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高考化学二轮总复习优化设计 专题十 水溶液中的离子平衡课件PPT
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这是一份高考化学二轮总复习优化设计 专题十 水溶液中的离子平衡课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，高考命题研究，答案C，答案BC，答案AD，答案B，答案CD，解题思路，答案D，2仪器的选择等内容，欢迎下载使用。
考点一 溶液中的“三大平衡”
考点二 溶液中的“四大常数”
考点三 酸碱中和滴定及迁移应用
【要点归纳•再提升】
1.立足“动态平衡”,认识电解质溶液中的“三大平衡”(1)外界条件对弱电解质的电离平衡的影响[以CH3COOH(aq) CH3COO-(aq)+H+(aq) ΔH>0为例]。
(2)外界条件对水的电离平衡的影响(H2O H++OH- ΔH>0)。
微点拨①外界条件改变,水的电离平衡发生移动,但任何时候水电离出的c(H+)和c(OH-)总是相等的。②只要温度不变,KW不变。25 ℃时KW=10-14适用于任何稀酸、稀碱或盐溶液。
(3)外界条件对盐类水解平衡的影响。
微点拨若酸式盐的电离程度大于其水解程度,溶液显酸性,如NaHSO3溶液;若酸式盐的水解程度大于其电离程度,则溶液显碱性,如NaHCO3溶液。
(4)外界条件对沉淀溶解平衡的影响[以AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq) ΔH>0为例]。
微点拨溶度积(Ksp)的大小只与难溶电解质本身和溶液的温度有关,相同类型的难溶电解质的Ksp越小,溶解度越小,越难溶。
2.基于“守恒思想”,比较电解质溶液中的粒子浓度(1)利用“守恒思想”,建立粒子浓度的定量关系。①电荷守恒:电解质溶液中所有阳离子所带正电荷总数与所有阴离子所带负电荷总数相等。例如,NaHCO3溶液中电荷守恒:
一般不考虑H、O元素②元素质量守恒:电解质溶液中由于电离或水解因素,离子会发生变化变成其他离子或分子,但离子或分子中某种特定元素原子的总数不变。例如,在NaHCO3溶液中,n(Na)∶n(C)=1∶1,推出
可根据电荷守恒和元素质量守恒联合求出③质子守恒:质子守恒是指电解质溶液中的分子或离子得到或失去的质子的物质的量相等。例如,在NH4HCO3溶液中,H+、H2CO3为得到质子后的产物,NH3·H2O、OH-、 为失去质子后的产物,故有微点拨电荷守恒式中不能只是各离子浓度的简单相加,要考虑离子所带的电荷,例如2c( )的化学计量数2代表一个 带有2个负电荷,不可漏掉。
(2)熟知溶液中粒子浓度的“不等式关系”。
【经典对练•得高分】
考向1 电离平衡、盐类水解及影响因素真题示例
1- 1.(2021浙江卷)实验测得10 mL 0.50 ml·L-1 NH4Cl溶液、10 mL 0.50 ml·L-1 CH3COONa溶液的pH分别随温度与稀释加水量的变化如图所示。已知25 ℃时CH3COOH和NH3·H2O的电离常数均为1.8×10-5。下列说法不正确的是( )
A.图中实线表示pH随加水量的变化,虚线表示pH随温度的变化B.将NH4Cl溶液加水稀释至浓度为 ml·L-1,溶液pH变化值小于lg xC.随温度升高,KW增大,CH3COONa溶液中c(OH-)减小,c(H+)增大,pH减小D.25 ℃时稀释相同倍数的NH4Cl溶液与CH3COONa溶液中:c(Na+)-c(CH3COO-)=c(Cl-)-c( )
随温度升高,水的电离程度增大,KW增大,但CH3COO-水解程度增大,溶液中c(OH-)增大,C项错误。据电荷守恒可得:c( )+c(H+)=c(OH-)+c(Cl-)、c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-),则有c(Cl-)-c( )=c(H+)-c(OH-)、c(Na+)-c(CH3COO-)=c(OH-)-c(H+),原NH4Cl溶液和CH3COONa溶液的浓度相同,稀释相同倍数也相同,由于25 ℃时CH3COOH和NH3·H2O的电离常数均为1.8×10-5,则CH3COO-和 的水解程度相同,两溶液中|c(H+)-c(OH-)|(两者差的绝对值)相等,从而推知c(Cl-)-c( )=c(Na+)-c(CH3COO-),D项正确。
1- 2.(双选)(2020山东卷)25 ℃时,某混合溶液中c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=0.1 ml·L-1,lg c(CH3COOH)、lg c(CH3COO-)、lg c(H+)和lg c(OH-)随pH变化的关系如图所示。Ka为CH3COOH的电离常数,下列说法正确的是( )A.O点时,c(CH3COOH)=c(CH3COO-)B.N点时,pH=-lg KaD.pH由7到14的变化过程中,CH3COO-的水解程度始终增大
【解题思路】分析可知,随着pH的升高,OH-和CH3COO-浓度增大,H+和CH3COOH浓度减小,又因pH=7时,c(H+)=c(OH-),故可推知,图中各曲线代表的物质分别是曲线1表示CH3COO-,曲线2表示H+,曲线3表示OH-,曲线4表示CH3COOH,据此分析作答。
方法技巧“四步法”突破溶液中的“两大平衡”难题。电离平衡、盐类的水解平衡是溶液中的“两大平衡”,此类试题大多以电解质溶液的有关图像为载体,依据“勒夏特列原理”分析外界条件对上述平衡的影响,具体步骤如下:
答案 C解析 由图可知,c点时,V(NaOH溶液)=20 mL时恰好完全反应生成CH3COONa,b点溶液呈酸性,d点溶液呈碱性,A项错误。a→c过程中水的电离程度逐渐增大,c→e过程中NaOH过量,抑制水的电离,水的电离程度逐渐减小,B项错误。a→c过程CH3COOH→CH3COONa,c点恰好完全反应生成CH3COONa,该过程溶液中离子浓度增大,溶液导电能力逐渐增强,C项正确。e点时加入40 mL NaOH溶液,此时n(NaOH)=2n(CH3COOH),根据质量守恒可知,c(Na+)=2c(CH3COOH)+2c(CH3COO-),溶液的总体积为60 mL,则有c(Na+)=0.1 ml·L-1×40 mL÷60 mL=0.067 ml·L-1,D项错误。
1- 2.(双选)(2021山东济宁模拟)已知N2H4在水中的电离与NH3相似,室温下向N2H4水溶液中滴加某强酸,溶液的pH与离子浓度的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
考向2 沉淀溶解平衡及影响因素真题示例(2019全国Ⅱ)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)
第三步抓住Ksp的特点,结合选项分析判断。
对点演练2- 1.(双选)(2021山东泰安模拟)常温下,Cu(OH)2和Fe(OH)3饱和溶液的浓度随pH的变化如图所示,已知:Ksp[Cu(OH)2]=1×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=1×10-38。下列说法正确的是( )
A.曲线a对应的是Fe(OH)3饱和溶液B.只需调节pH为4.5即可除去FeCl3中的CuCl2C.酸性溶液中Cu元素的存在形式可能为Cu2+或Cu(OH)2D.滴加NaOH溶液,可实现X到Y的转化
答案 AC解析 由Ksp[Cu(OH)2]=1×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=1×10-38推知,Cu2+、Fe3+沉淀完全时,溶液的pH分别为6.5、3,故曲线a对应的是Fe(OH)3饱和溶液,A项正确。由图可知,调节pH为4.5时,Fe3+沉淀完全,Cu2+未沉淀,故不能除去FeCl3中的CuCl2,B项错误。由A项分析可知,pH=6.5时Cu2+全部转化为Cu(OH)2,故酸性溶液中Cu元素的存在形式可能为Cu2+或Cu(OH)2,C项正确。X→Y过程中pH不变,滴加NaOH溶液,溶液的pH要变大,D项错误。
2- 2.(双选)(2021山东淄博模拟)常温下,Ksp(MnS)=2.5×10-13,Ksp(FeS)=6.3×10-18。FeS和MnS在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示(X2+表示Fe2+或Mn2+),下列说法错误的是( )
A.曲线Ⅰ表示MnS的沉淀溶解平衡曲线B.升高温度,曲线Ⅱ上的c点可沿虚线平移至d点C.常温下,反应MnS(s)+Fe2+(aq) FeS(s)+Mn2+(aq)的平衡常数K为4×105D.向b点溶液中加入少量Na2S固体,溶液组成由b点沿曲线Ⅰ向a点方向移动
答案 BC解析 由于Ksp(MnS)>Ksp(FeS),结合图像可知,曲线Ⅰ表示的是MnS的沉淀溶解平衡曲线,曲线Ⅱ表示的是FeS的沉淀溶解平衡曲线,A项正确。升高温度,Ksp(FeS)增大,曲线Ⅱ上的c点可沿虚线向e点方向平移,B项错误。
【易错防范•不失分】
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)25 ℃时,1.0 ml·L-1醋酸溶液加水稀释至原体积的10倍,醋酸的电离程度、溶液中c(H+)和电离常数(Ka)均逐渐增大。( )(2)升高温度,促进水的电离,水中c(H+)和水的离子积(KW)均增大,但仍呈中性。( )(3)Na2CO3溶液中加入少量Ca(OH)2固体, 的水解程度减小,pH减小。( )(4)向NaAlO2溶液中滴加NaHCO3溶液,有沉淀和气体生成。( )
1.水的离子积常数(KW)及应用 KW随着温度升高而逐渐增大(1)水溶液中水的离子积常数为KW=c(H+)·c(OH-),KW只与温度有关,与水溶液的酸碱性无关。(2)25 ℃时,水的离子积常数为KW=1×10-14。微点拨KW是联系c(H+)、c(OH-)的“纽带”,加入酸时,c(H+)增大,但c(OH-)减小;加入碱时,c(OH-)增大,但c(H+)减小。
2.电离平衡常数(Ka或Kb)的计算及应用(1)已知c(HX)和c(H+),求HX的电离平衡常数Ka(HX):
应用前提——相同温度下(2)电离平衡常数的应用。①判断弱酸(或弱碱)的相对强弱,电离常数越大,酸性(或碱性)越强。②判断盐溶液的酸性(或碱性)强弱,盐中离子对应酸或碱的电离常数越大,盐的水解程度越小,盐溶液的碱性(或酸性)越弱。
3.利用电离常数(Ka或Kb)计算水解常数(Kh)(1)对于一元弱酸HA,Ka与Kh的关系:
(2)对于二元弱酸H2B, (H2B)、 (H2B)与Kh(HB-)、Kh(B2-)的关系:
微点拨25 ℃时,若一元弱酸(HA)的Ka>1.0×10-7,则A-的水解常数Kh<1.0×10-7,此时等物质的量浓度的HA和NaA溶液等体积混合,HA的电离程度大于A-的水解程度,溶液呈酸性,反之,混合液呈碱性。
4.溶度积常数(Ksp)及相关计算(2)建立Ksp与沉淀转化平衡常数(K)的关系:建立Ksp与K的关系,一般是在K的表达式分子分母中同乘以某个离子的浓度,将分子分母转化为不同物质的Ksp。
真题示例1- 1.(双选)(2021山东卷)赖氨酸[H3N+(CH2)4CH(NH2)COO-,用HR表示]是人体必需氨基酸,其盐酸盐(H3RCl2)在水溶液中存在如下平衡:
向一定浓度的H3RCl2溶液中滴加NaOH溶液,溶液中H3R2+、H2R+、HR和R-的分布系数δ(x)随pH变化如图所示。已知
1- 2.(2020全国Ⅰ)以酚酞为指示剂,用0.100 0 ml·L-1的NaOH溶液滴定20.00 mL未知浓度的二元酸H2A溶液。溶液中,pH、分布系数δ随滴加NaOH溶液体积V(NaOH)的变化关系如下图所示。[比如A2-的分布系数:
下列叙述正确的是( )A.曲线①代表δ(H2A),曲线②代表δ(HA-)B.H2A溶液的浓度为0.200 0 ml·L-1 C.HA-的电离常数Ka=1.0×10-2D.滴定终点时,溶液中c(Na+)<2c(A2-)+c(HA-)
方法技巧突破电离常数(Ka或Kb)、水解常数(Kh)的计算。(1)根据图形节点,计算电离平衡常数(Ka或Kb)。①根据图像中曲线的起点计算电离常数:酸碱中和滴定曲线中,曲线的起点未加酸(或碱),可以结合溶液的pH计算电离常数。②根据图像中曲线交点计算电离常数:在粒子物质的量分数(φ)-pH关系图像中,选择曲线的交点,结合溶液的pH计算电离常数( 、 )。
(2)两类盐类水解常数(Kh)的计算。
对点演练1- 1.(双选)(2021河北唐山模拟)常温下,向10.0 mL 0.1 ml·L-1 Na2A溶液中逐滴加入0.2 ml·L-1盐酸10.0 mL,溶液中粒子的物质的量(挥发的H2A未画出)随pH的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.随着盐酸的加入,溶液中水的电离程度先减小后增大B.Na2A的水解常数 的数量级约为10-4C.a点对应溶液中离子浓度:c(Na+)>3c(A2-)D.b点对应溶液中:c(OH-)=c(H+)+c(HA-)+c(H2A)
由电荷守恒可知,c(Na+)+c(H+)=2c(A2-)+c(HA-)+c(OH-),又a点对应溶液中c(HA-)=c(A2-),pH=10.8,故离子浓度c(Na+)=3c(A2-)+c(OH-)-c(H+),故c(Na+)>3c(A2-),C项正确。由图中可知,b点对应溶质是NaHA,由电荷守恒 c(Na+)+c(H+)=2c(A2-)+c(HA-)+c(OH-)和物料守恒c(Na+)=c(A2-)+c(HA-) +c(H2A),可得c(OH-)=c(H+)+c(H2A)-c(A2-),D项错误。
1- 2.(2021福建莆田质检)常温下,向20.00 mL 0.10 ml·L-1 NH4Cl溶液中逐滴加入0.10 ml·L-1 NaOH溶液时,溶液的pH与所加NaOH溶液体积的关系如图所示(不考虑挥发),其中d点为反应终点。下列说法不正确的是( )A.V=20.00 mLB.常温下,Kb(NH3·H2O)的数量级为10-5C.b点溶液中:c(Cl-)>c(Na+)>c(H+)=c(OH-)D.c点的混合溶液中:c( )=c(Na+)
考向2 溶度积常数及应用真题示例(2021广东卷节选)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(M)、镍(Ni)等元素的氧化物,一种回收利用工艺的部分流程如下:
对点演练2- 1.(双选)(2021山东邹城一中模拟)常温下,向10 mL一定浓度的硝酸银溶液中,逐滴加入0.1 ml·L-1的氨水,反应过程中-lg c(Ag+)或-lg c([Ag(NH3)2]+)与加入氨水体积的关系如图。下列说法错误的是( )
A.原硝酸银溶液的浓度是0.1 ml·L-1B.反应生成氢氧化银的Ksp(AgOH)的数量级为10-8C.b点对应溶液中 的浓度小于c点对应溶液中 的浓度D.m点对应溶液中c( )>c(Ag+)+c([Ag(NH3)2]+)+c( )
答案 CD解析 由图可知,加入10 mL 氨水时,-lg c(Ag+)达到最大值,此时溶液c(Ag+)最小,恰好完全反应生成AgOH沉淀,则有c(AgNO3)=0.1 ml·L-1,A项正确。b点存在AgOH的沉淀溶解平衡,-lg c(Ag+)=4,此时c(Ag+)=c(OH-)=10-4 ml·L-1,则Ksp(AgOH)=c(Ag+)·c(OH-)=10-4×10-4=10-8,B项正确。b点对应溶液中溶质为NH4NO3,c点AgOH完全溶解,溶液中主要存在[Ag(NH3)2]+,
2- 2.(2021福建模拟节选)(1)常温下,若在含Cd2+、Te4+滤液中加入NaOH溶液调节pH为7,溶液中c(Cd2+)的最大值为 。(已知:Ksp[Cd(OH)2]=5.3×10-15) (2)溶液中C2+的浓度为0.33 ml·L-1,通过计算说明,常温下除铝控制溶液pH为4.5,是否造成C2+的损失? (列出算式并给出结论)。已知:(Ksp[C(OH)2]=5.9×10-15)
方法技巧根据沉淀溶解平衡曲线计算Ksp。(1)根据沉淀溶解平衡图像中处于曲线上平衡点的坐标,计算溶度积常数(Ksp)的值,要注意看清横坐标、纵坐标是c还是lg c(或-lg c)。(2)结合沉淀溶解平衡,确定Ksp的表达形式,根据图中沉淀溶解平衡曲线上点的信息,计算Ksp的值。(3)当溶液中离子浓度≤10-5 ml·L-1时,可认为该离子沉淀完全,可结合Ksp确定此时另一离子的浓度。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)0.1 ml·L-1 CH3COOH溶液中,升高温度,电离平衡正向移动,则KW、Ka(CH3COOH)均增大。( )(2)0.1 ml·L-1 CH3COONa溶液中,滴加浓NaOH溶液,水解平衡逆向移动,溶液中c(OH-)增大,但Kh(CH3COO-)减小。( )(3)在0.1 ml·L-1 NH4Cl溶液中,存在定量关系:KW=Kb(NH3·H2O)·Kh( )。( )
1.酸碱中和滴定实验操作要点
微点拨酸碱恰好中和(即滴定终点)时溶液不一定呈中性,最终溶液的酸碱性取决于生成盐的性质。
2.氧化还原滴定的原理及应用(1)滴定原理:依据氧化还原反应中定量关系,以氧化剂(或还原剂)为滴定剂,滴定一些具有还原性(或氧化性)的物质。(2)常用试剂。①常见的用于滴定的氧化剂有KMnO4、K2Cr2O7、I2等;②常见的用于滴定的还原剂有亚铁盐、草酸、Na2S2O3等。
(3)应用实例。①酸性KMnO4溶液滴定H2C2O4溶液。
②Na2S2O3溶液滴定碘液(碘量法)。
3.沉淀滴定法及应用(1)沉淀滴定法是利用沉淀反应进行滴定、测量分析的方法。生成沉淀的反应很多,但符合条件的却很少,实际上应用最多的是银量法,即利用Ag+与卤素离子的反应来测定Cl-、Br-、I-的浓度。(2)沉淀滴定所用的指示剂本身就是一种沉淀剂,滴定剂与被滴定物反应的生成物的溶解度要比滴定剂与指示剂反应的生成物的溶解度小,否则不能用这种指示剂。如用AgNO3溶液滴定溶液中的Cl-的含量时常以 为指示剂,这是因为AgCl比Ag2CrO4更难溶。
考向1 酸碱中和滴定及应用真题示例(2020全国Ⅱ)苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸,其反应原理简示如下:
实验步骤:(1)在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(约0.03 ml)高锰酸钾,慢慢开启搅拌器,并加热回流至回流液不再出现油珠。(2)停止加热,继续搅拌,冷却片刻后,从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液,并将反应混合物趁热过滤,用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液,置于冰水浴中冷却,然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤,用少量冷水洗涤,放在沸水浴上干燥。称量,粗产品为1.0 g。(3)纯度测定:称取0.122 g粗产品,配成乙醇溶液,加入100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液,用0.010 00 ml·L-1的KOH标准溶液滴定,三次滴定平均消耗21.50 mL的KOH标准溶液。
回答下列问题。(1)根据上述实验药品的用量,三颈烧瓶的最适宜规格为 (填字母)。 A.100 mLB.250 mLC.500 mLD.1 000 mL(2)在反应装置中应选用 (填“直形”或“球形”)冷凝管,当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成,其判断理由是 。 (3)加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是 ;该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理,请用反应的离子方程式表达其原理: 。
(4)“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是 。 (5)干燥苯甲酸晶体时,若温度过高,可能出现的结果是 。 (6)本实验制备的苯甲酸的纯度为 ;据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于 (填字母)。 A.70%B.60%C.50%D.40%(7)若要得到纯度更高的苯甲酸,可通过在水中 的方法提纯。
【解题思路】(1)仪器的选择。
根据物质性质分析判断:甲苯沸点低,且不溶于水,因此当回流液没有油珠时,说明不溶于水的甲苯已经完全被氧化。
(3)分析试剂的作用。
陌生氧化还原反应方程式的书写。
(4)判断物质的组成——元素转化思想。
(5)根据题给信息分析判断。
(6)定量计算——利用关系式的计算。①苯甲酸纯度的计算。由关系式C6H5COOH~KOH可知,苯甲酸的纯度为:②苯甲酸产率的计算。
(7)物质提纯的方法。苯甲酸中含有被氧化生成的硫酸钠和硫酸锰等盐类物质,可利用苯甲酸微溶于冷水、易溶于热水的性质通过重结晶的方法提纯。
答案 (1)B(2)球形 无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化(3)除去过量的高锰酸钾,避免在用盐酸酸化时,产生氯气 (4)MnO2(5)苯甲酸升华而损失(6)86.0% C(7)重结晶
方法技巧酸碱中和滴定实验数据的处理。(1)根据题意写出酸碱中和反应的原理,建立酸与碱的定量关系。例如,C6H5COOH+KOH→C6H5COOK+H2O,则有n(C6H5COOH)=n(KOH)。(2)分析实验数据确定每次滴定实验消耗标准溶液的体积,看是否存在明显错误的数据,若存在,舍去错误数据,根据其他实验数据求出消耗标准溶液的平均体积。(3)结合酸、碱的定量关系进行计算,计算物质的量浓度、产品的纯度(或产率)等。
对点演练现使用酸碱中和滴定法测定市售白醋的总酸量(每100 mL白醋中含有醋酸的质量单位为g/100 mL)。Ⅰ.实验步骤(1)配制待测白醋溶液,用 (填仪器名称)量取10.00 mL食用白醋,在 (填仪器名称)中用水稀释后转移到100 mL (填仪器名称)中定容,摇匀即得待测白醋溶液。 (2)量取待测白醋溶液20.00 mL置于锥形瓶中,向其中滴加2滴酚酞作指示剂。(3)读取盛装0.100 0 ml·L-1 NaOH溶液的碱式滴定管的初始读数。(4)滴定。判断滴定终点的现象是 ,达到滴定终点,停止滴定,并记录NaOH溶液的最终读数,重复滴定3次。 (5)如图是某次滴定时的滴定管中的液面,其读数为 mL。
Ⅱ.实验记录Ⅲ.数据处理与讨论(6)甲同学在处理数据时计算得:平均消耗NaOH溶液的体积①指出他计算的不合理之处: 。 ②按正确数据处理,得出c(市售白醋)= ml·L-1,市售白醋总酸量= g/100 mL。
答案 (1)酸式滴定管 烧杯 容量瓶(4)溶液由无色变成浅红色,且半分钟内不褪色(5)22.60(6)①第1组实验数据误差明显大,属异常值,应舍去②0.75 4.5解析 (1)配制待测白醋溶液,用酸式滴定管准确量取10.00 mL食用白醋,在烧杯中加蒸馏水稀释,再转移到100 mL容量瓶中进行定容。(4)待测白醋中滴加酚酞作指示剂,开始时溶液无色,达到滴定终点时,溶液由无色变成浅红色,且半分钟内不褪色。(5)滴定管的0刻度在上方,图中滴定管1 mL分成10个小格,每个小格代表0.10 mL,故图中滴定管中液面读数为22.60 mL。
易错提醒第(6)小题易忽视实验数据的分析,未判断是否存在明显错误数据,直接计算市售白醋的浓度及白醋的总酸量。
考向2 酸碱中和滴定的迁移应用真题示例2- 1.(2021浙江卷节选)某兴趣小组用铬铁矿[Fe(CrO2)2]制备K2Cr2O7晶体,流程如下:
(1)为了测定K2Cr2O7产品的纯度,可采用氧化还原滴定法。下列关于滴定分析的操作,不正确的是 。 A.用量筒量取25.00 mL待测液转移至锥形瓶B.滴定时要适当控制滴定速率C.滴定时应一直观察滴定管中溶液体积的变化D.读数时应将滴定管从架上取下,捏住管上端无刻度处,使滴定管保持垂直E.平行滴定时,须重新装液并调节液面至“0”刻度或“0”刻度以下(2)该小组用滴定法准确测得产品中K2Cr2O7的质量分数为98.50%。某同学还用分光光度法测定产品纯度(K2Cr2O7溶液的吸光度与其浓度成正比例),但测得的质量分数明显偏低。分析其原因,发现配制K2Cr2O7待测液时少加了一种试剂。该试剂是 ,添加该试剂的理由是 。
解析 (1)量筒属于粗量器,不能用量筒量取25.00 mL溶液,由于K2Cr2O7具有强氧化性,量取25.00 mL待测液应用酸式滴定管,A项错误。滴定时要适当控制滴定的速率,确保反应物之间充分反应,同时防止滴加过快使得滴加试剂过量,B项正确。滴定时应一直观察锥形瓶中溶液颜色的变化,以便准确判断滴定的终点,C项错误。读数时应将滴定管从架上取下,捏住管上端无刻度处,使滴定管保持垂直,平视读取读数,D项正确。为了确保每次滴定时滴定管中的溶液充足,平行滴定时,须重新装液并调节液面至“0”刻度或“0”刻度以下,并记录初始读数,E正确。
2- 2.(2021湖南卷改编)碳酸钠俗称纯碱,是一种重要的化工原料。以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠,并测定产品中少量碳酸氢钠的含量。过程如下:步骤Ⅰ.Na2CO3的制备
步骤Ⅱ.产品中NaHCO3含量测定①称取产品2.500 g,用蒸馏水溶解,定容于250 mL容量瓶中;②移取25.00 mL上述溶液置于锥形瓶,加入2滴指示剂M,用0.100 0 ml·L-1盐酸标准溶液滴定,溶液由红色变至近无色(第一滴定终点),消耗盐酸V1;③在上述锥形瓶中再加入2滴指示剂N,继续用0.100 0 ml·L-1盐酸标准溶液滴定至终点(第二滴定终点),又消耗盐酸V2;④平行测定三次,V1平均值为22.45 mL,V2平均值为23.51 mL。已知:(ⅰ)当温度超过35 ℃时,NH4HCO3开始分解。
(ⅱ)相关盐在不同温度下的溶解度表
回答下列问题。(1)步骤Ⅰ中晶体A的化学式为 ,晶体A能够析出的原因是 。 (2)步骤Ⅰ中“300 ℃加热”所选用的仪器是 (填字母)。 (3)指示剂N为 ,描述第二滴定终点前后颜色变化 。 (4)产品中NaHCO3的质量分数为 (保留到0.01%)。 (5)第一滴定终点时,某同学俯视读数,其他操作均正确,则NaHCO3质量分数的计算结果 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
答案 (1)NaHCO3 相同温度下,碳酸氢钠的溶解度最小,且与氯化钠、碳酸氢铵、氯化铵的溶解度相差较大(2)D(3)甲基橙 溶液由黄色变为橙色(4)3.56% (5)偏大
解析 本题属于综合实验题,但考查点难度较小,主要考查了物质成分的分析、仪器的选择使用、滴定操作中指示剂的选择及滴定现象的描述、物质含量的计算等。(1)根据流程图及最终产品是碳酸钠可推知晶体A的成分是碳酸氢钠。根据已知(ⅱ)中相关盐在不同温度下的溶解度表可知碳酸氢钠的溶解度在30~35 ℃的温度下最小,且与氯化钠、碳酸氢铵、氯化铵的溶解度相差较大。所以当将碳酸氢铵粉末和氯化钠溶液混合时,溶液中易析出碳酸氢钠晶体。
(2)高温下给固体加热所用的仪器一般为坩埚。(3)用盐酸标准溶液滴定含有碳酸氢钠杂质的碳酸钠溶液时,由于开始时溶液呈碱性,且首先发生反应:Na2CO3+HCl === NaHCO3+NaCl,此时所用指示剂M为酚酞,终点的现象是:溶液由红色变为近无色。第二个滴定阶段发生的反应为NaHCO3+HCl === NaCl+H2O+CO2↑,由于最终溶液呈弱酸性,所以可用甲基橙作指示剂(N)。滴定终点的现象是溶液由黄色变为橙色。
(4)根据滴定过程中的反应原理:Na2CO3+HCl === NaHCO3+NaCl、NaHCO3+HCl === NaCl+H2O+CO2↑可知,2.500 g产品中碳酸氢钠所消耗的盐酸的体积为(V2-V1) mL×10=(23.51 mL-22.45 mL)×10,则样品中n(NaHCO3)=(23.51 mL-22.45 mL)×10×10-3 L·mL-1×0.100 0 ml·L-1=1.06×10-3 ml。所以产品中碳酸氢钠的质量分数为(5)由于滴定管的刻度上小下大,当第一滴定终点时俯视读数,会使所读刻度值偏小,即V1偏小,引起(V2-V1)偏大,则最终所算得的碳酸氢钠的质量分数偏大。
对点演练2- 1.取未知浓度的硫酸、盐酸和醋酸各25.00 mL,分别用0.10 ml·L-1的NaOH溶液或0.10 ml·L-1的氨水滴定得如图所示曲线。下列说法正确的是( )。A.由图可知曲线c为NaOH溶液滴定硫酸
B.由图可知硫酸的物质的量浓度大于盐酸的物质的量浓度C.曲线b、c的滴定实验可用酚酞作指示剂D.由图可知滴定前醋酸电离百分比约为1.67%
答案 D解析 由题图可知,加入NaOH溶液或氨水时,曲线a的pH在开始阶段变化较大,应为碱滴定弱酸的变化曲线,则曲线b、c为硫酸、盐酸的滴定曲线,由于浓度未知,则不能确定曲线b、c表示的滴定过程,A项错误。硫酸和盐酸都是强酸,图中纵坐标为pH,不能确定其浓度大小,B项错误。曲线c达到终点时溶液呈酸性,应选用甲基橙作指示剂,C项错误。滴定前,醋酸的pH=3,则c(H+)=1×10-3 ml·L-1,滴定终点时消耗15 mL NaOH溶液,则有c(CH3COOH)×0.025 L=0.10 ml·L-1×0.015 L,解得c(CH3COOH)=0.06 ml·L-1,故滴定前CH3COOH电离的百分数为
2- 2.某烧碱样品中含有少量不与酸作用的杂质,为了测定其纯度,进行以下滴定操作:A.用250 mL的容量瓶配制250 mL的烧碱溶液;B.用碱式滴定管量取25.00 mL的烧碱溶液放入锥形瓶中并加几滴甲基橙作指示剂;C.在天平上准确称取烧碱样品x g,在烧杯中加蒸馏水溶解;D.将物质的量浓度为y ml·L-1的标准H2SO4溶液装入酸式滴定管,调整液面,记下开始刻度数为a mL;E.在锥形瓶下垫一张白纸,滴定到终点,记录终点刻度数为b mL。
请回答下列问题。(1)正确的操作步骤顺序是(填写字母): → → →D→ 。 (2)操作中锥形瓶下垫一张白纸的作用是 。 (3)操作D中液面应调整到 ;尖嘴部分应 。 (4)滴定到终点时锥形瓶内溶液的颜色变化是 。 (5)若酸式滴定管没用标准H2SO4溶液润洗,会对测定结果有何影响? (填“偏高”“偏低”或“无影响”,其他操作均正确)。 (6)该烧碱样品的纯度计算式是 。
答案 (1)C A B E(2)便于准确判断滴定终点时溶液颜色的变化(3)“0”刻度或“0”刻度以下的某一刻度 充满溶液,无气泡(4)由黄色变为橙色(5)偏高
解析 (1)本题应先配制250 mL NaOH溶液,取25.00 mL放入锥形瓶中,用标准H2SO4溶液进行滴定,故正确的操作步骤是C→A→B→D→E。(2)放一张白纸便于准确判断滴定终点时溶液的颜色变化情况。(3)调整液面至“0”刻度或“0”刻度以下某一刻度。尖嘴部分应充满溶液,无气泡。(4)终点时溶液颜色由黄色变为橙色。(5)若酸式滴定管没用标准H2SO4溶液润洗,则滴定时消耗标准H2SO4溶液的体积偏大,所测烧碱浓度会偏高。
2- 3.(2021湖北联考)用沉淀滴定法快速测定NaI等碘化物溶液中c(I-),实验过程包括准备标准溶液和滴定待测溶液。Ⅰ.准备标准溶液a.准确称取AgNO3基准物4.246 8 g(0.025 0 ml)后,配制成250 mL标准溶液,放在棕色试剂瓶中避光保存,备用。b.配制并标定100 mL 0.100 0 ml·L-1 NH4SCN标准溶液,备用。
Ⅱ.滴定的主要步骤a.取待测NaI溶液25.00 mL加入锥形瓶中。b.加入25.00 mL 0.100 0 ml·L-1 AgNO3溶液(过量),使I-完全转化为AgI沉淀。c.加入NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂。d.用0.100 0 ml·L-1 NH4SCN溶液滴定过量的Ag+,使其恰好完全转化为AgSCN沉淀后,体系出现淡红色,停止滴定。e.重复上述操作两次。三次测定数据如下表:f.数据处理。
回答下列问题。(1)将称得的AgNO3配制成标准溶液,所使用的仪器除烧杯和玻璃棒外还有 。 (2)AgNO3标准溶液放在棕色试剂瓶中避光保存的原因是 。 (3)滴定应在pH<0.5的条件下进行,其目的是 。 (4)b和c两步操作是否可以颠倒? (填“是”或“否”),说明理由: 。 (5)所消耗的NH4SCN标准溶液的平均体积为 mL,测得c(I-)= ml·L-1。
(6)在滴定管用蒸馏水洗净后,装入NH4SCN标准溶液的前一步,应进行的操作为 。 (7)判断下列操作对c(I-)测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。①若在配制AgNO3标准溶液时,烧杯中的溶液有少量溅出,则测定结果 。 ②若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视标准液液面,则测定结果 。
答案 (1)250 mL(棕色)容量瓶、胶头滴管(2)避免AgNO3见光分解(3)防止因Fe3+的水解而影响滴定终点的判断(或抑制Fe3+的水解)(4)否 若颠倒,Fe3+与I-反应,指示剂耗尽,无法判断滴定终点(5)10.00 0.060 0(6)用NH4SCN标准溶液进行润洗(7)①偏高 ②偏高
解析 (1)配制一定物质的量浓度的标准溶液,除烧杯和玻璃棒外,还需用到的仪器有250 mL(棕色)容量瓶、胶头滴管。(2)AgNO3见光容易分解,因此需要保存在棕色试剂瓶中。(3)滴定实验中用NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂,Fe3+容易发生水解,影响滴定终点判断,因此控制pH<0.5,目的是抑制Fe3+的水解。(4)Fe3+能与I-发生氧化还原反应:2Fe3++2I- === 2Fe2++I2,因此b、c不能颠倒,否则指示剂耗尽,无法判断滴定终点。(5)第1组数据误差较大,舍去,取第2组、第3组实验数据的平均值,消耗NH4SCN标准溶液的平均体积为(10.02+9.98) mL× =10.00 mL。根据滴定原理,则n(Ag+)=n(I-)+n(SCN-),故n(I-)=n(Ag+)-n(SCN-)=0.025 L×0.100 0 ml·L-1-0.01 L×0.100 0 ml·L-1=0.001 5 ml,则c(I-)= =0.060 0 ml·L-1。
(6)在滴定管中装入NH4SCN标准溶液之前,要先用NH4SCN标准溶液润洗滴定管。(7)①在配制AgNO3标准溶液时,若烧杯中溶液有少量溅出,配制的AgNO3标准溶液的浓度偏低,则滴定时消耗的NH4SCN标准溶液的体积偏小,测得的c(I-)偏高。②滴定管0刻度在上,读数时从上往下读数,读取体积偏小,计算所用NH4SCN的物质的量偏小,测得的c(I-)偏高。
2- 4.(2021陕西汉中第一次质检)三氯氧磷(POCl3)是重要的基础化工原料,广泛用于制药、染化、塑胶助剂等行业。某兴趣小组用O2直接氧化PCl3制备POCl3,实验装置设计如图:
有关物质的部分性质如下表:
回答下列问题。(1)装置C中反应器的名称是 。 (2)装置B中试剂为 ;装置B的作用是 。 (3)装置A中发生反应的化学方程式为 ;装置C中制备POCl3的化学方程式为 。 (4)a装置的作用是 。 (5)通过佛尔哈德法可以测定三氯氧磷产品中Cl元素的含量,实验步骤如下:
Ⅰ.取a g产品置于锥形瓶中,加入足量NaOH溶液,待完全反应后加稀硝酸至溶液显酸性;Ⅱ.向锥形瓶中加入0.100 0 ml·L-1的AgNO3溶液50.00 mL,使Cl-完全沉淀;Ⅲ.向其中加入2 mL硝基苯,用力摇动,使沉淀表面被有机物覆盖;Ⅳ.加入指示剂,用b ml·L-1 NH4SCN溶液滴定过量Ag+至终点,记下所用体积为c mL。已知:Ksp(AgCl)=3.2×10-10,Ksp(AgSCN)=2×10-12。①滴定选用的指示剂是 (填字母)。 A.酚酞 B.NH4Fe(SO4)2 C.淀粉 D.甲基橙②Cl元素的质量分数为(列出算式) 。 ③若取消步骤Ⅲ,会使步骤Ⅳ中出现两种沉淀共存,此时c(Cl-)∶c(SCN-)= ;该反应使测定结果 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案 (1)三颈烧瓶(2)浓硫酸 平衡气压,干燥氧气,观察气体流速
解析 装置A 是氧气的发生装置,为固体与液体不加热制备气体装置,可以为H2O2在MnO2催化作用下分解生成氧气,也可以是过氧化钠与水反应,通过加入液体的量,可以控制产生氧气的速率;氧气中含有水蒸气,可以用浓硫酸除去,所以装置B中盛放浓硫酸,装置B中有长颈漏斗,可以平衡装置内外的压强,起安全瓶的作用;纯净的氧气与三氯化磷在C中反应生成POCl3,为了控制反应速率且要防止三氯化磷挥发,反应的温度不宜太高,所以装置C用水浴加热,为防止POCl3挥发,用冷凝管a进行冷凝回流;POCl3遇水剧烈水解为H3PO4和HCl,为防止空气中水蒸气进入装置,同时吸收尾气,所以在装置的最后连装有碱石灰的干燥管。(2)装置B中装有浓硫酸,可作干燥剂,另外气体通过液体时可观察到气泡,则装置B的作用是观察O2的流速、平衡气压、干燥氧气。
(5)①用b ml·L-1 NH4SCN溶液滴定过量Ag+至终点,当滴定达到终点时NH4SCN过量,加NH4Fe(SO4)2作指示剂,Fe3+与SCN-反应会使溶液变红色,若半分钟内不褪色,即可确定滴定终点。②用b ml·L-1 NH4SCN溶液滴定过量Ag+至终点,记下所用体积c mL,则过量Ag+的物质的量为bc×10-3 ml,与Cl-反应的Ag+的物质的量为0.100 0 ml·L-1×0.05 L-bc×10-3 ml=(5-bc)×10-3 ml,Cl元素的质量分数为
③若取消步骤Ⅲ,会使步骤Ⅳ中出现两种沉淀共存,此时c(Cl-)∶c(SCN-)= Ksp(AgCl)∶Ksp(AgSCN)=(3.2×10-10)∶(2×10-12)=160∶1;若无此操作,NH4SCN与AgCl反应生成AgSCN沉淀,则滴定时消耗的NH4SCN标准液的体积偏多,即与SCN-反应的银离子的物质的量偏大,则与氯离子反应的银离子的物质的量偏小,所以测得的氯离子的质量分数偏小。
方法技巧滴定实验操作中指示剂的选择。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)滴定管用蒸馏水洗涤后,直接装入NaOH标准液,滴定未知浓度的稀盐酸。( )(2)滴定过程中,眼睛要注视滴定管中液面变化,准确判断滴定终点。( )(3)滴定达终点时,发现滴定管尖嘴部分有悬滴,对测定结果无影响。( )(4)用标准盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液,甲基橙作指示剂,达到滴定终点时,溶液呈中性。( )
十一、水溶液中离子平衡的图像分析
【热点专攻】1.两种常见中和滴定曲线及分析
(1)曲线起点不同:强碱滴定等物质的量浓度的一元强酸、一元弱酸,强酸起点低(pH小);强酸滴定等物质的量浓度的一元强碱、一元弱碱,强碱起点高(pH大)。(2)突跃范围不同:强碱与强酸反应时,达到滴定终点的突跃变化范围大于强酸与弱碱(或强碱与弱酸)反应的突跃范围。
2.中和滴定中直线图像及分析常温下,向二元弱酸H2Y溶液中滴加NaOH溶液,所得混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示:
3.分布系数图像(高考新热点)分布系数图像是酸碱中和滴定曲线的一种变式,常以pH、分布系数(δ)为横、纵坐标,结合滴定实验数据绘制出关系曲线,这里分布系数(δ)代表组分的平衡浓度占总浓度的比值。
4.沉淀溶解平衡曲线及分析(以氯化银为例)(1)在该沉淀溶解平衡图像上,曲线上任意一点都达到了沉淀溶解平衡状态,此时Q=Ksp。在温度不变时,无论改变哪种离子的浓度,另一种离子的浓度只能在曲线上变化,不会出现在曲线以外。(2)曲线上方区域的点均为过饱和溶液(沉淀析出),此时Q>Ksp。
(3)曲线下方区域的点均为不饱和溶液,此时Q
2.“三步法”突破分布系数图像题(1)读图:通过观察弄清纵坐标的含义及单位,弄清各粒子浓度变化。(2)识图:分析特殊点的图像含义,如曲线的起点、终点、交叉点、极值点、转折点等,分析曲线的变化趋势,如斜率的大小及升降。根据曲线交点的pH确定电离常数。(3)分析:进行信息提取,挖掘隐含信息、排除干扰信息、提炼有用信息,在总览信息的基础上进行逻辑推理或运用数据计算分析。
【题型突破】(2021全国甲)已知相同温度下,Ksp(BaSO4)
【应考训练】1.(2021山东日照模拟)10 mL 0.10 ml·L-1的NH4Cl溶液的pH分别随温度升高或加水后溶液体积的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.升温KW增大,NH4Cl溶液中c(H+)增大,pH减小B.曲线a表示NH4Cl溶液pH随加水量的变化C.将NH4Cl溶液加水稀释100倍,溶液pH的变化值小于2D.25 ℃时Kb(NH3·H2O)的数量级约为10-4
答案 D解析 升高温度,水的电离程度增大,KW增大,NH4Cl溶液中铵根离子的水解程度增大,c(H+)增大,pH减小,A项正确。加水量增大时虽然NH4Cl的水解程度增大,但c(H+)减小,pH增大,曲线a表示NH4Cl溶液pH随加水量的变化,B项正确。将NH4Cl溶液加水稀释100倍,因水解平衡正向移动,c(H+)没有降至原来的 ,故溶液pH的变化值小于2,C项正确。25 ℃时,
2.(双选)(2021山东济南联考)已知H3PO4是一种三元中强酸。25 ℃时,向某浓度H3PO4溶液中逐滴加入NaOH溶液,滴加过程中各种含磷粒子的物质的量分数(δ)随溶液pH的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
3.(2021天津联考)25 ℃时,用氢氧化钠调节浓度为2.0×10-3 ml·L-1的氢氟酸的pH (忽略体积变化),溶液中c(HF)、c(F-)与pH的变化关系如下图所示。下列说法不正确的是( )
A.a~b~d曲线代表c(F-)随pH的变化B.25 ℃时,HF电离平衡常数的数值Ka=10-3.6C.从b点到c点发生的反应离子方程式是HF+OH- === H2O+F-D.图中a点对应溶液中粒子浓度大小是c(HF)>c(H+)>c(F-)>c(OH-)
答案 A解析 氢氟酸中加入氢氧化钠,随着氢氧化钠的量的增加,溶液的pH升高,溶液中的氟化氢分子浓度减小,氟离子浓度增大。a~b~d曲线代表c(HF)随pH的变化,A项错误。从图中b点分析,氟化氢的电离平衡常数 =10-3.6,B项正确。从b点到c点发生的反应为氢氧化钠和氟化氢的反应,离子方程式为HF+OH- === H2O+F-,C项正确。从图中a点分析,氟化氢的浓度比氟离子浓度大,氟化氢的浓度为1.6×10-3 ml·L-1,氢离子浓度为1.0×10-3 ml·L-1,而氟离子浓度约为5.5×10-4 ml·L-1,溶液显酸性,所以溶液粒子浓度关系为:c(HF)>c(H+)>c(F-)>c(OH-),D项正确。
4.连二次硝酸(H2N2O2)是一种二元酸,可用于制N2O气体。(1)连二次硝酸中氮元素的化合价为 价。 (2)常温下,用0.01 ml·L-1的NaOH溶液滴定10 mL 0.01 ml·L-1的H2N2O2溶液,测得溶液pH与NaOH溶液体积的关系如图所示。
①写出H2N2O2在水溶液中的电离方程式: 。
5.已知某温度下CH3COOH的电离常数Ka=1.6×10-5。该温度下向20 mL 0.01 ml·L-1 CH3COOH溶液中逐滴加入0.01 ml·L-1的KOH溶液,其pH变化曲线如图所示(忽略温度变化)。请回答下列有关问题:(已知lg 4=0.6)
(1)A点溶液中c(H+)为 ,pH约为 。 (2)A、B、C、D四点中水的电离程度最大的是 点,滴定过程中宜选用 作指示剂,滴定终点在 (填“C点以上”或“C点以下”)。
(3)若向20 mL稀氨水中逐滴加入等浓度的盐酸,则下列变化趋势正确的是 (填字母)。
答案 (1)4×10-4ml·L-1 3.4(2)C 酚酞 C点以上(3)B
(2)A点是CH3COOH,B点是CH3COOH和少量CH3COOK的混合溶液,C点是CH3COOK和少量CH3COOH的混合溶液,D点是CH3COOK和KOH的混合溶液,酸、碱均能抑制水的电离,CH3COOK水解促进水的电离,所以C点溶液中水的电离程度最大。由于酸碱恰好完全反应时溶液显碱性,故应该选择在碱性范围内变色的指示剂酚酞。滴定终点应在C点以上。(3)由于稀氨水显碱性,A项、C项错误;两者恰好反应时溶液显酸性,D项错误,B项正确。
考点一 溶液中的“三大平衡”
考点二 溶液中的“四大常数”
考点三 酸碱中和滴定及迁移应用
【要点归纳•再提升】
1.立足“动态平衡”,认识电解质溶液中的“三大平衡”(1)外界条件对弱电解质的电离平衡的影响[以CH3COOH(aq) CH3COO-(aq)+H+(aq) ΔH>0为例]。
(2)外界条件对水的电离平衡的影响(H2O H++OH- ΔH>0)。
微点拨①外界条件改变,水的电离平衡发生移动,但任何时候水电离出的c(H+)和c(OH-)总是相等的。②只要温度不变,KW不变。25 ℃时KW=10-14适用于任何稀酸、稀碱或盐溶液。
(3)外界条件对盐类水解平衡的影响。
微点拨若酸式盐的电离程度大于其水解程度,溶液显酸性,如NaHSO3溶液;若酸式盐的水解程度大于其电离程度,则溶液显碱性,如NaHCO3溶液。
(4)外界条件对沉淀溶解平衡的影响[以AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq) ΔH>0为例]。
微点拨溶度积(Ksp)的大小只与难溶电解质本身和溶液的温度有关,相同类型的难溶电解质的Ksp越小,溶解度越小,越难溶。
2.基于“守恒思想”,比较电解质溶液中的粒子浓度(1)利用“守恒思想”,建立粒子浓度的定量关系。①电荷守恒:电解质溶液中所有阳离子所带正电荷总数与所有阴离子所带负电荷总数相等。例如,NaHCO3溶液中电荷守恒:
一般不考虑H、O元素②元素质量守恒:电解质溶液中由于电离或水解因素,离子会发生变化变成其他离子或分子,但离子或分子中某种特定元素原子的总数不变。例如,在NaHCO3溶液中,n(Na)∶n(C)=1∶1,推出
可根据电荷守恒和元素质量守恒联合求出③质子守恒:质子守恒是指电解质溶液中的分子或离子得到或失去的质子的物质的量相等。例如,在NH4HCO3溶液中,H+、H2CO3为得到质子后的产物,NH3·H2O、OH-、 为失去质子后的产物,故有微点拨电荷守恒式中不能只是各离子浓度的简单相加,要考虑离子所带的电荷,例如2c( )的化学计量数2代表一个 带有2个负电荷,不可漏掉。
(2)熟知溶液中粒子浓度的“不等式关系”。
【经典对练•得高分】
考向1 电离平衡、盐类水解及影响因素真题示例
1- 1.(2021浙江卷)实验测得10 mL 0.50 ml·L-1 NH4Cl溶液、10 mL 0.50 ml·L-1 CH3COONa溶液的pH分别随温度与稀释加水量的变化如图所示。已知25 ℃时CH3COOH和NH3·H2O的电离常数均为1.8×10-5。下列说法不正确的是( )
A.图中实线表示pH随加水量的变化,虚线表示pH随温度的变化B.将NH4Cl溶液加水稀释至浓度为 ml·L-1,溶液pH变化值小于lg xC.随温度升高,KW增大,CH3COONa溶液中c(OH-)减小,c(H+)增大,pH减小D.25 ℃时稀释相同倍数的NH4Cl溶液与CH3COONa溶液中:c(Na+)-c(CH3COO-)=c(Cl-)-c( )
随温度升高,水的电离程度增大,KW增大,但CH3COO-水解程度增大,溶液中c(OH-)增大,C项错误。据电荷守恒可得:c( )+c(H+)=c(OH-)+c(Cl-)、c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-),则有c(Cl-)-c( )=c(H+)-c(OH-)、c(Na+)-c(CH3COO-)=c(OH-)-c(H+),原NH4Cl溶液和CH3COONa溶液的浓度相同,稀释相同倍数也相同,由于25 ℃时CH3COOH和NH3·H2O的电离常数均为1.8×10-5,则CH3COO-和 的水解程度相同,两溶液中|c(H+)-c(OH-)|(两者差的绝对值)相等,从而推知c(Cl-)-c( )=c(Na+)-c(CH3COO-),D项正确。
1- 2.(双选)(2020山东卷)25 ℃时,某混合溶液中c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=0.1 ml·L-1,lg c(CH3COOH)、lg c(CH3COO-)、lg c(H+)和lg c(OH-)随pH变化的关系如图所示。Ka为CH3COOH的电离常数,下列说法正确的是( )A.O点时,c(CH3COOH)=c(CH3COO-)B.N点时,pH=-lg KaD.pH由7到14的变化过程中,CH3COO-的水解程度始终增大
【解题思路】分析可知,随着pH的升高,OH-和CH3COO-浓度增大,H+和CH3COOH浓度减小,又因pH=7时,c(H+)=c(OH-),故可推知,图中各曲线代表的物质分别是曲线1表示CH3COO-,曲线2表示H+,曲线3表示OH-,曲线4表示CH3COOH,据此分析作答。
方法技巧“四步法”突破溶液中的“两大平衡”难题。电离平衡、盐类的水解平衡是溶液中的“两大平衡”,此类试题大多以电解质溶液的有关图像为载体,依据“勒夏特列原理”分析外界条件对上述平衡的影响,具体步骤如下:
答案 C解析 由图可知,c点时,V(NaOH溶液)=20 mL时恰好完全反应生成CH3COONa,b点溶液呈酸性,d点溶液呈碱性,A项错误。a→c过程中水的电离程度逐渐增大,c→e过程中NaOH过量,抑制水的电离,水的电离程度逐渐减小,B项错误。a→c过程CH3COOH→CH3COONa,c点恰好完全反应生成CH3COONa,该过程溶液中离子浓度增大,溶液导电能力逐渐增强,C项正确。e点时加入40 mL NaOH溶液,此时n(NaOH)=2n(CH3COOH),根据质量守恒可知,c(Na+)=2c(CH3COOH)+2c(CH3COO-),溶液的总体积为60 mL,则有c(Na+)=0.1 ml·L-1×40 mL÷60 mL=0.067 ml·L-1,D项错误。
1- 2.(双选)(2021山东济宁模拟)已知N2H4在水中的电离与NH3相似,室温下向N2H4水溶液中滴加某强酸,溶液的pH与离子浓度的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
考向2 沉淀溶解平衡及影响因素真题示例(2019全国Ⅱ)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)
第三步抓住Ksp的特点,结合选项分析判断。
对点演练2- 1.(双选)(2021山东泰安模拟)常温下,Cu(OH)2和Fe(OH)3饱和溶液的浓度随pH的变化如图所示,已知:Ksp[Cu(OH)2]=1×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=1×10-38。下列说法正确的是( )
A.曲线a对应的是Fe(OH)3饱和溶液B.只需调节pH为4.5即可除去FeCl3中的CuCl2C.酸性溶液中Cu元素的存在形式可能为Cu2+或Cu(OH)2D.滴加NaOH溶液,可实现X到Y的转化
答案 AC解析 由Ksp[Cu(OH)2]=1×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=1×10-38推知,Cu2+、Fe3+沉淀完全时,溶液的pH分别为6.5、3,故曲线a对应的是Fe(OH)3饱和溶液,A项正确。由图可知,调节pH为4.5时,Fe3+沉淀完全,Cu2+未沉淀,故不能除去FeCl3中的CuCl2,B项错误。由A项分析可知,pH=6.5时Cu2+全部转化为Cu(OH)2,故酸性溶液中Cu元素的存在形式可能为Cu2+或Cu(OH)2,C项正确。X→Y过程中pH不变,滴加NaOH溶液,溶液的pH要变大,D项错误。
2- 2.(双选)(2021山东淄博模拟)常温下,Ksp(MnS)=2.5×10-13,Ksp(FeS)=6.3×10-18。FeS和MnS在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示(X2+表示Fe2+或Mn2+),下列说法错误的是( )
A.曲线Ⅰ表示MnS的沉淀溶解平衡曲线B.升高温度,曲线Ⅱ上的c点可沿虚线平移至d点C.常温下,反应MnS(s)+Fe2+(aq) FeS(s)+Mn2+(aq)的平衡常数K为4×105D.向b点溶液中加入少量Na2S固体,溶液组成由b点沿曲线Ⅰ向a点方向移动
答案 BC解析 由于Ksp(MnS)>Ksp(FeS),结合图像可知,曲线Ⅰ表示的是MnS的沉淀溶解平衡曲线,曲线Ⅱ表示的是FeS的沉淀溶解平衡曲线,A项正确。升高温度,Ksp(FeS)增大,曲线Ⅱ上的c点可沿虚线向e点方向平移,B项错误。
【易错防范•不失分】
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)25 ℃时,1.0 ml·L-1醋酸溶液加水稀释至原体积的10倍,醋酸的电离程度、溶液中c(H+)和电离常数(Ka)均逐渐增大。( )(2)升高温度,促进水的电离,水中c(H+)和水的离子积(KW)均增大,但仍呈中性。( )(3)Na2CO3溶液中加入少量Ca(OH)2固体, 的水解程度减小,pH减小。( )(4)向NaAlO2溶液中滴加NaHCO3溶液,有沉淀和气体生成。( )
1.水的离子积常数(KW)及应用 KW随着温度升高而逐渐增大(1)水溶液中水的离子积常数为KW=c(H+)·c(OH-),KW只与温度有关,与水溶液的酸碱性无关。(2)25 ℃时,水的离子积常数为KW=1×10-14。微点拨KW是联系c(H+)、c(OH-)的“纽带”,加入酸时,c(H+)增大,但c(OH-)减小;加入碱时,c(OH-)增大,但c(H+)减小。
2.电离平衡常数(Ka或Kb)的计算及应用(1)已知c(HX)和c(H+),求HX的电离平衡常数Ka(HX):
应用前提——相同温度下(2)电离平衡常数的应用。①判断弱酸(或弱碱)的相对强弱,电离常数越大,酸性(或碱性)越强。②判断盐溶液的酸性(或碱性)强弱,盐中离子对应酸或碱的电离常数越大,盐的水解程度越小,盐溶液的碱性(或酸性)越弱。
3.利用电离常数(Ka或Kb)计算水解常数(Kh)(1)对于一元弱酸HA,Ka与Kh的关系:
(2)对于二元弱酸H2B, (H2B)、 (H2B)与Kh(HB-)、Kh(B2-)的关系:
微点拨25 ℃时,若一元弱酸(HA)的Ka>1.0×10-7,则A-的水解常数Kh<1.0×10-7,此时等物质的量浓度的HA和NaA溶液等体积混合,HA的电离程度大于A-的水解程度,溶液呈酸性,反之,混合液呈碱性。
4.溶度积常数(Ksp)及相关计算(2)建立Ksp与沉淀转化平衡常数(K)的关系:建立Ksp与K的关系,一般是在K的表达式分子分母中同乘以某个离子的浓度,将分子分母转化为不同物质的Ksp。
真题示例1- 1.(双选)(2021山东卷)赖氨酸[H3N+(CH2)4CH(NH2)COO-,用HR表示]是人体必需氨基酸,其盐酸盐(H3RCl2)在水溶液中存在如下平衡:
向一定浓度的H3RCl2溶液中滴加NaOH溶液,溶液中H3R2+、H2R+、HR和R-的分布系数δ(x)随pH变化如图所示。已知
1- 2.(2020全国Ⅰ)以酚酞为指示剂,用0.100 0 ml·L-1的NaOH溶液滴定20.00 mL未知浓度的二元酸H2A溶液。溶液中,pH、分布系数δ随滴加NaOH溶液体积V(NaOH)的变化关系如下图所示。[比如A2-的分布系数:
下列叙述正确的是( )A.曲线①代表δ(H2A),曲线②代表δ(HA-)B.H2A溶液的浓度为0.200 0 ml·L-1 C.HA-的电离常数Ka=1.0×10-2D.滴定终点时,溶液中c(Na+)<2c(A2-)+c(HA-)
方法技巧突破电离常数(Ka或Kb)、水解常数(Kh)的计算。(1)根据图形节点,计算电离平衡常数(Ka或Kb)。①根据图像中曲线的起点计算电离常数:酸碱中和滴定曲线中,曲线的起点未加酸(或碱),可以结合溶液的pH计算电离常数。②根据图像中曲线交点计算电离常数:在粒子物质的量分数(φ)-pH关系图像中,选择曲线的交点,结合溶液的pH计算电离常数( 、 )。
(2)两类盐类水解常数(Kh)的计算。
对点演练1- 1.(双选)(2021河北唐山模拟)常温下,向10.0 mL 0.1 ml·L-1 Na2A溶液中逐滴加入0.2 ml·L-1盐酸10.0 mL,溶液中粒子的物质的量(挥发的H2A未画出)随pH的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.随着盐酸的加入,溶液中水的电离程度先减小后增大B.Na2A的水解常数 的数量级约为10-4C.a点对应溶液中离子浓度:c(Na+)>3c(A2-)D.b点对应溶液中:c(OH-)=c(H+)+c(HA-)+c(H2A)
由电荷守恒可知,c(Na+)+c(H+)=2c(A2-)+c(HA-)+c(OH-),又a点对应溶液中c(HA-)=c(A2-),pH=10.8,故离子浓度c(Na+)=3c(A2-)+c(OH-)-c(H+),故c(Na+)>3c(A2-),C项正确。由图中可知,b点对应溶质是NaHA,由电荷守恒 c(Na+)+c(H+)=2c(A2-)+c(HA-)+c(OH-)和物料守恒c(Na+)=c(A2-)+c(HA-) +c(H2A),可得c(OH-)=c(H+)+c(H2A)-c(A2-),D项错误。
1- 2.(2021福建莆田质检)常温下,向20.00 mL 0.10 ml·L-1 NH4Cl溶液中逐滴加入0.10 ml·L-1 NaOH溶液时,溶液的pH与所加NaOH溶液体积的关系如图所示(不考虑挥发),其中d点为反应终点。下列说法不正确的是( )A.V=20.00 mLB.常温下,Kb(NH3·H2O)的数量级为10-5C.b点溶液中:c(Cl-)>c(Na+)>c(H+)=c(OH-)D.c点的混合溶液中:c( )=c(Na+)
考向2 溶度积常数及应用真题示例(2021广东卷节选)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(M)、镍(Ni)等元素的氧化物,一种回收利用工艺的部分流程如下:
对点演练2- 1.(双选)(2021山东邹城一中模拟)常温下,向10 mL一定浓度的硝酸银溶液中,逐滴加入0.1 ml·L-1的氨水,反应过程中-lg c(Ag+)或-lg c([Ag(NH3)2]+)与加入氨水体积的关系如图。下列说法错误的是( )
A.原硝酸银溶液的浓度是0.1 ml·L-1B.反应生成氢氧化银的Ksp(AgOH)的数量级为10-8C.b点对应溶液中 的浓度小于c点对应溶液中 的浓度D.m点对应溶液中c( )>c(Ag+)+c([Ag(NH3)2]+)+c( )
答案 CD解析 由图可知,加入10 mL 氨水时,-lg c(Ag+)达到最大值,此时溶液c(Ag+)最小,恰好完全反应生成AgOH沉淀,则有c(AgNO3)=0.1 ml·L-1,A项正确。b点存在AgOH的沉淀溶解平衡,-lg c(Ag+)=4,此时c(Ag+)=c(OH-)=10-4 ml·L-1,则Ksp(AgOH)=c(Ag+)·c(OH-)=10-4×10-4=10-8,B项正确。b点对应溶液中溶质为NH4NO3,c点AgOH完全溶解,溶液中主要存在[Ag(NH3)2]+,
2- 2.(2021福建模拟节选)(1)常温下,若在含Cd2+、Te4+滤液中加入NaOH溶液调节pH为7,溶液中c(Cd2+)的最大值为 。(已知:Ksp[Cd(OH)2]=5.3×10-15) (2)溶液中C2+的浓度为0.33 ml·L-1,通过计算说明,常温下除铝控制溶液pH为4.5,是否造成C2+的损失? (列出算式并给出结论)。已知:(Ksp[C(OH)2]=5.9×10-15)
方法技巧根据沉淀溶解平衡曲线计算Ksp。(1)根据沉淀溶解平衡图像中处于曲线上平衡点的坐标,计算溶度积常数(Ksp)的值,要注意看清横坐标、纵坐标是c还是lg c(或-lg c)。(2)结合沉淀溶解平衡,确定Ksp的表达形式,根据图中沉淀溶解平衡曲线上点的信息,计算Ksp的值。(3)当溶液中离子浓度≤10-5 ml·L-1时,可认为该离子沉淀完全,可结合Ksp确定此时另一离子的浓度。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)0.1 ml·L-1 CH3COOH溶液中,升高温度,电离平衡正向移动,则KW、Ka(CH3COOH)均增大。( )(2)0.1 ml·L-1 CH3COONa溶液中,滴加浓NaOH溶液,水解平衡逆向移动,溶液中c(OH-)增大,但Kh(CH3COO-)减小。( )(3)在0.1 ml·L-1 NH4Cl溶液中,存在定量关系:KW=Kb(NH3·H2O)·Kh( )。( )
1.酸碱中和滴定实验操作要点
微点拨酸碱恰好中和(即滴定终点)时溶液不一定呈中性,最终溶液的酸碱性取决于生成盐的性质。
2.氧化还原滴定的原理及应用(1)滴定原理:依据氧化还原反应中定量关系,以氧化剂(或还原剂)为滴定剂,滴定一些具有还原性(或氧化性)的物质。(2)常用试剂。①常见的用于滴定的氧化剂有KMnO4、K2Cr2O7、I2等;②常见的用于滴定的还原剂有亚铁盐、草酸、Na2S2O3等。
(3)应用实例。①酸性KMnO4溶液滴定H2C2O4溶液。
②Na2S2O3溶液滴定碘液(碘量法)。
3.沉淀滴定法及应用(1)沉淀滴定法是利用沉淀反应进行滴定、测量分析的方法。生成沉淀的反应很多,但符合条件的却很少,实际上应用最多的是银量法,即利用Ag+与卤素离子的反应来测定Cl-、Br-、I-的浓度。(2)沉淀滴定所用的指示剂本身就是一种沉淀剂,滴定剂与被滴定物反应的生成物的溶解度要比滴定剂与指示剂反应的生成物的溶解度小,否则不能用这种指示剂。如用AgNO3溶液滴定溶液中的Cl-的含量时常以 为指示剂,这是因为AgCl比Ag2CrO4更难溶。
考向1 酸碱中和滴定及应用真题示例(2020全国Ⅱ)苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸,其反应原理简示如下:
实验步骤:(1)在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(约0.03 ml)高锰酸钾,慢慢开启搅拌器,并加热回流至回流液不再出现油珠。(2)停止加热,继续搅拌,冷却片刻后,从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液,并将反应混合物趁热过滤,用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液,置于冰水浴中冷却,然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤,用少量冷水洗涤,放在沸水浴上干燥。称量,粗产品为1.0 g。(3)纯度测定:称取0.122 g粗产品,配成乙醇溶液,加入100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液,用0.010 00 ml·L-1的KOH标准溶液滴定,三次滴定平均消耗21.50 mL的KOH标准溶液。
回答下列问题。(1)根据上述实验药品的用量,三颈烧瓶的最适宜规格为 (填字母)。 A.100 mLB.250 mLC.500 mLD.1 000 mL(2)在反应装置中应选用 (填“直形”或“球形”)冷凝管,当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成,其判断理由是 。 (3)加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是 ;该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理,请用反应的离子方程式表达其原理: 。
(4)“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是 。 (5)干燥苯甲酸晶体时,若温度过高,可能出现的结果是 。 (6)本实验制备的苯甲酸的纯度为 ;据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于 (填字母)。 A.70%B.60%C.50%D.40%(7)若要得到纯度更高的苯甲酸,可通过在水中 的方法提纯。
【解题思路】(1)仪器的选择。
根据物质性质分析判断:甲苯沸点低,且不溶于水,因此当回流液没有油珠时,说明不溶于水的甲苯已经完全被氧化。
(3)分析试剂的作用。
陌生氧化还原反应方程式的书写。
(4)判断物质的组成——元素转化思想。
(5)根据题给信息分析判断。
(6)定量计算——利用关系式的计算。①苯甲酸纯度的计算。由关系式C6H5COOH~KOH可知,苯甲酸的纯度为:②苯甲酸产率的计算。
(7)物质提纯的方法。苯甲酸中含有被氧化生成的硫酸钠和硫酸锰等盐类物质,可利用苯甲酸微溶于冷水、易溶于热水的性质通过重结晶的方法提纯。
答案 (1)B(2)球形 无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化(3)除去过量的高锰酸钾,避免在用盐酸酸化时,产生氯气 (4)MnO2(5)苯甲酸升华而损失(6)86.0% C(7)重结晶
方法技巧酸碱中和滴定实验数据的处理。(1)根据题意写出酸碱中和反应的原理,建立酸与碱的定量关系。例如,C6H5COOH+KOH→C6H5COOK+H2O,则有n(C6H5COOH)=n(KOH)。(2)分析实验数据确定每次滴定实验消耗标准溶液的体积,看是否存在明显错误的数据,若存在,舍去错误数据,根据其他实验数据求出消耗标准溶液的平均体积。(3)结合酸、碱的定量关系进行计算,计算物质的量浓度、产品的纯度(或产率)等。
对点演练现使用酸碱中和滴定法测定市售白醋的总酸量(每100 mL白醋中含有醋酸的质量单位为g/100 mL)。Ⅰ.实验步骤(1)配制待测白醋溶液,用 (填仪器名称)量取10.00 mL食用白醋,在 (填仪器名称)中用水稀释后转移到100 mL (填仪器名称)中定容,摇匀即得待测白醋溶液。 (2)量取待测白醋溶液20.00 mL置于锥形瓶中,向其中滴加2滴酚酞作指示剂。(3)读取盛装0.100 0 ml·L-1 NaOH溶液的碱式滴定管的初始读数。(4)滴定。判断滴定终点的现象是 ,达到滴定终点,停止滴定,并记录NaOH溶液的最终读数,重复滴定3次。 (5)如图是某次滴定时的滴定管中的液面,其读数为 mL。
Ⅱ.实验记录Ⅲ.数据处理与讨论(6)甲同学在处理数据时计算得:平均消耗NaOH溶液的体积①指出他计算的不合理之处: 。 ②按正确数据处理,得出c(市售白醋)= ml·L-1,市售白醋总酸量= g/100 mL。
答案 (1)酸式滴定管 烧杯 容量瓶(4)溶液由无色变成浅红色,且半分钟内不褪色(5)22.60(6)①第1组实验数据误差明显大,属异常值,应舍去②0.75 4.5解析 (1)配制待测白醋溶液,用酸式滴定管准确量取10.00 mL食用白醋,在烧杯中加蒸馏水稀释,再转移到100 mL容量瓶中进行定容。(4)待测白醋中滴加酚酞作指示剂,开始时溶液无色,达到滴定终点时,溶液由无色变成浅红色,且半分钟内不褪色。(5)滴定管的0刻度在上方,图中滴定管1 mL分成10个小格,每个小格代表0.10 mL,故图中滴定管中液面读数为22.60 mL。
易错提醒第(6)小题易忽视实验数据的分析,未判断是否存在明显错误数据,直接计算市售白醋的浓度及白醋的总酸量。
考向2 酸碱中和滴定的迁移应用真题示例2- 1.(2021浙江卷节选)某兴趣小组用铬铁矿[Fe(CrO2)2]制备K2Cr2O7晶体,流程如下:
(1)为了测定K2Cr2O7产品的纯度,可采用氧化还原滴定法。下列关于滴定分析的操作,不正确的是 。 A.用量筒量取25.00 mL待测液转移至锥形瓶B.滴定时要适当控制滴定速率C.滴定时应一直观察滴定管中溶液体积的变化D.读数时应将滴定管从架上取下,捏住管上端无刻度处,使滴定管保持垂直E.平行滴定时,须重新装液并调节液面至“0”刻度或“0”刻度以下(2)该小组用滴定法准确测得产品中K2Cr2O7的质量分数为98.50%。某同学还用分光光度法测定产品纯度(K2Cr2O7溶液的吸光度与其浓度成正比例),但测得的质量分数明显偏低。分析其原因,发现配制K2Cr2O7待测液时少加了一种试剂。该试剂是 ,添加该试剂的理由是 。
解析 (1)量筒属于粗量器,不能用量筒量取25.00 mL溶液,由于K2Cr2O7具有强氧化性,量取25.00 mL待测液应用酸式滴定管,A项错误。滴定时要适当控制滴定的速率,确保反应物之间充分反应,同时防止滴加过快使得滴加试剂过量,B项正确。滴定时应一直观察锥形瓶中溶液颜色的变化,以便准确判断滴定的终点,C项错误。读数时应将滴定管从架上取下,捏住管上端无刻度处,使滴定管保持垂直,平视读取读数,D项正确。为了确保每次滴定时滴定管中的溶液充足,平行滴定时,须重新装液并调节液面至“0”刻度或“0”刻度以下,并记录初始读数,E正确。
2- 2.(2021湖南卷改编)碳酸钠俗称纯碱,是一种重要的化工原料。以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠,并测定产品中少量碳酸氢钠的含量。过程如下:步骤Ⅰ.Na2CO3的制备
步骤Ⅱ.产品中NaHCO3含量测定①称取产品2.500 g,用蒸馏水溶解,定容于250 mL容量瓶中;②移取25.00 mL上述溶液置于锥形瓶,加入2滴指示剂M,用0.100 0 ml·L-1盐酸标准溶液滴定,溶液由红色变至近无色(第一滴定终点),消耗盐酸V1;③在上述锥形瓶中再加入2滴指示剂N,继续用0.100 0 ml·L-1盐酸标准溶液滴定至终点(第二滴定终点),又消耗盐酸V2;④平行测定三次,V1平均值为22.45 mL,V2平均值为23.51 mL。已知:(ⅰ)当温度超过35 ℃时,NH4HCO3开始分解。
(ⅱ)相关盐在不同温度下的溶解度表
回答下列问题。(1)步骤Ⅰ中晶体A的化学式为 ,晶体A能够析出的原因是 。 (2)步骤Ⅰ中“300 ℃加热”所选用的仪器是 (填字母)。 (3)指示剂N为 ,描述第二滴定终点前后颜色变化 。 (4)产品中NaHCO3的质量分数为 (保留到0.01%)。 (5)第一滴定终点时,某同学俯视读数,其他操作均正确,则NaHCO3质量分数的计算结果 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
答案 (1)NaHCO3 相同温度下,碳酸氢钠的溶解度最小,且与氯化钠、碳酸氢铵、氯化铵的溶解度相差较大(2)D(3)甲基橙 溶液由黄色变为橙色(4)3.56% (5)偏大
解析 本题属于综合实验题,但考查点难度较小,主要考查了物质成分的分析、仪器的选择使用、滴定操作中指示剂的选择及滴定现象的描述、物质含量的计算等。(1)根据流程图及最终产品是碳酸钠可推知晶体A的成分是碳酸氢钠。根据已知(ⅱ)中相关盐在不同温度下的溶解度表可知碳酸氢钠的溶解度在30~35 ℃的温度下最小,且与氯化钠、碳酸氢铵、氯化铵的溶解度相差较大。所以当将碳酸氢铵粉末和氯化钠溶液混合时,溶液中易析出碳酸氢钠晶体。
(2)高温下给固体加热所用的仪器一般为坩埚。(3)用盐酸标准溶液滴定含有碳酸氢钠杂质的碳酸钠溶液时,由于开始时溶液呈碱性,且首先发生反应:Na2CO3+HCl === NaHCO3+NaCl,此时所用指示剂M为酚酞,终点的现象是:溶液由红色变为近无色。第二个滴定阶段发生的反应为NaHCO3+HCl === NaCl+H2O+CO2↑,由于最终溶液呈弱酸性,所以可用甲基橙作指示剂(N)。滴定终点的现象是溶液由黄色变为橙色。
(4)根据滴定过程中的反应原理:Na2CO3+HCl === NaHCO3+NaCl、NaHCO3+HCl === NaCl+H2O+CO2↑可知,2.500 g产品中碳酸氢钠所消耗的盐酸的体积为(V2-V1) mL×10=(23.51 mL-22.45 mL)×10,则样品中n(NaHCO3)=(23.51 mL-22.45 mL)×10×10-3 L·mL-1×0.100 0 ml·L-1=1.06×10-3 ml。所以产品中碳酸氢钠的质量分数为(5)由于滴定管的刻度上小下大,当第一滴定终点时俯视读数,会使所读刻度值偏小,即V1偏小,引起(V2-V1)偏大,则最终所算得的碳酸氢钠的质量分数偏大。
对点演练2- 1.取未知浓度的硫酸、盐酸和醋酸各25.00 mL,分别用0.10 ml·L-1的NaOH溶液或0.10 ml·L-1的氨水滴定得如图所示曲线。下列说法正确的是( )。A.由图可知曲线c为NaOH溶液滴定硫酸
B.由图可知硫酸的物质的量浓度大于盐酸的物质的量浓度C.曲线b、c的滴定实验可用酚酞作指示剂D.由图可知滴定前醋酸电离百分比约为1.67%
答案 D解析 由题图可知,加入NaOH溶液或氨水时,曲线a的pH在开始阶段变化较大,应为碱滴定弱酸的变化曲线,则曲线b、c为硫酸、盐酸的滴定曲线,由于浓度未知,则不能确定曲线b、c表示的滴定过程,A项错误。硫酸和盐酸都是强酸,图中纵坐标为pH,不能确定其浓度大小,B项错误。曲线c达到终点时溶液呈酸性,应选用甲基橙作指示剂,C项错误。滴定前,醋酸的pH=3,则c(H+)=1×10-3 ml·L-1,滴定终点时消耗15 mL NaOH溶液,则有c(CH3COOH)×0.025 L=0.10 ml·L-1×0.015 L,解得c(CH3COOH)=0.06 ml·L-1,故滴定前CH3COOH电离的百分数为
2- 2.某烧碱样品中含有少量不与酸作用的杂质,为了测定其纯度,进行以下滴定操作:A.用250 mL的容量瓶配制250 mL的烧碱溶液;B.用碱式滴定管量取25.00 mL的烧碱溶液放入锥形瓶中并加几滴甲基橙作指示剂;C.在天平上准确称取烧碱样品x g,在烧杯中加蒸馏水溶解;D.将物质的量浓度为y ml·L-1的标准H2SO4溶液装入酸式滴定管,调整液面,记下开始刻度数为a mL;E.在锥形瓶下垫一张白纸,滴定到终点,记录终点刻度数为b mL。
请回答下列问题。(1)正确的操作步骤顺序是(填写字母): → → →D→ 。 (2)操作中锥形瓶下垫一张白纸的作用是 。 (3)操作D中液面应调整到 ;尖嘴部分应 。 (4)滴定到终点时锥形瓶内溶液的颜色变化是 。 (5)若酸式滴定管没用标准H2SO4溶液润洗,会对测定结果有何影响? (填“偏高”“偏低”或“无影响”,其他操作均正确)。 (6)该烧碱样品的纯度计算式是 。
答案 (1)C A B E(2)便于准确判断滴定终点时溶液颜色的变化(3)“0”刻度或“0”刻度以下的某一刻度 充满溶液,无气泡(4)由黄色变为橙色(5)偏高
解析 (1)本题应先配制250 mL NaOH溶液,取25.00 mL放入锥形瓶中,用标准H2SO4溶液进行滴定,故正确的操作步骤是C→A→B→D→E。(2)放一张白纸便于准确判断滴定终点时溶液的颜色变化情况。(3)调整液面至“0”刻度或“0”刻度以下某一刻度。尖嘴部分应充满溶液,无气泡。(4)终点时溶液颜色由黄色变为橙色。(5)若酸式滴定管没用标准H2SO4溶液润洗,则滴定时消耗标准H2SO4溶液的体积偏大,所测烧碱浓度会偏高。
2- 3.(2021湖北联考)用沉淀滴定法快速测定NaI等碘化物溶液中c(I-),实验过程包括准备标准溶液和滴定待测溶液。Ⅰ.准备标准溶液a.准确称取AgNO3基准物4.246 8 g(0.025 0 ml)后,配制成250 mL标准溶液,放在棕色试剂瓶中避光保存,备用。b.配制并标定100 mL 0.100 0 ml·L-1 NH4SCN标准溶液,备用。
Ⅱ.滴定的主要步骤a.取待测NaI溶液25.00 mL加入锥形瓶中。b.加入25.00 mL 0.100 0 ml·L-1 AgNO3溶液(过量),使I-完全转化为AgI沉淀。c.加入NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂。d.用0.100 0 ml·L-1 NH4SCN溶液滴定过量的Ag+,使其恰好完全转化为AgSCN沉淀后,体系出现淡红色,停止滴定。e.重复上述操作两次。三次测定数据如下表:f.数据处理。
回答下列问题。(1)将称得的AgNO3配制成标准溶液,所使用的仪器除烧杯和玻璃棒外还有 。 (2)AgNO3标准溶液放在棕色试剂瓶中避光保存的原因是 。 (3)滴定应在pH<0.5的条件下进行,其目的是 。 (4)b和c两步操作是否可以颠倒? (填“是”或“否”),说明理由: 。 (5)所消耗的NH4SCN标准溶液的平均体积为 mL,测得c(I-)= ml·L-1。
(6)在滴定管用蒸馏水洗净后,装入NH4SCN标准溶液的前一步,应进行的操作为 。 (7)判断下列操作对c(I-)测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。①若在配制AgNO3标准溶液时,烧杯中的溶液有少量溅出,则测定结果 。 ②若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视标准液液面,则测定结果 。
答案 (1)250 mL(棕色)容量瓶、胶头滴管(2)避免AgNO3见光分解(3)防止因Fe3+的水解而影响滴定终点的判断(或抑制Fe3+的水解)(4)否 若颠倒,Fe3+与I-反应,指示剂耗尽,无法判断滴定终点(5)10.00 0.060 0(6)用NH4SCN标准溶液进行润洗(7)①偏高 ②偏高
解析 (1)配制一定物质的量浓度的标准溶液,除烧杯和玻璃棒外,还需用到的仪器有250 mL(棕色)容量瓶、胶头滴管。(2)AgNO3见光容易分解,因此需要保存在棕色试剂瓶中。(3)滴定实验中用NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂,Fe3+容易发生水解,影响滴定终点判断,因此控制pH<0.5,目的是抑制Fe3+的水解。(4)Fe3+能与I-发生氧化还原反应:2Fe3++2I- === 2Fe2++I2,因此b、c不能颠倒,否则指示剂耗尽,无法判断滴定终点。(5)第1组数据误差较大,舍去,取第2组、第3组实验数据的平均值,消耗NH4SCN标准溶液的平均体积为(10.02+9.98) mL× =10.00 mL。根据滴定原理,则n(Ag+)=n(I-)+n(SCN-),故n(I-)=n(Ag+)-n(SCN-)=0.025 L×0.100 0 ml·L-1-0.01 L×0.100 0 ml·L-1=0.001 5 ml,则c(I-)= =0.060 0 ml·L-1。
(6)在滴定管中装入NH4SCN标准溶液之前,要先用NH4SCN标准溶液润洗滴定管。(7)①在配制AgNO3标准溶液时,若烧杯中溶液有少量溅出,配制的AgNO3标准溶液的浓度偏低,则滴定时消耗的NH4SCN标准溶液的体积偏小,测得的c(I-)偏高。②滴定管0刻度在上,读数时从上往下读数,读取体积偏小,计算所用NH4SCN的物质的量偏小,测得的c(I-)偏高。
2- 4.(2021陕西汉中第一次质检)三氯氧磷(POCl3)是重要的基础化工原料,广泛用于制药、染化、塑胶助剂等行业。某兴趣小组用O2直接氧化PCl3制备POCl3,实验装置设计如图:
有关物质的部分性质如下表:
回答下列问题。(1)装置C中反应器的名称是 。 (2)装置B中试剂为 ;装置B的作用是 。 (3)装置A中发生反应的化学方程式为 ;装置C中制备POCl3的化学方程式为 。 (4)a装置的作用是 。 (5)通过佛尔哈德法可以测定三氯氧磷产品中Cl元素的含量,实验步骤如下:
Ⅰ.取a g产品置于锥形瓶中,加入足量NaOH溶液,待完全反应后加稀硝酸至溶液显酸性;Ⅱ.向锥形瓶中加入0.100 0 ml·L-1的AgNO3溶液50.00 mL,使Cl-完全沉淀;Ⅲ.向其中加入2 mL硝基苯,用力摇动,使沉淀表面被有机物覆盖;Ⅳ.加入指示剂,用b ml·L-1 NH4SCN溶液滴定过量Ag+至终点,记下所用体积为c mL。已知:Ksp(AgCl)=3.2×10-10,Ksp(AgSCN)=2×10-12。①滴定选用的指示剂是 (填字母)。 A.酚酞 B.NH4Fe(SO4)2 C.淀粉 D.甲基橙②Cl元素的质量分数为(列出算式) 。 ③若取消步骤Ⅲ,会使步骤Ⅳ中出现两种沉淀共存,此时c(Cl-)∶c(SCN-)= ;该反应使测定结果 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案 (1)三颈烧瓶(2)浓硫酸 平衡气压,干燥氧气,观察气体流速
解析 装置A 是氧气的发生装置,为固体与液体不加热制备气体装置,可以为H2O2在MnO2催化作用下分解生成氧气,也可以是过氧化钠与水反应,通过加入液体的量,可以控制产生氧气的速率;氧气中含有水蒸气,可以用浓硫酸除去,所以装置B中盛放浓硫酸,装置B中有长颈漏斗,可以平衡装置内外的压强,起安全瓶的作用;纯净的氧气与三氯化磷在C中反应生成POCl3,为了控制反应速率且要防止三氯化磷挥发,反应的温度不宜太高,所以装置C用水浴加热,为防止POCl3挥发,用冷凝管a进行冷凝回流;POCl3遇水剧烈水解为H3PO4和HCl,为防止空气中水蒸气进入装置,同时吸收尾气,所以在装置的最后连装有碱石灰的干燥管。(2)装置B中装有浓硫酸,可作干燥剂,另外气体通过液体时可观察到气泡,则装置B的作用是观察O2的流速、平衡气压、干燥氧气。
(5)①用b ml·L-1 NH4SCN溶液滴定过量Ag+至终点,当滴定达到终点时NH4SCN过量,加NH4Fe(SO4)2作指示剂,Fe3+与SCN-反应会使溶液变红色,若半分钟内不褪色,即可确定滴定终点。②用b ml·L-1 NH4SCN溶液滴定过量Ag+至终点,记下所用体积c mL,则过量Ag+的物质的量为bc×10-3 ml,与Cl-反应的Ag+的物质的量为0.100 0 ml·L-1×0.05 L-bc×10-3 ml=(5-bc)×10-3 ml,Cl元素的质量分数为
③若取消步骤Ⅲ,会使步骤Ⅳ中出现两种沉淀共存,此时c(Cl-)∶c(SCN-)= Ksp(AgCl)∶Ksp(AgSCN)=(3.2×10-10)∶(2×10-12)=160∶1;若无此操作,NH4SCN与AgCl反应生成AgSCN沉淀,则滴定时消耗的NH4SCN标准液的体积偏多,即与SCN-反应的银离子的物质的量偏大,则与氯离子反应的银离子的物质的量偏小,所以测得的氯离子的质量分数偏小。
方法技巧滴定实验操作中指示剂的选择。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)滴定管用蒸馏水洗涤后,直接装入NaOH标准液,滴定未知浓度的稀盐酸。( )(2)滴定过程中,眼睛要注视滴定管中液面变化,准确判断滴定终点。( )(3)滴定达终点时,发现滴定管尖嘴部分有悬滴,对测定结果无影响。( )(4)用标准盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液,甲基橙作指示剂,达到滴定终点时,溶液呈中性。( )
十一、水溶液中离子平衡的图像分析
【热点专攻】1.两种常见中和滴定曲线及分析
(1)曲线起点不同:强碱滴定等物质的量浓度的一元强酸、一元弱酸,强酸起点低(pH小);强酸滴定等物质的量浓度的一元强碱、一元弱碱,强碱起点高(pH大)。(2)突跃范围不同:强碱与强酸反应时,达到滴定终点的突跃变化范围大于强酸与弱碱(或强碱与弱酸)反应的突跃范围。
2.中和滴定中直线图像及分析常温下,向二元弱酸H2Y溶液中滴加NaOH溶液,所得混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示:
3.分布系数图像(高考新热点)分布系数图像是酸碱中和滴定曲线的一种变式,常以pH、分布系数(δ)为横、纵坐标,结合滴定实验数据绘制出关系曲线,这里分布系数(δ)代表组分的平衡浓度占总浓度的比值。
4.沉淀溶解平衡曲线及分析(以氯化银为例)(1)在该沉淀溶解平衡图像上,曲线上任意一点都达到了沉淀溶解平衡状态,此时Q=Ksp。在温度不变时,无论改变哪种离子的浓度,另一种离子的浓度只能在曲线上变化,不会出现在曲线以外。(2)曲线上方区域的点均为过饱和溶液(沉淀析出),此时Q>Ksp。
(3)曲线下方区域的点均为不饱和溶液,此时Q
2.“三步法”突破分布系数图像题(1)读图:通过观察弄清纵坐标的含义及单位,弄清各粒子浓度变化。(2)识图:分析特殊点的图像含义,如曲线的起点、终点、交叉点、极值点、转折点等,分析曲线的变化趋势,如斜率的大小及升降。根据曲线交点的pH确定电离常数。(3)分析:进行信息提取,挖掘隐含信息、排除干扰信息、提炼有用信息,在总览信息的基础上进行逻辑推理或运用数据计算分析。
【题型突破】(2021全国甲)已知相同温度下,Ksp(BaSO4)
【应考训练】1.(2021山东日照模拟)10 mL 0.10 ml·L-1的NH4Cl溶液的pH分别随温度升高或加水后溶液体积的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.升温KW增大,NH4Cl溶液中c(H+)增大,pH减小B.曲线a表示NH4Cl溶液pH随加水量的变化C.将NH4Cl溶液加水稀释100倍,溶液pH的变化值小于2D.25 ℃时Kb(NH3·H2O)的数量级约为10-4
答案 D解析 升高温度,水的电离程度增大,KW增大,NH4Cl溶液中铵根离子的水解程度增大,c(H+)增大,pH减小,A项正确。加水量增大时虽然NH4Cl的水解程度增大,但c(H+)减小,pH增大,曲线a表示NH4Cl溶液pH随加水量的变化,B项正确。将NH4Cl溶液加水稀释100倍,因水解平衡正向移动,c(H+)没有降至原来的 ,故溶液pH的变化值小于2,C项正确。25 ℃时,
2.(双选)(2021山东济南联考)已知H3PO4是一种三元中强酸。25 ℃时,向某浓度H3PO4溶液中逐滴加入NaOH溶液,滴加过程中各种含磷粒子的物质的量分数(δ)随溶液pH的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
3.(2021天津联考)25 ℃时,用氢氧化钠调节浓度为2.0×10-3 ml·L-1的氢氟酸的pH (忽略体积变化),溶液中c(HF)、c(F-)与pH的变化关系如下图所示。下列说法不正确的是( )
A.a~b~d曲线代表c(F-)随pH的变化B.25 ℃时,HF电离平衡常数的数值Ka=10-3.6C.从b点到c点发生的反应离子方程式是HF+OH- === H2O+F-D.图中a点对应溶液中粒子浓度大小是c(HF)>c(H+)>c(F-)>c(OH-)
答案 A解析 氢氟酸中加入氢氧化钠,随着氢氧化钠的量的增加,溶液的pH升高,溶液中的氟化氢分子浓度减小,氟离子浓度增大。a~b~d曲线代表c(HF)随pH的变化,A项错误。从图中b点分析,氟化氢的电离平衡常数 =10-3.6,B项正确。从b点到c点发生的反应为氢氧化钠和氟化氢的反应,离子方程式为HF+OH- === H2O+F-,C项正确。从图中a点分析,氟化氢的浓度比氟离子浓度大,氟化氢的浓度为1.6×10-3 ml·L-1,氢离子浓度为1.0×10-3 ml·L-1,而氟离子浓度约为5.5×10-4 ml·L-1,溶液显酸性,所以溶液粒子浓度关系为:c(HF)>c(H+)>c(F-)>c(OH-),D项正确。
4.连二次硝酸(H2N2O2)是一种二元酸,可用于制N2O气体。(1)连二次硝酸中氮元素的化合价为 价。 (2)常温下,用0.01 ml·L-1的NaOH溶液滴定10 mL 0.01 ml·L-1的H2N2O2溶液,测得溶液pH与NaOH溶液体积的关系如图所示。
①写出H2N2O2在水溶液中的电离方程式: 。
5.已知某温度下CH3COOH的电离常数Ka=1.6×10-5。该温度下向20 mL 0.01 ml·L-1 CH3COOH溶液中逐滴加入0.01 ml·L-1的KOH溶液,其pH变化曲线如图所示(忽略温度变化)。请回答下列有关问题:(已知lg 4=0.6)
(1)A点溶液中c(H+)为 ,pH约为 。 (2)A、B、C、D四点中水的电离程度最大的是 点,滴定过程中宜选用 作指示剂,滴定终点在 (填“C点以上”或“C点以下”)。
(3)若向20 mL稀氨水中逐滴加入等浓度的盐酸,则下列变化趋势正确的是 (填字母)。
答案 (1)4×10-4ml·L-1 3.4(2)C 酚酞 C点以上(3)B
(2)A点是CH3COOH,B点是CH3COOH和少量CH3COOK的混合溶液,C点是CH3COOK和少量CH3COOH的混合溶液,D点是CH3COOK和KOH的混合溶液,酸、碱均能抑制水的电离,CH3COOK水解促进水的电离,所以C点溶液中水的电离程度最大。由于酸碱恰好完全反应时溶液显碱性,故应该选择在碱性范围内变色的指示剂酚酞。滴定终点应在C点以上。(3)由于稀氨水显碱性,A项、C项错误;两者恰好反应时溶液显酸性,D项错误,B项正确。
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