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专题3 水溶液中的离子反应
专题知识体系构建与核心素养提升
在学习化学平衡的基础上，本专题系统地学习研究了弱电解质的电离平衡、盐类的水解和沉淀溶解平衡。通过分析推理等方法认识三大平衡的本质特征，建立相关的思维模型，并能运用模型解释三大平衡的移动及其应用。围绕弱电解质的判断、盐类水解的判断、难溶电解质溶解平衡的判断等问题，设计实验进行科学探究。由此可见，本专题的学习对促进“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等化学核心素养的发展具有重要的价值。
例1　下列事实能说明亚硝酸是弱电解质的是(　　)
①25 ℃时亚硝酸钠溶液的pH大于7
②用HNO2溶液做导电性实验，灯泡很暗
③HNO2溶液不与Na2SO4溶液反应
④0.1 mol·L－1 HNO2溶液的pH＝2.1
A．①②③ B．②③④ C．①④ D．①②④
答案　C
解析　①25 ℃时亚硝酸钠溶液的pH大于7，说明亚硝酸钠是强碱弱酸盐，则亚硝酸是弱酸，故正确；②溶液导电能力与离子浓度有关，未说明HNO2溶液浓度，用HNO2溶液做导电性实验，灯泡很暗，不能说明亚硝酸部分电离，也就不能说明亚硝酸是弱电解质，故错误；③HNO2溶液不与Na2SO4溶液反应，只能说明不符合复分解反应发生的条件，并不能说明HNO2是弱酸，故错误；④0.1 mol·L－1 HNO2溶液的pH＝2.1，氢离子浓度小于酸的浓度，说明亚硝酸部分电离，为弱电解质，故正确。故选C。
例2　NaOH溶液滴定邻苯二甲酸氢钾(邻苯二甲酸H2A的Ka1＝1.1×10－3，Ka2＝3.9×10－6)溶液，混合溶液的相对导电能力变化曲线如图所示，其中b点为反应终点。下列叙述错误的是(　　)
A．混合溶液的导电能力与离子浓度和种类有关
B．Na＋与A2－的导电能力之和大于HA－的
C．b点的混合溶液pH＝7
D．c点的混合溶液中，c(Na＋)>c(K＋)>c(OH－)
答案　C
解析　滴定至终点时发生反应：2NaOH＋2KHA===K2A＋Na2A＋2H2O。溶液导电能力与溶液中离子浓度和种类有关，离子浓度越大、所带电荷越多，其导电能力越强，A项正确；图像中纵轴表示“相对导电能力”，随着NaOH溶液的滴加，溶液中c(K＋)、c(HA－)逐渐减小，而Na＋、A2－的物质的量逐渐增大，由题图可知，溶液的相对导电能力逐渐增强，说明Na＋与A2－的导电能力之和大于HA－的导电能力，B项正确；本实验默认在常温下进行，滴定终点时，溶液中的溶质为邻苯二甲酸钠和邻苯二甲酸钾，由于邻苯二甲酸是弱酸，所以溶液呈碱性，pH>7，C项错误；滴定终点时，c(K＋)＝c(Na＋)，a点到b点加入NaOH溶液的体积大于b点到c点的，故c点时c(K＋)>c(OH－)，所以c(Na＋)>c(K＋)>c(OH－)，D项正确。
例3　绚丽多彩的无机颜料的应用曾创造了古代绘画和彩陶的辉煌。硫化镉(CdS)是一种难溶于水的黄色颜料，其在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．图中a和b分别为T1、T2温度下CdS在水中的溶解度
B．图中各点对应的Ksp的关系为：Ksp(m)＝Ksp(n)C．向m点的溶液中加入少量Na2S固体，溶液组成由m沿mpn线向p方向移动
D．温度降低时，q点的饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动
答案　B
解析　a、b分别表示温度为T1、T2时溶液中Cd2＋和S2－的物质的量浓度，可间接表示对应温度下CdS在水中的溶解度，A项正确；Ksp只受温度影响，即m、n、p三点对应的Ksp相同，又T1例4　(八省联考·江苏，12)室温下，通过下列实验探究Na2CO3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－1 Na2CO3溶液的pH，测得pH约为12
2 向0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中加入过量0.2 mol·L－1 CaCl2溶液，产生白色沉淀
3 向0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中通入过量CO2，测得溶液pH约为8
4 向0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中滴加几滴0.05 mol·L－1 HCl，观察不到实验现象
下列有关说法正确的是(　　)
A．0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中存在c(OH－)＝c(H＋)＋2c(H2CO3)＋c(HCO)
B．实验2反应静置后的上层清液中有c(Ca2＋ )·c(CO)＜Ksp(CaCO3)
C．实验3得到的溶液中有c(HCO)＜c(CO)
D．实验4中反应的化学方程式为H＋＋OH－===H2O
答案　A
解析　0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中存在质子守恒：c(OH－)＝c(H＋)＋2c(H2CO3)＋c(HCO)，故A正确；实验2反应静置后的上层清液是饱和溶液，此时达到沉淀溶解平衡，c(Ca2＋)·c(CO)＝Ksp(CaCO3)，故B错误；向0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中通入过量CO2，发生反应：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3, HCO水解程度大于其电离程度，溶液显碱性，但水解和电离的部分还是少量，所以c(HCO)＞c(CO)，故C错误；向0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中滴加几滴0.05 mol·L－1 HCl，反应的化学方程式为Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl，故D错误。
例5　盐泥是氯碱工业中的废渣，主要成分是镁的硅酸盐和碳酸盐(含少量铁、铝、钙的盐)。实验室以盐泥为原料制取MgSO4·7H2O的实验过程如下：
→→产品
已知：①室温下，Ksp[Mg(OH)2]＝6.0×10－12。
②在溶液中，Fe2＋、Fe3＋、Al3＋从开始沉淀到沉淀完全的pH范围依次为7.1～9.6、2.0～3.7、3.1～4.7。
③三种化合物的溶解度(S)随温度变化的曲线如图所示。
(1)在盐泥中加入稀硫酸调pH为1～2以及煮沸的目的是____________________________。
(2)若室温下的溶液中Mg2＋的浓度为6.0 mol·L－1，则溶液pH≥______才可能产生Mg(OH)2沉淀。
(3)由滤液Ⅰ到滤液Ⅱ需先加入NaClO调溶液pH约为5，再趁热过滤，则趁热过滤的目的是__________________________，滤渣的主要成分是____________________。
(4)从滤液Ⅱ中获得MgSO4·7H2O晶体的实验步骤依次为：①向滤液Ⅱ中加入____________；②过滤，得沉淀；③_________________；④蒸发浓缩，降温结晶；⑤过滤、洗涤得产品。
(5)若获得的MgSO4·7H2O的质量为24.6 g，则该盐泥中镁[以Mg(OH)2计]的百分含量为______________(MgSO4·7H2O的相对分子质量为246)。
答案　(1)提高Mg2＋的浸取率(其他合理答案均可)　(2)8　(3)温度较高时钙盐与镁盐分离得更彻底(或高温下CaSO4·2H2O溶解度小等合理答案均可)　Al(OH)3、Fe(OH)3、CaSO4·2H2O　(4)NaOH溶液　向沉淀中加足量稀硫酸(合理答案均可)　(5)20.0%
解析　(1)加入稀硫酸可以使镁的硅酸盐或碳酸盐充分转化成Mg2＋。
(2)由Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)可得，c(OH－)＝＝ mol·L－1
＝1×10－6 mol·L－1，则c(H＋)＝10－8mol·L－1，所以pH＝8。
(3)加入NaClO，可以把Fe2＋氧化成Fe3＋，当pH大约为5时，Fe3＋、Al3＋转化成沉淀；根据溶解度曲线，温度较高时，CaSO4·2H2O的溶解度更小，所以滤渣的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3和CaSO4·2H2O。
(5)根据镁元素守恒得该盐泥中镁的百分含量为×100%＝20.0%。

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