液中存在:c(HCO)>c(H2CO3)>c(CO),C正确;由元素质量守恒可知,NaHCO3溶液中c(Na+)=c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3),Na2CO3溶液中c(Na+)=2c(CO)+2c(HCO)+2c(H2CO3),则Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中c(Na+)>c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3),D不正确。
小结
混合溶液中粒子浓度大小比较
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三、不同溶液中同一离子浓度的大小比较
8.选好参照物,分组比较,各个击破:
25 ℃时,相同物质的量浓度的下列溶液中:
①NH4Cl、②CH3COONH4、③NH4HSO4、④(NH4)2SO4、⑤(NH4)2Fe(SO4)2,c(NH)由大到小的顺序为________________。
答案 ⑤>④>③>①>②
解析 分析流程为
分组
9.比较下列几组溶液中指定离子浓度的大小。
(1)浓度均为0.1 mol·L-1的①H2S、②NaHS、③Na2S、④H2S和NaHS混合液,溶液pH从大到小的顺序是______________。
(2)相同浓度的下列溶液中:①CH3COONH4、②CH3COONa、③CH3COOH,c(CH3COO-)由大到小的顺序是________________________________________________________________。
(3)c(NH)相等的①(NH4)2SO4溶液、②NH4HSO4溶液、③(NH4)2CO3溶液、④NH4Cl溶液,其物质的量浓度由大到小的顺序为_________________________________________。
答案 (1)③>②>④>① (2)②>①>③(3)④>②>③>①
考点二 有关水溶液中平衡常数关系计算
1.水解常数与电离常数、水的离子积之间的关系
常温下,H2S的电离常数为Ka1、Ka2,推导Na2S溶液中S2-水解常数Kh1、Kh2与Ka1、Ka2的关系。
答案 (1)S2-+H2OHS-+OH-;Kh1===。
(2)HS-+H2OH2S+OH-;Kh2===。
2.水解常数与溶度积、水的离子积之间的关系
常温下推导Cu2+的水解常数与溶度积、水的离子积之间的关系。
答案 Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+;Kh===。
3.平衡常数与电离常数、溶度积之间的关系
(1)以反应CuS(s)+2Ag+(aq) Cu2+(aq)+Ag2S(s)为例,推导沉淀转化的平衡常数K。
答案 K===。
(2)以反应ZnS(s)+2H+(aq) Zn2+(aq)+H2S(aq)为例,推导该沉淀溶解的平衡常数K。
答案 K===。
题组练习
1.已知pKa=-lg Ka,且常温下H2CO3:pKa1=6.4,pKa2=10.3。则常温下CO的pKh1为________。
答案 3.7
解析 CO的第一步水解常数Kh1===,而H2CO3的pKa2=10.3,故Ka2=10-10.3,则Kh1===10-3.7。
2.常温下,Ka(HF)=4.0×10-4,25 ℃时,1.0 mol·L-1HF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:_________________________________________。
答案 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
解析 Ka(HF)=≈=4.0×10-4,则1.0 mol·L-1HF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.NaHS可用于污水处理的沉淀剂。已知:25 ℃时,反应Hg2+(aq)+HS-(aqHgS(s)+H+(aq)的平衡常数K=1.75×1038,H2S的电离平衡常数Ka1=1.0×10-7,Ka2=7.0×10-15,计算Ksp(HgS)。
答案 反应Hg2+(aq)+HS-(aq) HgS(s)+H+(aq)的平衡常数K=1.75×1038,即K====1.75×1038,则Ksp(HgS)===4.0×10-53。
4.用40%的硫酸溶液吸收氨气获得(NH4)2SO4的稀溶液,测得常温下,该溶液的pH=5。
(1)计算的值[计算结果保留一位小数,已知Kb(NH3·H2O)=1.7×10-5]。
(2)若将该溶液蒸发掉一部分水后恢复至室温,推理分析浓缩后溶液中的值如何变化。
答案 (1)===≈5.9×10-5。
(2)设(NH4)2SO4溶液的浓度为c,NH的水解程度为a,则==,蒸发掉一部分水后恢复室温,溶液浓度增大,NH水解程度减小,即a减小,因而该比值减小。
5.高铁酸钾(K2FeO4)是一种优良的水处理剂。25 ℃时,其水溶液中加酸或碱改变溶液的pH时,含铁粒子的物质的量分数δ(X)随pH的变化如图,已知δ(X)=。
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(1)由B点数据可知,H2FeO4的第一步电离常数Ka1=________。
(2)25 ℃,H2FeO4+H+H3FeO的平衡常数K________(填“>”“<”或“=”)100。
答案 (1)4.0×10-4 (2)<
解析 (1)B点pH=4,δ(HFeO)=0.8,则δ(H2FeO4)=0.2,由于溶液体积相同,则==4.0,则H2FeO4的第一步电离常数Ka1==4.0×10-4。(2)结合图像可知,c(H2FeO4)=c(H3FeO)时,溶液的pH<2,c(H+)>0.01 mol·L-1,则H2FeO4+H+H3FeO的平衡常数K==<=100,即K<100。
6.[2021·广东,18(1)(2)(3)]对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝(Al)、钼(Mo)、镍(Ni)等元素的氧化物,一种回收利用工艺的部分流程如下:
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已知:25 ℃时,H2CO3的Kal=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11;Ksp(BaMoO4)=3.5×10-8;Ksp(BaCO3)=2.6×10-9;该工艺中,pH>6.0时,溶液中Mo元素以MoO的形态存在。
(1)“焙烧”中,有Na2MoO4生成,其中Mo元素的化合价为__________。
(2)“沉铝”中,生成的沉淀X为________。
(3)“沉钼”中,pH为7.0。
①生成 BaMoO4的离子方程式为_________________________________________。
②若条件控制不当,BaCO3也会沉淀。为避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀,溶液中c(HCO)∶c(MoO)=__________________________(列出算式)时,应停止加入BaCl2溶液。
答案 (1)+6 (2)Al(OH)3 (3)①MoO+Ba2+===BaMoO4↓ ②
解析 (1)“焙烧”中,有Na2MoO4生成,其中Na和O的化合价分别为+1和-2,根据化合物中各元素化合价的代数和为0可知,Mo元素的化合价为+6。
(2)“沉铝”中,偏铝酸钠转化为氢氧化铝,因此,生成的沉淀X为Al(OH)3。
(3)①滤液Ⅱ中含有钼酸钠,加入氯化钡溶液后生成BaMoO4沉淀,该反应的离子方程式为MoO+Ba2+===BaMoO4↓。②若开始生成BaCO3沉淀,则体系中恰好建立如下平衡:HCO+BaMoO4BaCO3+MoO+H+,该反应的化学平衡常数K===。为避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀,必须满足≤,由于“沉钼”中pH为7.0,c(H+)=1×10-7 mol·L-1,所以溶液中=时,开始生成BaCO3沉淀, 因此,c(HCO)∶c(MoO)==时,应停止加入BaCl2溶液。
7.探究对氯苯甲酸(HA)在苯—水体系中的溶解状况。
已知:常温下,HA在水(W)和苯(B)两相间的分配系数:KD==1.00(只与温度有关)
在水中,HAH++A- ΔH>0,其Ka(HA)=1.00×10-4
在苯中,HA只发生二聚:2HA (HA)2
实验测得:水中c(A-)=5.00×10-4 mol·L-1时,苯中的c=7.05×10-4 mol·L-1
试回答下列问题:
(1)水溶液的pH=________(lg 5≈0.7)。
(2)在苯中二聚反应的平衡常数K=________(结果保留三位有效数字)。
(3)若向萃取体系中滴入少量浓盐酸,则苯中c将________(填“增大”“减小”或“不变”),理由是___________________________________________________。
答案 (1)3.3 (2)1.13×102 (3)增大 浓盐酸只溶于水层,使水中c(H+)增大,电离平衡逆向移动,c(HA)W增大,这促使更多的HA进入苯层[或HA(W) HA(B)正向移动],使c(HA)W增大,则苯中二聚平衡正向移动,最终c增大
解析 (1)水中c(A-)=5.00×10-4 mol·L-1时,c(H+)=5.00×10-4 mol·L-1,水溶液的pH=-lg c(H+)=3.3。(2)Ka(HA)=1.00×10-4即==1×10-4,c(HA)W=2.5×10-3 mol·L-1,KD==1.00,所以c(HA)B=2.5×10-3 mol·L-1,在苯中二聚反应的平衡常数K==≈1.13×102。
高考真题
1.(2021·天津,10)常温下,下列有关电解质溶液的叙述正确的是(  )
A.在0.1 mol·L-1 H3PO4溶液中c(H3PO4)>c(H2PO)>c(HPO)>c(PO)
B.在0.1 mol·L-1 Na2C2O4溶液中c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HC2O)+c(C2O)
C.在0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中c(H2CO3)+c(HCO)=0.1 mol·L-1
D.氨水和NH4Cl溶液混合,形成pH=9的溶液中c(Cl-)>c(NH)>c(OH-)>c(H+)
答案 A
解析 磷酸分步电离且电离程度逐渐减小,所以在0.1 mol·L-1 H3PO4溶液中,离子浓度大小顺序为c(H3PO4)>c(H2PO)>c(HPO)>c(PO),故A项正确;在0.1 mol·L-1 Na2C2O4溶液中,根据电荷守恒得c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HC2O)+2c(C2O),故B项错误;在0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中,根据元素质量守恒得c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)=0.1 mol·L-1,故C项错误;氨水和NH4Cl溶液混合,形成pH=9的溶液,则c(Cl-)<c(NH),故D项错误。
2.(2022·江苏,12)一种捕集烟气中CO2的过程如图所示。室温下以0.1 mol·L-1 KOH溶液吸收CO2,若通入CO2所引起的溶液体积变化和H2O挥发可忽略,溶液中含碳物种的浓度c总=c(H2CO3)+c(HCO)+c(CO)。H2CO3电离常数分别为Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.4×10-11。下列说法正确的是 (  )
INCLUDEPICTURE "E:\\张春兰\\2023\\大一轮\\化学\\化学 人教版 新教材 (辽鄂京津粤渝皖黑吉)\\X9-67.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张春兰\\2023\\大一轮\\化学\\化学 人教版 新教材 (辽鄂京津粤渝皖黑吉)\\X9-67.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张春兰\\2023\\大一轮\\化学\\化学 人教版 新教材 (辽鄂京津粤渝皖黑吉)\\教师word\\X9-67.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "\\\\张春兰\\e\\张春兰\\2023\\大一轮\\化学\\化学 人教版 新教材 (辽鄂京津粤渝皖黑吉)\\教师word\\X9-67.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\BaiduNetdiskDownload\\教学资料\\2024版化学步步高一轮复习新教材人教版通用版 【Word讲义】\\【配套Word版文档】第七章~第十一章\\【配套Word版文档】第七章~第十一章\\X9-67.TIF" \* MERGEFORMATINET
A.KOH吸收CO2所得到的溶液中:c(H2CO3)>c(HCO)
B.KOH完全转化为K2CO3时,溶液中:c(OH-)=c(H+)+c(HCO)+c(H2CO3)
C.KOH溶液吸收CO2,c总=0.1 mol·L-1溶液中:c(H2CO3)>c(CO)
D.如图所示的“吸收”“转化”过程中,溶液的温度下降
答案 C
解析 KOH吸收CO2所得到的溶液,若为K2CO3溶液,则CO主要发生第一步水解,溶液中:c(H2CO3)<c(HCO),若为KHCO3溶液,则HCO发生水解的程度很小,溶液中:c(H2CO3)<c(HCO),A不正确;KOH完全转化为K2CO3时,依据电荷守恒,溶液中:c(K+)+ c(H+)=c(OH-) +c(HCO)+2c(CO),依据元素质量守恒,溶液中:c(K+)=2[c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)],则c(OH-)=c(H+)+c(HCO)+2c(H2CO3),B不正确;KOH溶液吸收CO2,c(KOH)=0.1 mol·L-1,c总=0.1 mol·L-1,则溶液为KHCO3溶液,Kh(HCO)==≈2.3×10-8>Ka2=4.4×10-11,表明HCO以水解为主,所以溶液中:c(H2CO3)>c(CO),C正确;如图所示的“吸收”“转化”过程中,发生的反应为CO2+2KOH===K2CO3+H2O、K2CO3+CaO+H2O===CaCO3↓+2KOH(若生成KHCO3或K2CO3与KHCO3的混合物,则原理相同),上述反应均放热,溶液的温度升高,D不正确。
巩固练习
1.(2022·广东模拟)对于0.1 mol·L-1 NH4Cl溶液,下列说法不正确的是(  )
A.溶液中c(Cl-)>c(NH)>c(H+)>c(OH-)
B.溶液中存在:c(H+)+c(NH)=c(Cl-)+c(OH-)
C.适当升高温度,溶液中c(H+)减小
D.工业上可用于除去铁锈
答案 C
解析 NH4Cl的水解反应吸热,升高温度,水解程度增大,溶液中c(H+)增大,故C错误。
2.用物质的量都是0.1 mol的CH3COOH和CH3COONa配成1 L混合溶液,已知其中c(CH3COO-)>c(Na+),对该溶液的下列判断正确的是(  )
A.c(H+)>c(OH-) B.c(CH3COO-)=0.1 mol·L-1
C.c(CH3COOH)>c(CH3COO-) D.c(CH3COO-)+c(OH-)=0.1 mol·L-1
答案 A
解析 由电荷守恒:c(CH3COO-)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+),因c(CH3COO-)>c(Na+),则c(H+)
>c(OH-);由元素质量守恒:c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=0.2 mol·L-1,因c(CH3COO-)>c(Na+)=0.1 mol·L-1,则c(CH3COO-)>c(CH3COOH)。
3.(2022·河北开滦二中模拟)氰化氢(HCN)可应用于电镀业(镀铜、镀金、镀银)、采矿业等。常温下,浓度均为0.01 mol·L-1的HCN和NaCN的混合溶液的pH≈8,下列说法正确的是(  )
A.常温下,Ka(HCN)≈10-8
B.该混合溶液中水的电离程度大于纯水中水的电离程度
C.该混合溶液中c(HCN)D.该混合溶液中c(CN-)+c(HCN)=c(Na+)
答案 B
解析 若浓度均为0.01 mol·L-1的HCN和NaCN等体积混合,Ka=,但是c(HCN) ≠c(CN-),Ka无法计算,A错误;混合溶液显碱性,说明CN-水解程度大于HCN电离程度,水解促进水的电离,所以该混合溶液中水的电离程度大于纯水中水的电离程度,该混合溶液中c(CN-)4.一定温度下,下列溶液的离子浓度关系式正确的是(  )
A.pH=5的H2S溶液中,c(H+)=c(HS-)=1×10-5 mol·L-1
B.pH=a的氨水,稀释10倍后,其pH=b,则a=b+1
C.pH=2的H2C2O4溶液与pH=12的NaOH溶液以任意比例混合:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HC2O)
D.pH相同的①CH3COONa、②NaHCO3、③NaClO三种溶液的c(Na+):①>②>③
答案 D
解析 A项,pH=5的H2S溶液中,H+的浓度为1×10-5 mol·L-1,H+来自于H2S的第一步电离、HS-的电离和水的电离,故H+的浓度大于HS-的浓度,错误;B项,弱碱不完全电离,弱碱稀释10倍时,pH减小不到一个单位,a<b+1,错误;C项,草酸是弱酸,氢氧化钠是强碱,无论怎样混合得到的溶液都符合电荷守恒,而该等式中缺少草酸根离子,错误;D项,因为酸性:醋酸>碳酸>次氯酸,根据越弱越水解的原则,pH相同的三种钠盐,浓度的大小关系为醋酸钠>碳酸氢钠>次氯酸钠,则钠离子的浓度为①>②>③,正确。
5.(2022·河北保定模拟)常温下,下列溶液中的微粒浓度关系正确的是(  )
A.NaH2PO4溶液中:c(H+)+c(H3PO4)=c(OH-)+c(PO)+c(HPO)
B.pH=7的CH3COOH和CH3COONa混合溶液中:c(Na+)=c(CH3COO-)
C.NH4Cl溶液中:c(Cl-)>c(NH)>c(OH-)>c(H+)
D.等物质的量浓度的Na2S和NaHS混合溶液中:c(Na+)=c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)
答案 B
解析 溶液中存在质子守恒:c(H+)+c(H3PO4)=c(OH-)+2c(PO)+c(HPO),故A错误;pH=7的CH3COOH和CH3COONa混合溶液中,c(H+)=c(OH-),电荷守恒为c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-),则c(Na+)=c(CH3COO-),故B正确;NH4Cl为强酸弱碱盐,溶液显酸性,c(OH-)6.(2021·河北1月选考模拟,9)醋酸为一元弱酸,25 ℃时,其电离常数Ka=1.75×10-5。下列说法错误的是(  )
A.0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液的pH在2~3范围内
B.CH3COONa溶液中,c(CH3COOH)+c(H+)=c(OH-)
C.将0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液加水稀释,其电离常数和均不变
D.等体积的0.1 mol·L-1 NaOH溶液和0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液混合后,溶液pH>7,且c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
答案 C
解析 c(H+)≈,pH=-lg (×10-3)=3-lg,则溶液的pH在2~3范围内,A项正确;由CH3COONa溶液中质子守恒得c(CH3COOH)+c(H+)=c(OH-),B项正确;将0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液加水稀释,电离常数不变,c(CH3COO-)减小, 增大,C项错误;溶液混合后溶质为CH3COONa,pH>7,则c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+),D项正确。
7.(2021·湖北1月选考模拟,15)25 ℃时,按下表配制两份溶液。
一元弱酸溶液 加入的NaOH溶液 混合后所得溶液
HA 10.0 mL 0.20 mol·L-1 5.0 mL 0.20 mol·L-1 溶液ⅠpH=5.0
HB 10.0 mL 0.20 mol·L-1 5.0 mL 0.20 mol·L-1 溶液ⅡpH=4.0
下列说法错误的是(  )
A.溶液Ⅰ中,c(A-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)
B.Ⅰ和Ⅱ的pH相差1.0,说明=10
C.混合Ⅰ和Ⅱ:c(Na+)+c(H+)=c(A-)+c(B-)+c(OH-)
D.混合Ⅰ和Ⅱ:c(HA)>c(HB)
答案 B
解析 根据电荷守恒,Ⅰ中c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(A-),由于pH=5.0,溶液显酸性,c(H+)>c(OH-),因此,c(A-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-),A项正确;由于溶液Ⅰ、Ⅱ的pH分别为5.0和4.0,所以Ka(HA)<Ka(HB),<1,B项错误;由电荷守恒可知,Ⅰ和Ⅱ的混合溶液中,c(Na+)+c(H+)=c(A-)+c(B-)+c(OH-),C项正确;由B的分析可知,Ka(HA)<Ka(HB),则Ⅰ、Ⅱ混合后必有c(HA)>c(HB),D项正确。
8.常温下,下列溶液中,有关微粒的物质的量浓度关系不正确的是(  )
A.0.1 mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2溶液:c(SO)>c(NH)>c(Fe2+)>c(H+)
B.将10 mL 0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液逐滴滴加到10 mL 0.1 mol·L-1盐酸中:c(Na+)>c(Cl-)
>c(CO)>c(HCO)
C.0.01 mol·L-1 NaOH溶液与等体积pH=2的醋酸混合后的溶液中:c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)
>c(OH-)
D.0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液:c(H+)+2c(H2CO3)=c(OH-)+c(CO)
答案 D
解析 亚铁离子和铵根离子都水解,但水解程度较小,硫酸根离子不水解,所以c(SO)>c(NH),故A正确;将10 mL 0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液逐滴滴加到10 mL 0.1 mol·L-1盐酸中:因为酸过量会放出CO2气体,根据CO+2H+===CO2↑+H2O知有Na2CO3剩余,所以离子浓度大小关系为c(Na+) >c(Cl-)>c(CO)>c(HCO),故B正确;0.01 mol·L-1 NaOH溶液与等体积pH=2的醋酸混合后的溶液中溶质为醋酸钠和醋酸,所以离子浓度大小的关系为c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-),故C正确;溶液中存在质子守恒,c(H+)+c(H2CO3)=c(OH-)+c(CO),故D错误。
9.25 ℃时,在10 mL浓度均为0.1 mol·L-1 的NaOH和NH3·H2O混合溶液中滴加0.1 mol·L-1的盐酸,下列有关溶液中粒子浓度关系正确的是(  )
A.未加盐酸时:c(OH-)>c(Na+)=c(NH3·H2O) B.加入10 mL盐酸时:c(NH)+c(H+)=c(OH-)
C.加入盐酸至溶液pH=7时:c(Cl-)=c(Na+) D.加入20 mL盐酸时: c(Cl-)=c(NH)+c(Na+)
答案 B
解析 A项,未加盐酸时,由于NH3·H2O的部分电离,所以c(OH-)>c(Na+)>c(NH3·H2O),错误;B项,加入10 mL盐酸时,c(Cl-)=c(Na+),再由电荷守恒可知c(NH)+c(H+)=c(OH-),正确;C项,由电荷守恒得c(Na+)+c(NH)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),pH=7时,c(H+)=c(OH-) ,所以有c(Cl-)>c(Na+),错误;D项,当加入20 mL盐酸时,溶质为NaCl、 NH4Cl,溶液呈酸性,即c(H+)>c(OH-),再根据电荷守恒可得c(Cl-)+c(OH-)=c(H+)+c(NH)+c(Na+),则c(Cl-)>c(NH)+c(Na+),错误。
10.(2022·成都模拟)某二元弱酸(简写为H2B)溶液,按下式发生一级和二级电离:
H2BH++HB-
HB-H++B2-
已知相同浓度时的电离度:α(H2B)>α(HB-),现有下列四种溶液:
①0.01 mol·L-1的H2B溶液
②0.01 mol·L-1的NaHB溶液
③0.02 mol·L-1的HCl溶液与0.04 mol·L-1的NaHB溶液等体积混合后的溶液
④0.02 mol·L-1的NaOH溶液与0.02 mol·L-1的NaHB溶液等体积混合后的溶液
下列说法错误的是(  )
A.溶液④一定显碱性 B.c(H2B)最大的是③ C.c(B2-)最小的是① D.c(H+)最大的是③
答案 D
解析 HCl与NaHB反应:NaHB+HCl===NaCl+H2B,所以③中相当于含有0.01 mol·L-1 H2B和0.01 mol·L-1 NaHB;NaOH与NaHB溶液混合NaOH+NaHB===Na2B+H2O ,所以④中相当于含有0.01 mol·L-1 Na2B。根据以上分析,四种溶液分别为①0.01 mol·L-1的H2B溶液,②0.01 mol·L-1的NaHB溶液,③0.01 mol·L-1 H2B和0.01 mol·L-1 NaHB,④0.01 mol·L-1 Na2B溶液。④0.01 mol·L-1 Na2B,为强碱弱酸盐,溶液一定显碱性,故A正确;根据同离子效应,由于③中NaHB抑制H2B的电离,则③中H2B电离程度比①H2B电离程度小,则c(H2B)最大的是③,故B正确;由于正盐溶液中c(B2-)浓度必然是最大的,弱酸H2B二级电离成B2-最难,则c(B2-)最小的是①,故C正确;因弱酸的一级电离为酸性的主要来源,由于相同浓度时的电离度α(H2B) >α(HB-),c(H+)最大的是①,故D错误。
11.(2022·济南外国语学校质检)下列有关溶液(室温下)的说法正确的是(  )
A.Na2CO3和NaHCO3形成的混合溶液中:2c(Na+)=3[c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)]
B.0.10 mol·L-1 NaHSO3溶液中通入NH3至溶液pH=7:c(Na+)>c(NH)>c(SO)
C.物质的量浓度相等的①(NH4)2SO4溶液、②NH4HCO3溶液、③NH4Cl溶液、④(NH4)2Fe(SO4)2溶液中,c(NH)的大小关系:④>①>②>③
D.0.10 mol·L-1 CH3COONa溶液中通入HCl至溶液pH=7:c(Na+)>c(CH3COOH)=c(Cl-)
答案 D
解析 A项,Na2CO3和NaHCO3形成的混合溶液的量未知,不能判断离子浓度大小,错误;B项,溶液中Na+与S原子的物质的量之比为1∶1,而NH与部分亚硫酸根离子结合,故c(Na+)>c(SO),由元素质量守恒可知,c(Na+)=c(SO)+c(HSO)+c(H2SO3),溶液呈中性,由电荷守恒得:c(Na+)+c(NH)=2c(SO)+c(HSO),联立可得:c(NH)+c(H2SO3)=c(SO),则c(SO)>c(NH),错误;C项,物质的量浓度相等的4组溶液,①、④NH的量多,②中HCO促进NH的水解,④中Fe2+抑制NH水解,所以c(NH)由大到小的顺序排列为④>①>③>②,错误;D项,0.10 mol·L-1 CH3COONa溶液中通入HCl至溶液pH=7,溶液中存在电荷守恒为c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(Cl-)+c(CH3COO-),元素质量守恒为c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH),得到c(CH3COOH)=c(Cl-),溶液中存在醋酸钠、氯化钠和醋酸,c(Na+)>c(Cl-),正确。
12.(2022·河北模拟)室温下,通过下列实验探究NH4HCO3的性质:
实验 实验操作和现象
1 用pH试纸测定0.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液的pH,测得pH约为10
2 向浓度为0.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液中加入足量NaOH,有刺激性气味气体产生
3 浓度均为2.0 mol·L-1 NH4HCO3溶液和NaCl溶液等体积混合,有晶体析出,过滤
下列说法正确的是(  )
A.0.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液中存在:c(H+)+c(H2CO3)=c(CO)+c(OH-)+c(NH3·H2O)
B.由实验1可得:Kb(NH3·H2O)C.实验2中发生反应的离子方程式:NH+OH-===NH3↑+H2O
D.实验3中所得滤液中存在:c(NH)+c(NH3·H2O)=c(H2CO3)+c(HCO)+c(CO)
答案 A
解析 根据质子守恒,0.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液中存在:c(H+)+c(H2CO3)=c(CO)+c(OH-)+c(NH3·H2O),A正确;由实验1溶液呈碱性可知,水解程度:NH Ka1(H2CO3),B错误;实验2中发生反应的离子方程式为HCO+OH-===CO+H2O,NH+OH-===NH3↑+H2O,C错误;析出晶体为NaHCO3,根据元素质量守恒,实验3中所得滤液中存在:c(NH)+c(NH3·H2O)=c(Cl-), c(Na+)=c(H2CO3)+c(HCO)+c(CO),c(Na+)c(H2CO3)+c(HCO)+c(CO),D错误。
13.(2022·连云港第二次调研)室温下,通过下列实验探究Na2SO3、NaHSO3溶液的性质。
实验 实验操作和现象
1 用pH试纸测定0.1 mol·L-1Na2SO3溶液的pH,测得pH约为10
2 向0.1 mol·L-1Na2SO3溶液中通入少量SO2,测得溶液pH约为8
3 用pH试纸测定0.1 mol·L-1NaHSO3溶液的pH,测得pH约为5
4 向0.1 mol·L-1Na2SO3溶液中通入少量Cl2,无明显现象
下列说法不正确的是(  )
A.0.1 mol·L-1Na2SO3溶液中存:c(OH-)=c(H+)+2c(H2SO3)+c(HSO)
B.实验2得到的溶液中存在:c(Na+)>c(HSO)+2c(SO)
C.实验3可以得出:Ka1(H2SO3)·Ka2(H2SO3)>Kw
D.实验4中反应后的溶液中存在:c(SO)+3c(SO)=c(H2SO3)
答案 D
解析 A项,Na2SO3是强碱弱酸盐,水解显碱性,溶液中存在质子守恒,c(OH-)=c(H+)+2c(H2SO3)+c(HSO),正确;B项,0.1 mol·L-1Na2SO3溶液中通入少量SO2,存在电荷守恒,c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HSO)+2c(SO),测得溶液pH约为8,所以c(H+)<c(OH-),所以c(Na+)>c(HSO)+2c(SO),正确;C项,由HSO??H++SO可得Ka2=,由HSO+H2O??H2SO3+OH-可得Kh1===,因为NaHSO3溶液显酸性,说明电离大于水解,所以Ka2>,即Ka1(H2SO3)·Ka2(H2SO3)>Kw,正确;D项,Na2SO3溶液中通入少量Cl2,会发生反应:Cl2+SO+H2O===SO+2H++2Cl-,SO+H+===HSO,即总式为3SO+Cl2+H2O===SO+2Cl-+2HSO,所以溶液为NaCl、Na2SO4、NaHSO3和Na2SO3的混合物,由实验3可知对于NaHSO3来说电离大于水解,所以c(SO)+3c(SO)>c(H2SO3),错误。
14.常温下,将某一元酸HA的溶液和KOH溶液等体积混合(忽略体积变化),两种溶液的浓度和混合后所得溶液的pH如表所示。
实验编号 起始浓度/(mol·L-1) 反应后溶液的pH
c(HA) c(KOH)
① 0.1 0.1 9
② x 0.2 7
下列判断不正确的是(  )
A.实验①反应后的溶液中:c(K+)>c(A-)>c(OH-)>c(H+)
B.实验①反应后的溶液中:c(OH-)=c(K+)-c(A-)= mol·L-1
C.实验②反应后的溶液中:c(A-)+c(HA)>0.1 mol·L-1
D.实验②反应后的溶液中:c(K+)=c(A-)>c(OH-)=c(H+)
答案 B
解析 实验①二者等浓度等体积混合恰好完全反应生成KA,反应后溶液的pH=9,即溶液显碱性,说明HA为弱酸,A-水解,A项正确;实验①反应后的溶液中,由电荷守恒式知c(H+)+c(K+)=c(A-)+c(OH-)知,c(K+)-c(A-)=c(OH-)-c(H+),B项错误;因为HA为弱酸,如果与等体积等浓度的KOH溶液混合,溶液显碱性,若溶液显中性,则在两溶液体积相等的条件下,HA溶液的浓度应大于0.2 mol·L-1,所以实验②反应后的溶液中,c(A-)+c(HA)>0.1 mol·L-1,C项正确;实验②反应后溶液显中性,根据电荷守恒得c(H+)+c(K+)=c(A-)+c(OH-),且c(H+)=c(OH-),则c(K+)=c(A-),即c(K+)=c(A-)>c(H+)=c(OH-),D项正确。
15.醋酸是日常生活中最常见的调味剂和重要的化工原料,醋酸钠是其常见的盐[已知:25 ℃,Ka(CH3COOH)=1.69×10-5]。请回答下列问题:
(1)下列对于醋酸溶液和醋酸钠溶液的说法正确的是________(填字母,下同)。
A.加水稀释,醋酸的电离程度增大,醋酸钠的水解程度减小
B.升高温度,可以促进醋酸的电离,抑制醋酸钠的水解
C.醋酸和醋酸钠混合液中,醋酸抑制醋酸钠的水解,醋酸钠抑制醋酸的电离
(2)物质的量浓度均为0.1 mol·L-1的CH3COOH和CH3COONa溶液等体积混合(混合前后体积变化忽略不计),混合液中的下列关系式正确的是________。
A.c(CH3COOH)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
B.c(H+)+c(Na+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
C.c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=0.1 mol·L-1
(3)常温时,pH=3的醋酸溶液和pH=11的NaOH溶液等体积混合后,溶液中c(Na+)_____(填“>”“<”或“=”)c(CH3COO-),该溶液中电荷守恒表达式为______________________。
(4)常温时,将m mol·L-1醋酸溶液和n mol·L-1 NaOH溶液等体积混合后,所得溶液的pH=7,则m与n的大小关系是m____(填“>”“<”或“=”,下同)n,醋酸溶液中c(H+)______NaOH溶液中c(OH-)。
答案 (1)C (2)BC (3)< c(H+)+c(Na+)=c(CH3COO-)+c(OH-) (4)> <
解析 (1)加水稀释或升高温度,醋酸的电离平衡和醋酸钠的水解平衡均正向移动,则醋酸的电离程度、醋酸钠的水解程度均增大,A、B错误。
(2)物质的量浓度均为0.1 mol·L-1的CH3COOH和CH3COONa溶液等体积混合,据电荷守恒可得:c(H+)+c(Na+)=c(CH3COO-)+c(OH-),根据元素质量守恒有2c(Na+)=c(CH3COOH)+c(CH3COO-),联立两式可得2c(H+)+c(CH3COOH)=c(CH3COO-)+2c(OH-),A错误、B正确;据元素质量守恒可得:c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=2c(Na+)=0.1 mol·L-1,C正确。
(3)常温时,pH=3的醋酸和pH=11的NaOH溶液等体积混合,发生中和反应后,醋酸剩余,所得溶液呈酸性,则有c(H+)>c(OH-);据电荷守恒可得:c(H+)+c(Na+)=c(CH3COO-)+c(OH-),从而推知:c(Na+)(4)常温时,将m mol·L-1醋酸溶液和n mol·L-1 NaOH溶液等体积混合后,所得溶液的pH=7,此时溶液呈中性;若二者恰好完全反应生成CH3COONa,溶液显碱性,欲使溶液呈中性,醋酸要稍过量,则有m>n。由于醋酸是弱电解质,部分电离,NaOH是强电解质,完全电离,若醋酸中c(H+)等于NaOH溶液中c(OH-),混合后醋酸远远过量,故醋酸溶液中c(H+)小于NaOH溶液中c(OH-)。
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第47讲 溶液中粒子浓度关系(原卷版)
学习目标
1.理解电解质溶液中的电离平衡和水解平衡。
2.掌握溶液中各组分之间的守恒关系与大小比较。
思维导图
考点一 “两大理论”与“三个守恒”
(一)熟悉“两大理论”,贯通思维障碍
1.电离平衡
(1)弱电解质的电离是微弱的,电离产生的微粒都非常少,同时还要考虑水的电离,如氨水中:NH3·H2O、NH、OH-浓度的大小关系是c(NH3·H2O)>c(OH-)>c(NH)。
(2)多元弱酸的电离是分步进行的,其主要是第一级电离(第一级电离程度远大于第二级电离)。如在H2S溶液中:H2S、HS-、S2-、H+的浓度大小关系是c(H2S)>c(H+)>c(HS-)>c(S2-)。
2.水解平衡
(1)水解过程是微弱的。如NH4Cl溶液中:NH、Cl-、NH3·H2O、H+的浓度大小关系是c(Cl-)>c(NH)>c(H+)>c(NH3·H2O)。
(2)多元弱酸酸根离子的水解是分步进行的,其主要是第一步水解,如在Na2CO3溶液中:CO、HCO、H2CO3的浓度大小关系应是c(CO)>c(HCO)>c(H2CO3)。
(二)巧用“三个守恒”,明确浓度关系
写出下列溶液中粒子守恒关系式
(1)Na2CO3溶液
①元素质量守恒:_____________________________________________________________。
②电荷守恒:_________________________________________________________________。
③质子守恒:________________________________________________________________。
(2)浓度均为0.1 mol·L-1 NH3·H2O和NH4Cl溶液等体积混合
①电荷守恒:_________________________________________________________________。
②元素质量守恒:________________________________________________________________。
(3)浓度为0.1 mol·L-1盐酸与0.1 mol·L-1 CH3COONa溶液等体积混合
①电荷守恒:_________________________________________________________________。
②元素质量守恒:________________________________________________________________。
小结
(1)电荷守恒电解质溶液必须保持电中性,即阴离子所带负电荷总数一定等于阳离子所带正电荷总数。
(2)元素质量守恒
变化前后某种元素的质量守恒。
①单一元素守恒,如1 mol NH3通入水中形成氨水,就有n(NH3)+n(NH3·H2O)+n(NH)=1 mol,即氮元素质量守恒。
②两元素守恒,如NaHCO3溶液中,c(Na+)=c(H2CO3)+c(HCO)+c(CO),即钠元素与碳元素质量守恒。
(3)质子守恒
电解质溶液中,由于电离、水解等过程的发生,往往存在质子(H+)的转移,转移过程中质子数量保持不变,称为质子守恒。
质子守恒的书写技巧:
①正盐溶液,用水溶液中得失质子相等比较简便。如Na2S水溶液中的质子转移情况图示如下:
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由图可得Na2S水溶液中质子守恒式:c(H+)+2c(H2S)+c(HS-)=c(OH-)
②酸式盐溶液及混合缓冲溶液,可以通过元素质量守恒和电荷守恒推出质子守恒表达式。如NaHCO3溶液中元素质量守恒:c(Na+)=c(HCO)+c(H2CO3)+c(CO)①,
电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(HCO)+c(OH-)+2c(CO)②,
将①代入②中,整理得质子守恒:c(H+)+c(H2CO3)=c(OH-)+c(CO)
题组练习
一、单一溶液中粒子浓度的关系
1.0.1 mol·L-1的NH4Cl溶液
(1)粒子种类:__________________________________________________________________。
(2)离子浓度大小关系:___________________________________________________________。
(3)元素质量守恒:______________________________________________________________。
2.判断正误,错误的写出正确的关系式。
(1)0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中:c(Na+)+c(H+)=c(HCO)+c(CO)+c(OH-)
(2)在Na2SO3溶液中:c(Na+)=2c(SO)+c(HSO)+c(OH-)
(3)0.1 mol·L-1 NH4HS溶液中:c(NH)<c(HS-)+c(H2S)+c(S2-)
(4)0.2 mol·L-1 NH4HCO3溶液(pH>7):c(NH)>c(H2CO3)>c(HCO)>c(NH3·H2O)
(5)室温下,0.1 mol·L-1 NH4Fe(SO4)2溶液中存在:c(NH)+3c(Fe3+)>2c(SO)
3.(2022·广东摸底考试)次磷酸(H3PO2)是一种一元弱酸,与等浓度等体积的NaOH完全反应后生成NaH2PO2,下列叙述错误的是(  )
A.NaH2PO2的水溶液加水稀释,增大
B.H3PO2溶液中存在电离平衡:H3PO2??H2PO+H+
C.NaH2PO2溶液中:c(Na+)>c(H2PO)>c(OH-)>c(H+)
D.NaH2PO2溶液中存在:c(H2PO)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)
二、混合溶液(缓冲溶液)中粒子浓度的关系判断
4.浓度均为0.1 mol·L-1的NaHCO3和Na2CO3混合溶液
(1)电荷守恒:________________________________________________________________。
(2)元素质量守恒:________________________________________________________。
(3)离子浓度由大到小的顺序:___________________________________________________。
5.常温下,NaOH和CH3COOH等浓度按1∶2体积比混合后pH<7
(1)溶液中粒子浓度的大小关系:____________________________________(水分子除外)。
(2)电荷守恒:________________________________________________________________。
(3)元素质量守恒:_______________________________________________________________。
(4)质子守恒:________________________________________________________________。
6.判断正误,错误的写出正确的关系式。
(1)0.1 mol·L-1 NaOH溶液和0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液等体积混合后:c(Na+)>c(CH3COO-)
>c(OH-)>c(H+)
(2)pH=3的盐酸和pH=11的氨水等体积混合:c(Cl-)>c(NH)>c(OH-)>c(H+)
(3)室温下,将浓度均为0.1 mol·L-1的氨水和NH4Cl溶液等体积混合(pH=9.25):c(NH)+c(H+)=c(NH3·H2O)+c(OH-)
(4)室温下,将浓度均为0.10 mol·L-1的H2C2O4和NaHC2O4溶液等体积混合(pH=1.68,H2C2O4为二元弱酸):c(H+)+c(H2C2O4)=c(Na+)+c(C2O)+c(OH-)
(5)0.1 mol·L-1Na2C2O4溶液与0.1 mol·L-1HCl溶液等体积混合(H2C2O4为二元弱酸):2c(C2O)+c(HC2O)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+)
(6)向NH4HSO4溶液中滴加NaOH溶液到恰好呈中性:c(Na+)>c(SO)>c(NH)>c(OH-)=c(H+)
7.(2022·深圳七中月考)Na2CO3 NaHCO3缓冲溶液可以将溶液pH控制在9.16~10.83范围内,25 ℃时,Ka1(H2CO3)=4×10-7、Ka2(H2CO3)=5×10-11,下列说法不正确的是(  )
A.0.5 mol·L-1的Na2CO3溶液pH约为12
B.pH=8的NaHCO3溶液中,水电离产生的c(OH-)=10-6 mol·L-1
C.0.1 mol·L-1的NaHCO3溶液中存在:c(HCO)>c(H2CO3)>c(CO)
D.pH=10的该缓冲溶液中存在:c(Na+)=c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)
小结
混合溶液中粒子浓度大小比较
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三、不同溶液中同一离子浓度的大小比较
8.选好参照物,分组比较,各个击破:
25 ℃时,相同物质的量浓度的下列溶液中:
①NH4Cl、②CH3COONH4、③NH4HSO4、④(NH4)2SO4、⑤(NH4)2Fe(SO4)2,c(NH)由大到小的顺序为________________。
9.比较下列几组溶液中指定离子浓度的大小。
(1)浓度均为0.1 mol·L-1的①H2S、②NaHS、③Na2S、④H2S和NaHS混合液,溶液pH从大到小的顺序是______________。
(2)相同浓度的下列溶液中:①CH3COONH4、②CH3COONa、③CH3COOH,c(CH3COO-)由大到小的顺序是________________________________________________________________。
(3)c(NH)相等的①(NH4)2SO4溶液、②NH4HSO4溶液、③(NH4)2CO3溶液、④NH4Cl溶液,其物质的量浓度由大到小的顺序为_________________________________________。
考点二 有关水溶液中平衡常数关系计算
1.水解常数与电离常数、水的离子积之间的关系
常温下,H2S的电离常数为Ka1、Ka2,推导Na2S溶液中S2-水解常数Kh1、Kh2与Ka1、Ka2的关系。
2.水解常数与溶度积、水的离子积之间的关系
常温下推导Cu2+的水解常数与溶度积、水的离子积之间的关系。
3.平衡常数与电离常数、溶度积之间的关系
(1)以反应CuS(s)+2Ag+(aq) Cu2+(aq)+Ag2S(s)为例,推导沉淀转化的平衡常数K。
(2)以反应ZnS(s)+2H+(aq) Zn2+(aq)+H2S(aq)为例,推导该沉淀溶解的平衡常数K。
题组练习
1.已知pKa=-lg Ka,且常温下H2CO3:pKa1=6.4,pKa2=10.3。则常温下CO的pKh1为________。
2.常温下,Ka(HF)=4.0×10-4,25 ℃时,1.0 mol·L-1HF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.NaHS可用于污水处理的沉淀剂。已知:25 ℃时,反应Hg2+(aq)+HS-(aqHgS(s)+H+(aq)的平衡常数K=1.75×1038,H2S的电离平衡常数Ka1=1.0×10-7,Ka2=7.0×10-15,计算Ksp(HgS)。
4.用40%的硫酸溶液吸收氨气获得(NH4)2SO4的稀溶液,测得常温下,该溶液的pH=5。
(1)计算的值[计算结果保留一位小数,已知Kb(NH3·H2O)=1.7×10-5]。
(2)若将该溶液蒸发掉一部分水后恢复至室温,推理分析浓缩后溶液中的值如何变化。
5.高铁酸钾(K2FeO4)是一种优良的水处理剂。25 ℃时,其水溶液中加酸或碱改变溶液的pH时,含铁粒子的物质的量分数δ(X)随pH的变化如图,已知δ(X)=。
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(1)由B点数据可知,H2FeO4的第一步电离常数Ka1=________。
(2)25 ℃,H2FeO4+H+H3FeO的平衡常数K________(填“>”“<”或“=”)100。
6.[2021·广东,18(1)(2)(3)]对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝(Al)、钼(Mo)、镍(Ni)等元素的氧化物,一种回收利用工艺的部分流程如下:
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已知:25 ℃时,H2CO3的Kal=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11;Ksp(BaMoO4)=3.5×10-8;Ksp(BaCO3)=2.6×10-9;该工艺中,pH>6.0时,溶液中Mo元素以MoO的形态存在。
(1)“焙烧”中,有Na2MoO4生成,其中Mo元素的化合价为__________。
(2)“沉铝”中,生成的沉淀X为________。
(3)“沉钼”中,pH为7.0。
①生成 BaMoO4的离子方程式为_________________________________________。
②若条件控制不当,BaCO3也会沉淀。为避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀,溶液中c(HCO)∶c(MoO)=__________________________(列出算式)时,应停止加入BaCl2溶液。
7.探究对氯苯甲酸(HA)在苯—水体系中的溶解状况。
已知:常温下,HA在水(W)和苯(B)两相间的分配系数:KD==1.00(只与温度有关)
在水中,HAH++A- ΔH>0,其Ka(HA)=1.00×10-4
在苯中,HA只发生二聚:2HA (HA)2
实验测得:水中c(A-)=5.00×10-4 mol·L-1时,苯中的c=7.05×10-4 mol·L-1
试回答下列问题:
(1)水溶液的pH=________(lg 5≈0.7)。
(2)在苯中二聚反应的平衡常数K=________(结果保留三位有效数字)。
(3)若向萃取体系中滴入少量浓盐酸,则苯中c将________(填“增大”“减小”或“不变”),理由是___________________________________________________。
高考真题
1.(2021·天津,10)常温下,下列有关电解质溶液的叙述正确的是(  )
A.在0.1 mol·L-1 H3PO4溶液中c(H3PO4)>c(H2PO)>c(HPO)>c(PO)
B.在0.1 mol·L-1 Na2C2O4溶液中c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HC2O)+c(C2O)
C.在0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中c(H2CO3)+c(HCO)=0.1 mol·L-1
D.氨水和NH4Cl溶液混合,形成pH=9的溶液中c(Cl-)>c(NH)>c(OH-)>c(H+)
2.(2022·江苏,12)一种捕集烟气中CO2的过程如图所示。室温下以0.1 mol·L-1 KOH溶液吸收CO2,若通入CO2所引起的溶液体积变化和H2O挥发可忽略,溶液中含碳物种的浓度c总=c(H2CO3)+c(HCO)+c(CO)。H2CO3电离常数分别为Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.4×10-11。下列说法正确的是 (  )
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A.KOH吸收CO2所得到的溶液中:c(H2CO3)>c(HCO)
B.KOH完全转化为K2CO3时,溶液中:c(OH-)=c(H+)+c(HCO)+c(H2CO3)
C.KOH溶液吸收CO2,c总=0.1 mol·L-1溶液中:c(H2CO3)>c(CO)
D.如图所示的“吸收”“转化”过程中,溶液的温度下降
巩固练习
1.(2022·广东模拟)对于0.1 mol·L-1 NH4Cl溶液,下列说法不正确的是(  )
A.溶液中c(Cl-)>c(NH)>c(H+)>c(OH-)
B.溶液中存在:c(H+)+c(NH)=c(Cl-)+c(OH-)
C.适当升高温度,溶液中c(H+)减小
D.工业上可用于除去铁锈
2.用物质的量都是0.1 mol的CH3COOH和CH3COONa配成1 L混合溶液,已知其中c(CH3COO-)>c(Na+),对该溶液的下列判断正确的是(  )
A.c(H+)>c(OH-) B.c(CH3COO-)=0.1 mol·L-1
C.c(CH3COOH)>c(CH3COO-) D.c(CH3COO-)+c(OH-)=0.1 mol·L-1
3.(2022·河北开滦二中模拟)氰化氢(HCN)可应用于电镀业(镀铜、镀金、镀银)、采矿业等。常温下,浓度均为0.01 mol·L-1的HCN和NaCN的混合溶液的pH≈8,下列说法正确的是(  )
A.常温下,Ka(HCN)≈10-8
B.该混合溶液中水的电离程度大于纯水中水的电离程度
C.该混合溶液中c(HCN)D.该混合溶液中c(CN-)+c(HCN)=c(Na+)
4.一定温度下,下列溶液的离子浓度关系式正确的是(  )
A.pH=5的H2S溶液中,c(H+)=c(HS-)=1×10-5 mol·L-1
B.pH=a的氨水,稀释10倍后,其pH=b,则a=b+1
C.pH=2的H2C2O4溶液与pH=12的NaOH溶液以任意比例混合:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HC2O)
D.pH相同的①CH3COONa、②NaHCO3、③NaClO三种溶液的c(Na+):①>②>③
5.(2022·河北保定模拟)常温下,下列溶液中的微粒浓度关系正确的是(  )
A.NaH2PO4溶液中:c(H+)+c(H3PO4)=c(OH-)+c(PO)+c(HPO)
B.pH=7的CH3COOH和CH3COONa混合溶液中:c(Na+)=c(CH3COO-)
C.NH4Cl溶液中:c(Cl-)>c(NH)>c(OH-)>c(H+)
D.等物质的量浓度的Na2S和NaHS混合溶液中:c(Na+)=c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)
6.(2021·河北1月选考模拟,9)醋酸为一元弱酸,25 ℃时,其电离常数Ka=1.75×10-5。下列说法错误的是(  )
A.0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液的pH在2~3范围内
B.CH3COONa溶液中,c(CH3COOH)+c(H+)=c(OH-)
C.将0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液加水稀释,其电离常数和均不变
D.等体积的0.1 mol·L-1 NaOH溶液和0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液混合后,溶液pH>7,且c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
7.(2021·湖北1月选考模拟,15)25 ℃时,按下表配制两份溶液。
一元弱酸溶液 加入的NaOH溶液 混合后所得溶液
HA 10.0 mL 0.20 mol·L-1 5.0 mL 0.20 mol·L-1 溶液ⅠpH=5.0
HB 10.0 mL 0.20 mol·L-1 5.0 mL 0.20 mol·L-1 溶液ⅡpH=4.0
下列说法错误的是(  )
A.溶液Ⅰ中,c(A-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)
B.Ⅰ和Ⅱ的pH相差1.0,说明=10
C.混合Ⅰ和Ⅱ:c(Na+)+c(H+)=c(A-)+c(B-)+c(OH-)
D.混合Ⅰ和Ⅱ:c(HA)>c(HB)
8.常温下,下列溶液中,有关微粒的物质的量浓度关系不正确的是(  )
A.0.1 mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2溶液:c(SO)>c(NH)>c(Fe2+)>c(H+)
B.将10 mL 0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液逐滴滴加到10 mL 0.1 mol·L-1盐酸中:c(Na+)>c(Cl-)
>c(CO)>c(HCO)
C.0.01 mol·L-1 NaOH溶液与等体积pH=2的醋酸混合后的溶液中:c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)
>c(OH-)
D.0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液:c(H+)+2c(H2CO3)=c(OH-)+c(CO)
9.25 ℃时,在10 mL浓度均为0.1 mol·L-1 的NaOH和NH3·H2O混合溶液中滴加0.1 mol·L-1的盐酸,下列有关溶液中粒子浓度关系正确的是(  )
A.未加盐酸时:c(OH-)>c(Na+)=c(NH3·H2O) B.加入10 mL盐酸时:c(NH)+c(H+)=c(OH-)
C.加入盐酸至溶液pH=7时:c(Cl-)=c(Na+) D.加入20 mL盐酸时: c(Cl-)=c(NH)+c(Na+)
10.(2022·成都模拟)某二元弱酸(简写为H2B)溶液,按下式发生一级和二级电离:
H2BH++HB-
HB-H++B2-
已知相同浓度时的电离度:α(H2B)>α(HB-),现有下列四种溶液:
①0.01 mol·L-1的H2B溶液
②0.01 mol·L-1的NaHB溶液
③0.02 mol·L-1的HCl溶液与0.04 mol·L-1的NaHB溶液等体积混合后的溶液
④0.02 mol·L-1的NaOH溶液与0.02 mol·L-1的NaHB溶液等体积混合后的溶液
下列说法错误的是(  )
A.溶液④一定显碱性 B.c(H2B)最大的是③ C.c(B2-)最小的是① D.c(H+)最大的是③
11.(2022·济南外国语学校质检)下列有关溶液(室温下)的说法正确的是(  )
A.Na2CO3和NaHCO3形成的混合溶液中:2c(Na+)=3[c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)]
B.0.10 mol·L-1 NaHSO3溶液中通入NH3至溶液pH=7:c(Na+)>c(NH)>c(SO)
C.物质的量浓度相等的①(NH4)2SO4溶液、②NH4HCO3溶液、③NH4Cl溶液、④(NH4)2Fe(SO4)2溶液中,c(NH)的大小关系:④>①>②>③
D.0.10 mol·L-1 CH3COONa溶液中通入HCl至溶液pH=7:c(Na+)>c(CH3COOH)=c(Cl-)
12.(2022·河北模拟)室温下,通过下列实验探究NH4HCO3的性质:
实验 实验操作和现象
1 用pH试纸测定0.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液的pH,测得pH约为10
2 向浓度为0.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液中加入足量NaOH,有刺激性气味气体产生
3 浓度均为2.0 mol·L-1 NH4HCO3溶液和NaCl溶液等体积混合,有晶体析出,过滤
下列说法正确的是(  )
A.0.1 mol·L-1 NH4HCO3溶液中存在:c(H+)+c(H2CO3)=c(CO)+c(OH-)+c(NH3·H2O)
B.由实验1可得:Kb(NH3·H2O)C.实验2中发生反应的离子方程式:NH+OH-===NH3↑+H2O
D.实验3中所得滤液中存在:c(NH)+c(NH3·H2O)=c(H2CO3)+c(HCO)+c(CO)
13.(2022·连云港第二次调研)室温下,通过下列实验探究Na2SO3、NaHSO3溶液的性质。
实验 实验操作和现象
1 用pH试纸测定0.1 mol·L-1Na2SO3溶液的pH,测得pH约为10
2 向0.1 mol·L-1Na2SO3溶液中通入少量SO2,测得溶液pH约为8
3 用pH试纸测定0.1 mol·L-1NaHSO3溶液的pH,测得pH约为5
4 向0.1 mol·L-1Na2SO3溶液中通入少量Cl2,无明显现象
下列说法不正确的是(  )
A.0.1 mol·L-1Na2SO3溶液中存:c(OH-)=c(H+)+2c(H2SO3)+c(HSO)
B.实验2得到的溶液中存在:c(Na+)>c(HSO)+2c(SO)
C.实验3可以得出:Ka1(H2SO3)·Ka2(H2SO3)>Kw
D.实验4中反应后的溶液中存在:c(SO)+3c(SO)=c(H2SO3)
14.常温下,将某一元酸HA的溶液和KOH溶液等体积混合(忽略体积变化),两种溶液的浓度和混合后所得溶液的pH如表所示。
实验编号 起始浓度/(mol·L-1) 反应后溶液的pH
c(HA) c(KOH)
① 0.1 0.1 9
② x 0.2 7
下列判断不正确的是(  )
A.实验①反应后的溶液中:c(K+)>c(A-)>c(OH-)>c(H+)
B.实验①反应后的溶液中:c(OH-)=c(K+)-c(A-)= mol·L-1
C.实验②反应后的溶液中:c(A-)+c(HA)>0.1 mol·L-1
D.实验②反应后的溶液中:c(K+)=c(A-)>c(OH-)=c(H+)
15.醋酸是日常生活中最常见的调味剂和重要的化工原料,醋酸钠是其常见的盐[已知:25 ℃,Ka(CH3COOH)=1.69×10-5]。请回答下列问题:
(1)下列对于醋酸溶液和醋酸钠溶液的说法正确的是________(填字母,下同)。
A.加水稀释,醋酸的电离程度增大,醋酸钠的水解程度减小
B.升高温度,可以促进醋酸的电离,抑制醋酸钠的水解
C.醋酸和醋酸钠混合液中,醋酸抑制醋酸钠的水解,醋酸钠抑制醋酸的电离
(2)物质的量浓度均为0.1 mol·L-1的CH3COOH和CH3COONa溶液等体积混合(混合前后体积变化忽略不计),混合液中的下列关系式正确的是________。
A.c(CH3COOH)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
B.c(H+)+c(Na+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
C.c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=0.1 mol·L-1
(3)常温时,pH=3的醋酸溶液和pH=11的NaOH溶液等体积混合后,溶液中c(Na+)_____(填“>”“<”或“=”)c(CH3COO-),该溶液中电荷守恒表达式为______________________。
(4)常温时,将m mol·L-1醋酸溶液和n mol·L-1 NaOH溶液等体积混合后,所得溶液的pH=7,则m与n的大小关系是m____(填“>”“<”或“=”,下同)n,醋酸溶液中c(H+)______NaOH溶液中c(OH-)。
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