2021版化学名师讲练大一轮复习方略人教通用版高考新风向·命题新情境8.2水的电离和溶液的酸碱性

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高考新风向·命题新情境

滴定操作的方法:

(1)传统方法:

滴定作为一种经典的分析技术被广泛使用。最早,滴定剂通过带有刻度的玻璃管(滴定管)添加并记录消耗的体积,手动调节旋塞开关来控制滴定剂的添加量,当反应进行到终点时,指示剂颜色发生变化。起初,只能进行那些到终点有颜色变化的滴定,后来的滴定可以人为加入指示剂。结果的精确性主要靠化学师的技术能力,尤其是辨别不同颜色的能力。

(2)现代方法:

用于电位测量的电极取代了颜色指示剂,从而提高了结果的精确性与准确性。

自动滴定仪是由微处理器控制的仪器,可自动完成所有滴定相关操作:

①添加滴定剂;②监测反应(采集信号);③识别终点;④数据存储;⑤计算;⑥存储结果;⑦将数据传送至打印机或电脑/外部系。

　问题1.传统方法中是如何提高结果的精准性的?(素养角度——宏观辨识与微观探析)

提示:重复滴定2～3次,求消耗标准溶液体积的平均值。

问题2.在氧化还原滴定实验中,氧化剂通常使用什么滴定管?(素养角度——科学探究与创新意识)

提示:氧化剂会氧化橡胶管,故应该用酸式滴定管取用。

问题3.室温下,用0.10 mol·L-1的盐酸滴定20.00 mL 0.10 mol·L-1的某碱BOH溶液,用自动滴定仪得到的滴定曲线如下。(素养角度——变化观念与平衡思想)

(1)a点时,溶液呈碱性,溶液中c(B+)和c(Cl-)的大小关系如何?

提示:a点为BOH—BCl共存的溶液,呈碱性,故有c(B+)>c(Cl-)。

(2)b点时溶液的pH=7吗?

提示:不对。从图象起点pH<13,可知BOH为弱碱,b点为滴定终点,生成强酸弱碱盐,水解呈酸性,故pH<7。

(3)c点时溶液中c(H+)约为多少?

提示:加入盐酸为40 mL时,c(H+)=(0.10×40-0.10×20)÷60 mol·L-1≈

0.03 mol·L-1。

问题4.实验室有一瓶失去标签的某白色固体X,已知其成分可能是碳酸或亚硫酸的钠盐或钾盐,且其成分单一。现某化学小组通过如下步骤来确定其成分:(素养角度——科学探究与创新意识)

(1)阳离子的确定的实验方法及现象?

提示:取固体少许,进行焰色反应实验,焰色为黄色,此白色固体是钠盐,透过蓝色钴玻璃,焰色为紫色,此白色固体是钾盐。

(2)如何确定阴离子?

提示:取少量白色固体于试管中,然后向试管中加入稀盐酸,白色固体全部溶解,产生无色气体,此气体能使溴水褪色,则为S;若此气体不能使溴水褪色,则为C。

(3)确认其成分为Na2SO3后,由于某些原因,此白色固体部分被空气氧化,该化学小组想用已知浓度的酸性KMnO4溶液来确定变质固体中X的含量,具体步骤如下:

步骤Ⅰ　称取样品1.000 g。

步骤Ⅱ　将样品溶解后,完全转移到250 mL容量瓶中,定容,充分摇匀。

步骤Ⅲ　移取25.00 mL样品溶液于250 mL锥形瓶中,用0.01 mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定至终点。

重复操作步骤Ⅲ2次。

滴定结果如下表所示:

则该变质固体中Na2SO3的质量分数为________。 

提示:分析滴定数据,第三组数据明显偏小,滴定中误差很大,计算时应舍去。由2Mn+5S+6H+2Mn2++5S+3H2O进行计算Na2SO3的含量为63%。

1.苹果酸(H2MA,Ka1=1.4×10-3;Ka2=1.7×10-5)是一种安全的食品保鲜剂,H2MA分子比离子更易透过细胞膜而杀灭细菌。

常温下,向20 mL 0.2 mol·L-1H2MA溶液中滴加0.2 mol·L-1 NaOH溶液。根据图示判断,下列说法正确的是              (　　)

A.b点比a点杀菌能力强

B.曲线Ⅲ代表HMA-物质的量的变化

C.MA2-水解常数Kh≈7.14×10-12

D.当V=30 mL时,溶液显酸性

【解析】选D。H2MA与NaOH反应过程中H2MA浓度逐渐减小、HMA-浓度先增大后减小、MA2-浓度增大,所以Ⅰ表示H2MA、Ⅱ表示HMA-、Ⅲ表示MA2-。H2MA分子比离子更易透过细胞膜而杀灭细菌,则H2MA浓度越大杀菌能力越大,H2MA浓度:a>b,所以杀菌能力a>b,A错误;通过上述分析可知,Ⅲ表示MA2-物质的量的变化,B错误;MA2-水解常数Kh===≈5.88×10-10,C错误;当

V=30 mL时,溶液中生成等物质的量浓度的NaHMA、Na2MA,根据图知溶液中c(HMA-)<c(MA2-),说明HMA-电离程度大于MA2-水解程度,所以溶液呈酸性,D正确。

2.草酸是生物体的一种代谢产物,25 ℃时,用NaOH溶液滴定H2C2O4溶液,溶液中-lg[c(H+)/c(H2C2O4)]和-lg c(HC2)或-lg[c(H+)/c(HC2)]和-lgc(C2)关系如图所示。下列说法不正确的是              (　　)

A.(H2C2O4)的数量级为10-2

B.曲线M表示-lg[c(H+)/c(H2C2O4)]和-lgc(HC2)的关系

C.向NaHC2O4溶液中加NaOH至c(HC2)和c(C2)相等,此时溶液pH约为5

D.在NaHC2O4溶液中c(Na+)>c(HC2)>c(H2C2O4)>c(C2)

【解析】选D。-lg+[-lgc(HC2)]=-lgKa1,同理-lg+[-lgc(C2)]=-lgKa2,因Ka1>Ka2,故曲线M表示-lg和-lgc(HC2)的关系,曲线N表示-lg和-lgc(C2)的关系,由此分析各选项正误。

由上述分析可知,曲线M表示-lg和-lgc(HC2)的关系,Ka1=,根据曲线M上的数值Ka1=10-1×10-1=10-2,曲线N表示-lg和-lgc(C2)的关系,根据曲线N上的数值Ka2==10-2×10-3=10-5,故A项正确;由上述分析可知,曲线M表示-lg和-lgc(HC2)的关系,故B项正确;当c(C2)=c(HC2)时,Ka2==10-5,c(H+)=Ka2=10-5,故pH为5,C项正确;HC2在溶液中既存在电离平衡又存在水解平衡,HC2水解的离子方程式为HC2+H2OH2C2O4+OH-,HC2水解平衡常数为=Kw/Ka1==1×10-12<Ka2,HC2的电离程度大于水解程度,NaHC2O4溶液呈酸性,故c(Na+)>c(HC2)>c(C2)>c(H2C2O4),D项错误。

3.(2020·南平模拟)常温下,CH3COOH和NH3·H2O的电离常数均为1.8×

10-5 mol·L-1。向20 mL浓度均为0.1 mol·L-1NaOH和NH3·H2O的混合液中滴加等物质的量浓度的CH3COOH溶液,所得混合液的电导率与加入CH3COOH溶液的体积(V)关系如图所示。下列说法错误的是              (　　)

A.M点:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(NH3·H2O)>c(N)

B.溶液呈中性的点处于N、P之间

C.已知lg3≈0.5,P点的pH=5

D.P点:3[c(CH3COO-)+c(CH3COOH)]=2[c(Na+)+c(N)+c(NH3·H2O)]

【解析】选D。M点溶液中溶质为等物质的量浓度的CH3COONa、NH3·H2O,CH3COONa水解,NH3·H2O电离,但CH3COONa水解程度小于NH3·H2O电离程度,

c(Na+)>c(CH3COO-)>c(NH3·H2O)>c(N),故A正确;体积为20 mL时NaOH和醋酸恰好完全反应、体积为40 mL时醋酸和一水合氨恰好完全反应;醋酸钠溶液呈碱性、醋酸铵溶液呈中性,要使混合溶液呈中性,应该使醋酸稍微过量,所以要使溶液呈中性,加入醋酸的体积应该大于40 mL,应该在N、P之间,故B正确;加入醋酸60 mL时,溶液中的溶质为CH3COONa、CH3COONH4、CH3COOH,且三者的物质的量浓度相等,该溶液为缓冲溶液,溶液的pH=pKa-lg=-lg1.8×10-5-lg

=6-lg9=6-2lg3≈5,故C正确;加入醋酸60 mL时,溶液中的溶质为CH3COONa、CH3COONH4、CH3COOH,且三者的物质的量浓度相等,根据物料守恒,2[c(CH3COO-)+c(CH3COOH)]=3[c(Na+)+c(N)+c(NH3·H2O)],故D错误。

4.常温下,用0.100 0 mol·L-1的NaOH溶液滴定20.00 mL未知浓度的某酸HX,滴定曲线如图所示。

　下列说法正确的是 (　　)

A.滴定过程可用甲基橙作指示剂

B.常温下,HX的电离常数约为1×10-5

C.点d溶液中:c(Na+)>c(X-)>c(OH-)>c(H+)

D.点b溶液中:c(HX)+c(H+)=c(OH-)+c(X-)

【解析】选B。由滴定中和曲线可知,加入NaOH溶液20.00 mL时,酸碱恰好中和,根据c(酸)×V(酸)=c(碱)×V(碱)可知,酸HX的物质的量浓度为0.100 mol·L-1;未滴定时溶液pH=3,可知酸HX为弱酸。由图示可知,滴加20 mL NaOH溶液,恰好反应生成NaX,溶液呈碱性,则应该选用酚酞作指示剂,故A错误;a点pH=3,c(H+)=1×10-3 mol·L-1,则该酸的电离平衡常数Ka===1×10-5,故B正确;点d溶液中加入40 mL等浓度的NaOH溶液,溶质为等浓度的NaX和NaOH,X-部分水解,则c(OH-)>c(X-),正确的离子浓度大小为c(Na+)>c(OH-)>c(X-)>c(H+),故C错误;D.点b溶液中加入10 mL等浓度的NaOH溶液,溶质为等浓度的NaX和HX,此时溶液显酸性,即HX的电离大于X-的水解,溶液中c(Na+)>c(HX),另溶液中存在电荷守恒式c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(X-),则c(HX)+c(H+)<c(OH-)+c(X-),故D错误。

5.(2020·大庆模拟)用0.1 mol·L-1 NaOH溶液滴定40 mL 0.1 mol·L-1 H2SO3溶液,所得滴定曲线如图所示(忽略混合时溶液体积的变化)。下列叙述错误的是

 (　　)

　A.Ka2(H2SO3)的数量级为10-8

B.若滴定到第一反应终点,可用甲基橙作指示剂

C.图中Z点对应的溶液中:c(Na+)>c(S)>c(HS)>c(OH-)

D.图中Y点对应的溶液中:3c(S)=c(Na+)+c(H+)-c(OH-)

【解析】选C。用0.1 mol·L-1 NaOH溶液滴定40 mL 0.1 mol·L-1 H2SO3溶液,由于H2SO3是二元酸,滴定过程中存在两个化学计量点,滴定反应为NaOH+H2SO3NaHSO3+H2O,NaHSO3+NaOHNa2SO3+H2O,完全滴定需要消耗NaOH溶液的体积为80 mL,结合溶液中的守恒思想分析判断。由图象可知,当溶液中c(HS)=c(S)时,此时pH=7.19,即c(H+)=10-7.19 mol·L-1,则H2SO3的Ka2==c(H+),所以H2SO3的Ka2=1×10-7.19,Ka2(H2SO3)的数量级为10-8,故A正确;第一反应终点时,溶液中恰好存在NaHSO3,根据图象,此时溶液pH=4.25,甲基橙的变色范围为3.1～4.4,可用甲基橙作指示剂,故B正确;Z点为第二反应终点,此时溶液中恰好存在Na2SO3,溶液pH=9.86,溶液显碱性,表明S会水解,考虑水也存在电离平衡,因此溶液中c(OH-)>c(HS),故C错误;根据图象,Y点溶液中c(HS)=c(S),根据电荷守恒,c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HS)+2c(S),由于c(HS)=c(S),所以3c(S)=c(Na+)+c(H+)-c(OH-),故D正确。

6.乳酸亚铁晶体{[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O}是一种很好的食品铁强化剂,易溶于水,吸收效果比无机铁好,可由乳酸与FeCO3反应制得:2CH3CH(OH)COOH+FeCO3+2H2O

[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O+CO2↑。

乳酸亚铁晶体纯度的测量:

(1)若用KMnO4滴定法测定样品中Fe2+的量进而计算纯度时,发现结果总是大于100%,其原因可能是___________________　。 

(2)经查阅文献后,改用Ce(SO4)2标准溶液滴定进行测定。反应中Ce4+的还原产物为Ce3+。测定时,先称取5.760 g 样品溶解后进行必要处理,用________配制成250 mL溶液,每次取25.00 mL、0.100 0 mol·L-1 Ce(SO4)2标准溶液滴定至终点,记录数据如表。则产品中乳酸亚铁晶体的纯度为________(以质量分数表示,乳酸亚铁晶体相对分子质量为288)。 

【解析】(1)根据乳酸亚铁的结构简式,乳酸亚铁中含有羟基,羟基能被酸性高锰酸钾溶液氧化,乳酸根中羟基(—OH)被氧化多消耗了酸性高锰酸钾溶液,因此滴定实验中发现结果总是大于100%;

(2)用250 mL容量瓶配制成250 mL溶液,三次消耗Ce(SO4)2的体积分别是

19.75 mL、21.20 mL、19.65 mL,第二次消耗的体积与另外两次消耗的体积差别大,删去21.20 mL,因此平均消耗的Ce(SO4)2的体积为 mL=19.70 mL,

根据得失电子数目守恒,因此有19.70×10-3 L×0.1 mol·L-1×1×=n(Fe2+)×1,解得n(Fe2+)=1.97×10-2 mol,样品的纯度为

×100%=98.5%。

答案:(1)乳酸根中羟基(—OH)被氧化多消耗了酸性高锰酸钾溶液　(2)250 mL容量瓶　98.5%

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