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化学课件_2012高考化学二轮优化课件:第1部分 专题2-第4讲水溶液中的离子*衡329706

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第4讲 水溶液中的离子*衡

一、电离*衡、水解*衡、沉淀溶解*衡及影响因素 1.比较

2.溶液稀释后粒子浓度的变化

[易错警示] 1.易溶于水的电解质不一定是强电解质,如HF、CH3COOH。 难溶于水的电解质不一定是弱电解质,如CaCO3、BaSO4。 2.强电解质溶液的导电能力不一定比弱电解质溶液强。

4.误认为Ksp越小,物质的溶解能力越弱。只有物质类型相同时 (如AB型、AB2型等),Ksp越小,难溶电解质在水中的溶解能力越弱。 若物质类型不同如Mg(OH)2和AgCl,Ksp不能直接用于判断物质溶 解能力的强弱。

5.一定温度下,溶解度受溶液中相同离子浓度的影响,而Ksp不
受影响。如一定温度下,Mg(OH)2在MgCl2溶液中的溶解度要小于

在纯水中的溶解度,而Ksp[Mg(OH)2]则不变。

二、溶液pH值的计算 解题思路:酸按酸,碱按碱,即

1.同性溶液的混合(累积法) (1)两强酸混合 c1?H ?V1+c2?H ?V2 c(H )混= V1+V2
+ + +

(2)两强碱混合 c1?OH ?V1+c2?OH ?V2 - c(OH )混= ,再根据KW计算c(H+),最后计 V1+V2
- -

算出pH。

2.异性溶液的混合(抵消法) (1)若酸过量,则 c1?H ?V1-c2?OH ?V2 + c(H )过= V1+V2
+ -

(2)若碱过量,则 c1?OH-?V1-c2?H+?V2 - + c(OH )过= ,再根据KW计算c(H ),最后计算 V1+V2 出pH。 3.酸碱等体积混合后溶液酸碱性的判断 (1)pH之和为14时等体积混合——显弱者性。

4.酸碱中和的体积比计算 pH=a的强酸与pH=b的强碱完全中和时的体积比为 V?酸? 10a b + - = 14 =10a b 14。 V?碱? 10 5.溶液稀释后pH值的判断(25 ℃) (1)强酸、强碱每稀释10n倍,pH改变n个单位,但pH(稀)以7为限。 (2)弱酸、弱碱和水解的盐溶液每稀释10n倍,pH改变量小于n个 单位。


[特别提醒] (1)pH试纸不能用蒸馏水湿润。 (2)广泛pH试纸所测pH值只能是整数。 (3)要测定溶液pH值的精确值可用pH计(酸度计)或精密pH试纸。

[易错警示] 1.不能正确判断水电离的H+浓度(或OH-浓度)。认为25 ℃pH=4的溶液 中水电离的H+浓度一定是10-10 mol· -1。若为酸时,水电离的H+浓度为10-10 L mol· 1;若为盐溶液时(如NH4Cl),水电离的H 浓度为10 L
- + -4

mol· 1。 L



2.室温下,pH=10和pH=12的NaOH溶液等体积混合,混合溶液中c(H+) 10-10+10-12 不等于 mol· -1。正确计算:法一:碱接碱: L 2 10 4+10 2 c(OH )混= =50.5×10-4 mol· -1 L 2
- - -

1.0×10-14 -12 - c(H )= mol· 1 L -3≈2×10 5.05×10


法二:等体混和后pH=大-0.3=12-0.3 c(H )=10
+ - pH

=100.3

-12

=100.3×10

-12

=2×10

-12

mol· L

-1

1×10-14 3.已知c(OH-)求c(H+)或pH值时,不考虑温度,直接用c(H+)= - c?OH ?

三、比较溶液中离子浓度的方法及规律 1.基本思路

2.三个守恒 (1)电荷守恒规律

如在Na2CO3溶液中存在着Na 、CO2 、H 、OH 、HCO3 ,它们存在 3 如下关系:c(Na+)+c(H+)=2c(CO2-)+c(HCO-)+c(OH-)。 3 3











(2)物料守恒规律 电解质溶液中,由于某些离子能水解或电离,离子种类增多,但 某些关键性的原子总是守恒的。

- c(Na+)=2[c(CO2-)+c(HCO3 )+c(H2CO3)] 3

(3)质子守恒规律 即H2O电离的氢离子和氢氧根离子浓度相等。在Na2CO3溶液中水 电离出OH-和H+,其中H+以H+、HCO-、H2CO3三种形式存在于溶 3 液中,则有c(OH-)=c(H+)+c(HCO-)+2c(H2CO3) 3

[特别提醒] 由上述电荷守恒式减去物料守恒式也可求出质子守恒式。

3.两种形式 (1)等式 对于等式通常有两个,即电荷守恒、物料守恒,一些复杂的等式 往往是对两个守恒关系式经过变形而得,或代入某些题所给已知条 件而得。 (2)不等式

对于不等式,要具体分析溶液中各种电离方程式、水解方程式、
溶液的酸碱性,对于连写的不等式,要注意避免一些明显的错误, 只要有一处错误整个式子就错了。

4.两个注意
(1)不同溶液中同一离子浓度的比较要看溶液中其他离子对该离子 的影响。 (2)混合溶液中各离子浓度的比较要综合考虑电离因素、水解因素

等。

强弱电解质的比较 [例1] (2011年高考山东理综)常温下,H2SO3的电离常数Ka1= 1.2×10-2,Ka2=6.3×10-8;H2CO3的电离常数Ka1=4.5×10-7, Ka2=4.7×10-11。某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3:将 SO2和CO2气体分别通入水中至饱和,立即用酸度计测两溶液的pH, 若前者的pH小于后者,则H2SO3酸性强于H2CO3。该实验设计不正 确,错误在于_______。 设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现 象和结论)。______。 仪器自选。 供选择的试剂:CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、 NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH 试纸。

[解析] 要用测pH的方法比较酸性强弱,使用的酸的浓度应相
等。该实验中SO2和CO2均饱和,而SO2的溶解度远大于CO2,故 c(H2SO3)>c(H2CO3),H2SO3溶液的pH小,不能说明其酸性强。要

验证酸性:H2SO3>H2CO3,可有多种方案:
方案一:配制相同物质的量浓度的NaHSO3和NaHCO3溶液,用 酸度计(或pH试纸)测两溶液的pH。前者的pH小于后者,证明

H2SO3酸性强于H2CO3。
方案二:将SO2气体依次通过NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性 KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水。品红溶液不褪色、且澄清

石灰水变浑浊,证明H2SO3酸性强于H2CO3。
方案三:将CO2气体依次通过NaHSO3(或Na2SO3)溶液,品红溶 液。品红溶液不褪色,证明H2SO3酸性强于H2CO3。

[答案] 用于比较pH的两种酸的物质的量浓度不相等 方案如下:

三种参考

方案一:配制相同物质的量浓度的NaHSO3和NaHCO3溶液,用 酸度计(或pH试纸)测两溶液的pH。前者的pH小于后者,证明H2SO3 酸性强于H2CO3。 方案二:将SO2气体依次通过NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性 KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水。品红溶液不褪色、且澄清石

灰水变浑浊,证明H2SO3酸性强于H2CO3。
方案三:将CO2气体依次通过NaHSO3(或Na2SO3)溶液,品红溶液 。品红溶液不褪色,证明H2SO3酸性强于H2CO3。

1.(2011年高考山东理综)室温下向10 mL pH=3的醋酸溶液中加水稀 释后,下列说法正确的是( )

A.溶液中导电粒子的数目减少 c?CH3COO ? B.溶液中 不变 c?CH3COOH?· c?OH-?


C.醋酸的电离程度增大,c(H+)亦增大 D.再加入10 mL pH=11的NaOH溶液,混合液pH=7

解析:A项,醋酸加水稀释,促进电离,导电离子的数目增加,故A c?CH3COO-?· +? c?H 错误;B项,由于温度不变,电离*衡常数K= = c?CH3COOH? c?CH3COO-? Kw · 不变,由于Kw不变,则题给比值不变,故B正 c?CH3COOH? c?OH-? 确;C项,醋酸加水稀释,电离程度增大,但c(H+)变小,故C错误; D项,加入10 mL pH=11的NaOH溶液,醋酸过量,混合后溶液显酸 性,故D错误。

答案:B

水的电离和溶液的酸碱性

[例2] (2011年高考安徽理综)室温下,将1.000 mol· -1盐酸滴入 L 20.00 mL 1.000 mol· -1氨水中,溶液pH和温度随加入盐酸体积变 L 化曲线如右图所示。下列有关说法正确的是( ) A.a点由水电离出的c(H+)=1.0×10-14 mol· -1 L B.b点:c(NH 4 +)+c(NH3· 2O)=c(Cl-) H C.c点:c(Cl-)=c(NH 4 +) D.d点后,溶液温度略下降的主要原因是NH3· 2O电离吸热 H

[解析] a点时氨水中的H+全部来自水的电离,此时pH<14, 故c(H+)>1.0×10-14mol·L-1,A错误;b点时溶液显碱性,则氨水 过量,c(NH 4 +)+c(NH3·H2O)>c(Cl-),B错误;c点时pH=7, 则c(H+)=c(OH-),根据电荷守恒:c(Cl-)+c(OH-)=c(NH 4 +)+ c(H+),推出c(Cl-)=c(NH 4 +),C正确;d点后主要存在NH 4 +的水解 反应,该反应吸热,D错误。 [答案] C

2.(2011年衡中一调)常温下,下列叙述不正确的是(

)

A.pH=3的弱酸溶液与pH=11的强碱溶液等体积混合后溶液呈酸 性 B.pH=5的硫酸溶液稀释到原来的500倍,稀释后c(SO2-)与c(H+) 4 之比约为1∶10 C.0.1 mol/L的Na2S溶液中粒子浓度关系:c(OH-)=c(HS-)+ 2c(H2S)+c(H+) D.中和10 mL 0.1 moL/L醋酸与100 mL 0.01 mol/L醋酸所需NaOH 的物质的量后者多

解析:A项,pH=3的弱酸溶液与pH=11的强碱溶液等体积混合,弱 酸浓度大,有大量剩余,反应后溶液显酸性。B项,pH=5的硫酸溶液 稀释到原来的500倍,则溶液接*于中性,c(H )约为10
+ -7

mol/L,

c(SO2-)=10-5/(2× 500)=10-8 mol/L,则c(SO2-)∶c(H+)=1∶10。C 4 4 项,Na2S溶液中水电离的H+与OH-浓度相等,依据质子守恒:c(OH-) =c(HS-)+2c(H2S)+c(H+)。D项,两份醋酸的物质的量相同,则所需 NaOH的物质的量相同,错误。

答案:D

考查盐类水解和离子浓度大小的比较
[例3] (2011年高考江苏化学)(双选)下列有关电解质溶液中微粒的物质 )

的量浓度关系正确的是(

A.在0.1 mol· -1NaHCO3溶液中:c(Na+)>c(HCO-)>c(CO2-) L 3 3 >c(H2CO3) B.在0.1 mol· 1Na2CO3溶液中:c(OH )-c(H )=c(HCO3 )+ L 2c(H2CO3) C.向0.2 mol· -1 NaHCO3溶液中加入等体积0.1 mol· -1NaOH溶 L L 液:c(CO2 )>c(HCO3 )>c(OH )>c(H ) 3 D.常温下,CH3COONa和CH3COOH混合溶液[pH=7,c(Na ) =0.1 mol· 1]:c(Na )=c(CH3COO )>c(CH3COOH)>c(H )=c(OH ) L
- + - + - + - - - + - - + -

[解析]

A项中在NaHCO3溶液中,HCO-的水解程度大于HCO-的 3 3

电离程度,故离子浓度:c(H2CO3)>c(CO2-);根据Na2CO3溶液中电 3 荷守恒和物料守恒可知B项正确;C选项中二者恰好反应生成等物质 的量的Na2CO3和NaHCO3,由于CO2-的水解程度大于HCO-的电离 3 3
- 程度,因此c(HCO3 )>c(CO2-),故C错;根据电荷守恒和物料守恒可 3

知D项正确。

[答案] BD

3.(2011年高考大纲全国理综)室温时,将浓度和体积分别为c1、

V1的NaOH溶液和c2、V2的CH3COOH溶液相混合,下列关于该混
合溶液的叙述错误的是( )

A.若pH>7,则一定是c1V1=c2V2
B.在任何情况下都是c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-) C.当pH=7时,若V1=V2,则一定是c2>c1 D.若V1=V2,c1=c2,则c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=c(Na+)

解析:NaOH溶液与CH3COOH溶液混合时发生反应:

CH3COOH+NaOH===CH3COONa+H2O,二者恰好完全反应时,
生成CH3COONa,溶液显碱性。A项pH>7,可能是二者恰好反应或 NaOH溶液过量,则有c1V1≥c2V2;B项任何情况下溶液都呈电中性, 则有c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-);C项NaOH与 CH3COOH恰好完全反应时,溶液呈碱性,若pH=7,CH3COOH 应稍过量,即n(CH3COOH)>n(NaOH),当V1=V2时,则有c2>c1;D 项当V1=V2,c1=c2时,NaOH与CH3COOH恰好完全反应生成 CH3COONa,CH3COONa部分发生水解生成CH3COOH,根据物料 守恒可得:c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)。 答案:A

沉淀溶解*衡 [例4] (2010年高考山东理综)某温度下,Fe(OH)3(s)、Cu(OH)2(s) 分别在溶液中达到沉淀溶解*衡后,改变溶液pH,金属阳离子浓度 的变化如图所示。据图分析,下列判断错误的是( ) A.Ksp[Fe(OH)3]<Ksp[Cu(OH)2] B.加适量NH4Cl固体可使溶液由a点变到 b点 C.c、d两点代表的溶液中 c(H+)与c (OH-)乘积相等 D.Fe(OH)3、Cu(OH)2分别在b、c两点代表的溶液中达到饱和

[解析] b、c两点金属阳离子的浓度相等,设都为x, c(OH-)c=10-9.6,c(OH-)b=10-12.7,则Ksp[Fe(OH)3]=x· - (10
12.7)3,K [Cu(OH) ]=x· -9.6)2,故K [Fe(OH) ]<K [Cu(OH) ],A (10 sp 2 sp 3 sp 2

正确;a点到b点溶液的pH增大,碱性增强,而NH4Cl溶解于水后溶 液显酸性,故B错;只要温度一定,Kw就一定,故C正确;溶度积 曲线上的点代表的溶液都已饱和,曲线左下方的点都不饱和,右上 方的点都是Qc>Ksp,沉淀要析出,故D正确。

[答案] B

运用化学反应原理研究卤族元素性质具有重要意义。
(1)下列关于氯水的叙述正确的是________(填写符号)。 a.氯水中存在两种电离*衡 b.向氯水中通入SO2,其漂白性增强 c.向氯水中通入氯气,c(H+)/c(ClO-)减小 d.加水稀释氯水,溶液中的所有离子浓度均减小 e.加水稀释氯水,水的电离*衡向正反应方向移动

f.向氯水中加少量固体NaOH,可能有c(Na+)=c(Cl-)+c(ClO-)
(2)常温下,已知25 ℃时有关弱酸的电离*衡常数:

写出84消毒液露置在空气中发生反应的离子方程式_______。

(3)电解饱和食盐水可得到溶质为M的碱溶液,常温下将浓度为c1
的M溶液与0.1 mol· -1的一元酸HA等体积混合,所得溶液pH=7, L 则c1________0.1 mol· -1(选填“≥”、“=”或“≤”),溶液中离子 L 浓度的大小关系为__________。若将上述“0.1 mol· -1的一元酸HA” L 改为“pH=1的一元酸HA”,所得溶液仍为7,则c1_____0.1 mol· -1。 L

(4)牙釉质对牙齿起着保护作用,其主要成分为羟基磷灰石
[Ca5(PO4)3OH],研究证实氟磷灰石[Ca5(PO4)3F]比它更能抵抗酸的 浸蚀,故含氟牙膏已使全世界千百万人减少龋齿,请写出羟基磷灰 石的浓度积常数表达式Ksp=________,氟离子与之反应转化的离子 方程式为________。

解析:(1)氯水中存在次氯酸的电离和水的电离两种*衡;向氯水 中通入SO2,二者反应生成硫酸和盐酸,其漂白性减弱;当氯水饱

和时再通氯气,c( H+)/c(ClO-)不变,若氯水不饱和再通氯气酸性
增强会抑制次氯酸的电离,故比值增大;加水稀释氯水,溶液中的 OH-浓度增大;加水稀释氯水,酸性减弱,对水的电离抑制作用减

弱,故水的电离*衡向正反应方向移动;向氯水中加入少量固体
NaOH,当溶液呈中性时,根据电荷守恒可推导出: c(Na+)=c(Cl-)+c(ClO-)。 (2)由于次氯酸的电离常数介于碳酸的两级电离常数之间,因此84 消毒液露置在空气中与二氧化碳反应只能生成碳酸氢钠。 (3)当HA为强酸时二者浓度相等,为弱酸时由于生成的盐因水解 显碱性,则酸要稍过量。离子浓度大小比较时可根据电荷守恒进行

推导。
(4)沉淀转化的实质是由难溶的物质转化为更难溶的物质。

答案:(1)aef (2)ClO +CO2+H2O===HClO+HCO3 ; 光照 2HClO=====2H++2Cl-+O2↑ (3)≤ c(Na+)=c(A-)>c(OH-)=c(H+) ≥
- -

(4)[Ca2+]5[PO3-]3[OH-] 4 Ca5(PO4)3OH+F-===Ca5(PO4)3F+OH-

1.(2011年高考课标全国理综)将浓度为0.1 mol· 1HF溶液加水不断 L 稀释,下列各量始终保持增大的是( A.c(H ) c?F-? C. c?H+?




)

B.Ka(HF) c?H+? D. c?HF?

解析:HF为弱酸,存在电离*衡:HF? ? H +F 。根据勒夏特列 原理:当改变影响*衡的一个条件,*衡会向着能够减弱这种改变的 方向移动,但*衡的移动不能完全消除这种改变,故加水稀释,*衡 正向移动,但c(H+)减小,A错误。电离常数只受温度的影响,温度不 变,电离常数Ka不变,B错误。当溶液无限稀释时,c(F )不断减小, c?F-? c?H+? n?H+? 但c(H+)接*10-7mol· -1,所以 L = , + 减小,C错误。 c?HF? n?HF? c?H ? 由于加水稀释,*衡正向移动,所以溶液中n(H+)增大,n(HF)减小, c?H+? 所以 增大,D正确。 c?HF?






答案:D

2.(2009年高考山东理综)某温度下,相同pH值的盐酸和醋酸分别 加水稀释,*衡pH随溶液体积变化的曲线如图所示。据图判断正确 的是( )

A.Ⅱ为盐酸稀释时的pH值变化曲线
B.b点溶液的导电性比c点溶液的导电性强 C.a点Kw的数值比c点Kw的数值大

D.b点酸的总浓度大于a点酸的总浓度
解析:pH相同的盐酸与醋酸相比,醋酸的浓度要大的多。当加水 稀释时,醋酸溶液中存在电离*衡的移动,故c(H+)变化比盐酸中小 ,故Ⅰ为盐酸,Ⅱ为醋酸,A项错误;c点溶液c(H+)小于b点,故c 点导电性差,B正确;KW只受温度影响,因题中温度不变,故各点 KW均相等,C错误;起始时c(CH3COOH)>c(HCl),故稀释相同倍 数仍有c(CH3COOH)>c(HCl),D错误。 答案:B

3.(2011年高考天津理综)25 ℃时,向10 mL 0.01 mol/L KOH溶 液中滴加0.01 mol/L苯酚溶液,混合溶液中粒子浓度关系正确的

是(

)

A.pH>7时,c(C6H5O-)>c(K+)>c(H+)>c(OH-) B.pH<7时,c(K+)>c(C6H5O-)>c(H+)>c(OH-) C.V[C6H5OH(aq)]=10 mL时,c(K+)=c(C6H5O-)>c(OH-) =c(H+)

D.V[C6H5OH(aq)]=20 mL时,c(C6H5O-)+c(C6H5OH)=
2c(K+)

解析:向KOH溶液中滴加苯酚溶液,发生反应:KOH+

C6H5OH===C6H5OK+H2O。A项pH>7时,溶液呈碱性,则有
c(OH-)>c(H+),离子浓度关系为c(K+)>c(C6H5O-)>c(OH-)> c(H+);B项pH<7时,溶液呈酸性,则有c(H+)>c(OH-),据电荷

守恒有c(K+)+c(H+)=c(C6H5O-)+c(OH-),从而可知c(K+)<
c(C6H5O-);C项当V[C6H5OH(aq)]=10 mL时,KOH与C6H5OH恰 好完全反应,生成C6H5OK和H2O,C6H5OK发生水解反应,溶液 呈碱性,则有c(H+)<c(OH-),那么c(K+)>c(C6H5O-);D项当 V[C6H5OH(aq)]=20 mL时,n(C6H5OH)=2n(KOH),C6H5OH与 KOH反应生成C6H5OK,其物质的量与剩余C6H5OH相等,据原子 守恒可得2c(K+)=c(C6H5O-)+c(C6H5OH)。 答案:D

4.液氨、NH3·H2O、CH3COOH、NH4Cl、AgCl等物质在一定 条件下存在动态*衡。 (1)液氨的电离类似于水的电离,试写出液氨的电离方程式______ ;在液氨中加入NH4Cl,则*衡将向________移动。 (2)已知25 ℃时,K(CH3COOH)=1.75×10-5,K(H2CO3)= 4.30×10-7,则同温下,同浓度的CH3COONa、NaHCO3溶液pH大 小顺序为________。 (3)pH相同的氨水和氢氧化钠溶液,分别用蒸馏水稀释至原来体 积的m倍和n倍,稀释后两溶液的pH仍相同,则m________n(填“> ”“<”或“=”);若改用pH相同的盐酸和硫酸溶液,进行上述 操作,则m________n(填“>”“<”或“=”)。 (4)NH4Cl在重水中显酸性,试用离子方程式表示这一反应____。 (5)已知25 ℃时,Ksp(Ag2S)远远小于Ksp(AgCl),则在Na2S溶液中 加入AgCl固体,会导致溶液中c(S2-)________,反应的离子方程式 为:____。

- + 解析:(1)液氨的电离方程式为2NH3? ? NH +NH4 ,加入NH4Cl,*衡 2

向逆反应方向移动。 (2)电离*衡常数越大,则酸越强,故CH3COOH酸性强于H2CO3,这 说明HCO-较CH3COO-更易水解,所以两溶液中pH(NaHCO3)> 3 pH(CH3COONa)。 (3)pH相同的氨水和NaOH溶液,稀释相同倍数,由于稀释促进 NH3· 2O的电离,氨水的pH大于NaOH溶液的pH,若稀释后二者的pH相 H 等,则氨水稀释的倍数大于NaOH稀释的倍数。
+ (4)重水存在电离*衡:D2O? ? D +OD-或2D2O? ? DO++OD-, 3

NH4 发生水解,实质是与重水电离出的OD 结合生成弱电解质 NH3· HDO,从而使溶液显酸性,故反应的离子方程式为NH++ 4
+ + + D2O? ? NH· 3 HDO+D 或NH4 +2D2O? ? NH HDO+D3O 。 3·





(5)AgCl存在溶解*衡:AgCl(s)??

Ag+(aq)+Cl-(aq),电离出

的Ag+与S2-反应生成溶解度更小的Ag2S沉淀而导致溶液中c(S2-)减

小。
答案:(1)2NH3? ? NH2 +NH4
- +

逆反应方向 (3)> =

(2)pH(NaHCO3)>pH(CH3COONa) (4)NH++D2O? ? 4 NH3· HDO+D3O+)


NH3· HDO+D+(或NH++2D2O? ? 4

(5)减小 Ag2S(s)+2Cl (aq)


2AgCl(s)+S2 (aq)? ?




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