高考化学专题复习 跟踪检测（四十二） 水溶液中离子平衡的两类特殊图像（含解析）

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跟踪检测（四十二） 水溶液中离子平衡的两类特殊图像
1．常温下，向20.00 mL 0.1 mol·L－1的HA溶液中滴入0.1 mol·L－1NaOH溶液，溶液中由水电离出的氢离子浓度的负对数[－lg c水(H＋)]与所加NaOH溶液体积的关系如图所示，下列说法中不正确的是(　　)

A．常温下，Ka(HA)约为10－5
B．M、P两点溶液对应的pH＝7
C．b＝20.00
D．M点后溶液中均存在c(Na＋)＞c(A－)
解析：选B　0.1 mol·L－1HA溶液中，－lg c水(H＋)＝11，c水(H＋)＝c水(OH－)＝10－11 mol·L－1，根据常温下水的离子积求出溶液中c(H＋)＝＝10－3 mol·L－1，HAH＋＋A－，c(H＋)＝c(A－)＝10－3mol·L－1，Ka(HA)＝＝＝10－5，A项正确；N点水电离出的H＋浓度最大，说明HA与NaOH恰好完全反应生成NaA，P点溶质为NaOH和NaA，溶液显碱性，即P点pH不等于7，B项错误；O～b段水的电离程度逐渐增大，当达到b点时水的电离程度达到最大，即溶质为NaA，说明HA和NaOH恰好完全反应，b＝20.00，C项正确；M点溶液pH＝7，根据溶液呈电中性，存在c(Na＋)＝c(A－)，M点后，c(Na＋)＞c(A－)，D项正确。
2.常温下，在新制氯水中滴加NaOH溶液，溶液中由水电离出的c(H＋)的对数与滴加的NaOH溶液的体积之间的关系如图所示，下列推断正确的是(　　)
A．用pH试纸测定E点对应溶液，其pH＝3
B．H、F点对应溶液中都存在c(Na＋)＝c(Cl－)＋c(ClO－)
C．G点对应溶液中：c(Na＋)>c(Cl－)>c(ClO－)>c(OH－)>c(H＋)
D．常温下加水稀释H点对应溶液，溶液的pH增大
解析：选C　E点对应溶液为新制氯水，新制氯水具有漂白性，不能用pH试纸测其pH，A项错误；随氢氧化钠溶液的加入，溶液pH逐渐增大，H、F点对应溶液的酸碱性不同，F点对应溶液显中性、H点对应溶液显碱性，根据电荷守恒c(Na＋)＋c(H＋)＝c(Cl－)＋c(ClO－)＋c(OH－)可知，H、F点对应溶液中不可能都存在c(Na＋)＝c(Cl－)＋c(ClO－)，B项错误；G点对应溶液中水的电离程度最大，溶液中的溶质是等浓度的NaCl和NaClO，ClO－水解使溶液呈碱性，所以溶液中c(Na＋)>c(Cl－)>c(ClO－)>c(OH－)>c(H＋)，C项正确；H点对应溶液呈碱性，加水稀释，溶液的pH减小，D项错误。
3．25 ℃时，0.1 mol Na2CO3与盐酸混合所得的一组体积为1 L的溶液，溶液中部分微粒与pH的关系如下图所示。下列有关叙述正确的是(　　)

A．随pH增大，数值先减小后增大
B．b点所示的溶液中：c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(CO)＋c(OH－)＋c(Cl－)＋c(HCO)
C．25 ℃时，碳酸的第一步电离常数Ka1＝10－7
D．溶液呈中性时：c(HCO)>c(CO)>c(H2CO3)
解析：选B　0.1 mol Na2CO3与盐酸混合，根据图像，随pH增大，在溶液中出现CO后，c(CO)增大，c(HCO)减小，因此数值增大，故A错误；b点所示的溶液中，c(CO)＝c(HCO)，根据电荷守恒，c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(CO)＋c(OH－)＋c(Cl－)＋c(HCO)，故B正确；根据图像，pH＝6时，c(HCO)＝c(H2CO3)，则25 ℃时，碳酸的第一步电离常数Ka1＝＝10－6，故C错误；溶液呈中性时pH＝7，根据图像，c(HCO)>c(H2CO3)>c(CO)，故D错误。
4．常温下用Na2S沉淀Cu2＋、Mn2＋、Fe2＋、Zn2＋四种金属离子(M2＋)，所需S2－最低浓度的对数值lg c(S2－)与lg c(M2＋)的关系如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．室温时向ZnS悬浊液中加入ZnSO4固体，Ksp(ZnS)将随之减小
B．Na2S溶液中：c(OH－) C．为除去MnCl2溶液中混有的少量CuCl2，可加入适量Na2S固体，充分搅拌后过滤
D．向100 mL浓度均为1×10－5mol·L－1的Fe2＋、Zn2＋混合溶液中逐滴加入1×10－4mol·L－1Na2S溶液，Fe2＋先沉淀，证明Ksp(FeS) 解析：选D　Ksp只与温度有关，温度不变，Ksp不变，故A项错误；根据质子守恒，Na2S溶液中存在：c(OH－)＝c(H＋)＋c(HS－)＋2c(H2S)，因此c(OH－)>c(H＋)＋c(HS－)＋c(H2S)，故B项错误；除杂时不能引入新的杂质，加入Na2S固体，引入了Na＋，故C项错误；FeS、ZnS属于同类型沉淀，且Fe2＋、Zn2＋的起始浓度相等，加入Na2S溶液，Fe2＋先沉淀，说明Ksp(FeS) 5．298 K时，二元弱酸H2X溶液中含X微粒的分布分数如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．溶液呈中性时：c(Na＋)＝2c(X2－)
B．Ka2(H2X)为10－7
C．NaHX溶液c(H＋) D．溶液pH由1升至2.6时主要存在的反应：H2X＋OH－===HX－＋H2O
解析：选B　溶液显中性的时，pH＝7溶液中的HX－和X2－相等，存在的电荷守恒为c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(X2－)＋c(HX－)＋c(OH－)，因为溶液显中性有c(H＋)＝c(OH－)，所以得到c(Na＋)＝2c(X2－)＋c(HX－)，选项A错误。溶液显中性的时，pH＝7溶液中的HX－和X2－相等，所以Ka2＝＝c(H＋)＝1×10－7，选项B正确。从图中得到当HX－占主导的时候，溶液显酸性，所以NaHX溶液显酸性，即c(H＋)>c(OH－)，选项C错误。溶液pH由1至2.6时，图中看出主要是将H3X＋转化为H2X，选项D错误。
6．(2019·绵阳模拟)常温下，将AgNO3溶液分别滴加到浓度均为0.01 mol·L－1的NaBr、Na2SeO3溶液中，所得的沉淀溶解平衡曲线如图所示(Br－、SeO用Xn－表示，不考虑SeO的水解)。下列叙述正确的是(　　)

A．Ksp(Ag2SeO3)的数量级为10－10
B．d点对应的AgBr溶液为不饱和溶液
C．所用AgNO3溶液的浓度为10－3mol·L－1
D．Ag2SeO3(s)＋2Br－(aq)2AgBr(s)＋SeO(aq)的平衡常数为109.6，反应趋于完全
解析：选D　由题图可知，当c(Ag＋)＝10－5 mol·L－1时，c(SeO)＝10－5 mol·L－1，则Ksp(Ag2SeO3)＝c2(Ag＋)·c(SeO)＝(10－5)2×10－5＝10－15，A项错误；由题图可知，d点对应的AgBr溶液的Qc＝10－3×10－7.3＝10－10.3，Ksp(AgBr)＝10－5×10－7.3＝10－12.3，则Qc>Ksp(AgBr)，则d点对应的溶液为AgBr的过饱和溶液，B项错误；由题图可知，加入AgNO3溶液的浓度为10－2mol·L－1，C项错误；Ag2SeO3(s)＋2Br－(aq)2AgBr(s)＋SeO(aq)的平衡常数K＝＝＝＝109.6，一般地说，K>105时，该反应进行得就基本完全了，D项正确。
7．(2019·惠州模拟)25 ℃时，草酸溶液中部分微粒的物质的量浓度随NaOH溶液的加入pH的变化如图所示。其中c(H2C2O4)＋c(HC2O)＋c(C2O)＝0.1 mol·L－1，下列说法不正确的是(　　)
A．H2C2O4的Ka2数量级为10－5
B．NaHC2O4溶液中，c(Na＋)>c(HC2O)>c(H＋)>c(OH－)
C．0.1 mol·L－1的H2C2O4溶液，H2C2O4的电离度为80%
D．pH＝7的溶液中，c(Na＋)＝0.1 mol·L－1＋c(C2O)－c(H2C2O4)
解析：选C　H2C2O4的电离方程式为H2C2O4H＋＋HC2O、HC2OH＋＋C2O，H2C2O4的Ka2＝，根据图像可知，当c(HC2O)＝c(C2O)时溶液的pH介于4和5之间，H2C2O4的Ka2数量级为10－5，A项正确；根据图像知NaHC2O4溶液呈酸性，NaHC2O4溶液中HC2O的电离程度(HC2OH＋＋C2O)大于HC2O的水解程度(HC2O＋H2OH2C2O4＋OH－)，但HC2O的电离程度和水解程度都很微弱，故NaHC2O4溶液中c(Na＋)>c(HC2O)>c(H＋)>c(OH－)，B项正确；H2C2O4的电离以第一步电离为主，已电离的H2C2O4分子的浓度等于溶液中c(HC2O)，图像中0.1 mol·L－1 H2C2O4溶液中c(HC2O)<0.08 mol·L－1,0.1 mol·L－1 H2C2O4溶液中H2C2O4的电离度为×100%<80%，C项错误；加入NaOH溶液，由电荷守恒可知c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(HC2O)＋2c(C2O)，常温下pH＝7的溶液呈中性，c(H＋)＝c(OH－)，则pH＝7的溶液中的电荷守恒式为c(Na＋)＝c(HC2O)＋2c(C2O)，将c(H2C2O4)＋c(HC2O)＋c(C2O)＝0.1 mol·L－1代入得c(Na＋)＝0.1 mol·L－1＋c(C2O)－c(H2C2O4)，D项正确。
8．常温下，金属离子(Mn＋)浓度的负对数随溶液pH变化关系如图所示[已知：pM＝－lg c(Mn＋)，且假设c(Mn＋)≤10－6 mol·L－1认为该金属离子已沉淀完全]。下列说法正确的是(　　)

A．常温下，Ksp[Mg(OH)2] B．可以通过调节溶液pH的方法分步沉淀Cu2＋和Fe2＋
C．除去Cu2＋中少量Fe3＋，可控制溶液3≤pH<4
D．pM与Ksp之间的关系式为pM＝lg Ksp－nlg c(OH－)
解析：选C　常温下，pH一定时c(Mg2＋)>c(Fe2＋)，所以Ksp[Mg(OH)2]>Ksp[Fe(OH)2]，A项错误；当Cu2＋完全沉淀时，Fe2＋已经开始沉淀，所以不能通过调节溶液pH的方法分步沉淀Cu2＋和Fe2＋，B项错误；当3≤pH<4时，Fe3＋完全沉淀，而Cu2＋不会沉淀，所以除去Cu2＋中少量Fe3＋，可控制溶液3≤pH<4，C项正确；Ksp＝c(Mn＋)·cn(OH－)，c(Mn＋)＝，pM＝－lg c(Mn＋)＝－lg＝－lg Ksp＋nlg c(OH－)，D项错误。
9．常温下，向0.1 mol·L－1H3PO4溶液中加入NaOH的过程中各种微粒的物质的量分数(δ)随pH的变化关系如图所示(H3PO4的三级电离常数依次为Ka1、Ka2、Ka3)。下列叙述错误的是(　　)

A．Ka2＝10－7.2，HPO的水解平衡常数为10－6.8
B．为获得尽可能纯的NaH2PO4，pH应控制在4～5
C．反应H2PO＋H2OH3PO4＋OH－的K＝10－11.9
D．Na2HPO4溶液中存在c(OH－)＋c(PO)＝c(H＋)＋c(H2PO)＋c(H3PO4)
解析：选D　分析题图可知，曲线1代表H3PO4的物质的量分数随pH的变化关系，曲线2代表H2PO的物质的量分数随pH的变化关系，曲线3代表HPO的物质的量分数随pH的变化关系，曲线4代表PO的物质的量分数随pH的变化关系。A项，当pH＝7.2时，c(H2PO)＝c(HPO)，Ka2＝＝10－7.2，HPO的水解平衡常数Kh(HPO)＝＝10－6.8，正确；B项，由题图可知，pH在4～5之间，H2PO的物质的量分数接近1.0，正确；C项，当pH＝2.1时，c(H3PO4)＝c(H2PO)，Ka1＝＝10－2.1，该反应的K＝＝＝＝＝10－11.9，正确；D项，Na2HPO4溶液中，根据质子守恒知，c(H＋)＋c(H2PO)＋2c(H3PO4)＝c(OH－)＋c(PO)，错误。
10．(2020·湖南湘东六校联考)向等物质的量浓度的Na2S、NaOH混合溶液中滴加稀盐酸至过量。其中主要含硫物种(H2S、HS－、S2－)的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与滴加盐酸体积的关系如图所示(忽略滴加过程中H2S气体的逸出)。下列说法正确的是(　　)

A．含硫物种B表示H2S
B．在滴加盐酸过程中，溶液中c(Na＋)与含硫物种浓度的关系为c(Na＋)＝2[c(H2S)＋c(HS－)＋c(S2－)]
C．X、Y为曲线的两交叉点，若能知道X点处的pH，就可以计算出H2S的Ka1
D．NaHS溶液呈碱性，若向该溶液中加入CuSO4溶液，恰好完全反应时所得溶液呈强酸性，其原因是Cu2＋＋HS－===CuS↓＋H＋
解析：选D　向等物质的量浓度的Na2S、NaOH混合溶液中滴加稀盐酸，盐酸先与 NaOH反应，然后与Na2S反应，图像中曲线A表示的含硫微粒浓度逐渐减小，故A表示S2－，曲线B表示的含硫微粒的浓度先增大后减小，故曲线B表示的是 HS－，则曲线C表示的是H2S，A项错误。滴加盐酸的过程中S元素守恒，等物质的量浓度的Na2S、NaOH混合溶液中，c(Na＋)＝3c(S)，因而存在c(Na＋)＝3[c(H2S)＋c(HS－)＋c(S2－)]，B项错误。由于H2SH＋＋HS－，Ka1＝，根据上述分析可知，X点表示c(HS－)＝c(S2－)，由于不知道c(HS－)和c(H2S)的关系，即使知道了X点的pH，仍不能求出Ka1，C项错误。向NaHS溶液中加入硫酸铜溶液，会发生反应Cu2＋＋HS－===CuS↓＋H＋，所得溶液显强酸性，D项正确。
11．(2019·云南会泽一中月考)0.010 mol·L－1的二元酸H2A溶液中H2A、HA－、A2－的物质的量分数δ(X)随pH变化如图所示。

(1)用离子方程式说明Na2A溶液显碱性的原因：__________________，该反应的平衡常数表达式为K＝________；溶液中c(Na＋)＋c(H＋)＝_________________________________。
(2)若升高温度，发现溶液的碱性增强，说明随温度升高，该反应的平衡常数K________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(3)H2A分两步发生电离，对应的电离平衡常数分别为Ka1和Ka2。由图确定下列数据(保留整数位)：
①－lg Ka1＝________；Ka2＝________。
②将0.020 mol·L－1Na2A溶液和0.010 mol·L－1盐酸等体积混合，所得溶液的pH约为________。
(4)0.010 mol·L－1的NaHA溶液中，HA－的水解常数Kh约为________；该溶液中离子浓度由大到小的顺序为________________________________________________。
解析：(1)由题图可知，H2A溶液中含有H2A、HA－、A2－，则H2A是二元弱酸；Na2A溶液中A2－发生水解而使溶液呈碱性：A2－＋H2OHA－＋OH－。Na2A溶液呈电中性，据电荷守恒可得：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(HA－)＋2c(A2－)。(2)升高温度，溶液的碱性增强，则溶液中c(OH－)增大，说明升高温度，A2－的水解平衡正向移动，则水解平衡常数增大。(3)①H2A分两步发生电离：H2AHA－＋H＋、HA－A2－＋H＋，则有Ka1＝，Ka2＝；由题图可知，H2A和HA－的物质的量分数均为0.5时，则c(HA－)＝c(H2A)时，溶液的pH＝6，c(H＋)＝1×10－6 mol·L－1，则有Ka1＝c(H＋)＝1×10－6，－lg Ka1＝6。HA－和A2－的物质的量分数均为0.5时，溶液pH＝10，则c(HA－)＝c(A2－)时，c(H＋)＝1×10－10 mol·L－1，则有Ka2＝c(H＋)＝1×10－10。②0.020 mol·L－1Na2A溶液和0.010 mol·L－1盐酸等体积混合，二者发生反应，得到等浓度Na2A、NaHA和NaCl的混合溶液，溶液中c(A2－)≈c(HA－)，由题图可知，溶液的pH约为10。(4)0.010 mol·L－1的NaHA溶液中，存在水解平衡：HA－＋H2OH2A＋OH－，则水解常数Kh＝＝＝＝1×10－8。NaHA溶液中存在HA－的电离平衡和水解平衡，由于Kh＞Ka2，则HA－的水解程度大于其电离程度，NaHA溶液呈碱性，且HA－的水解程度较小，Na＋不发生水解，故溶液中离子浓度大小顺序：c(Na＋)＞c(HA－)＞c(OH－)＞c(H＋)＞c(A2－)。
答案：(1)A2－＋H2OHA－＋OH－　
c(OH－)＋c(HA－)＋2c(A2－)
(2)增大　(3)①6　1×10－10　②10
(4)1×10－8　c(Na＋)＞c(HA－)＞c(OH－)＞c(H＋)＞c(A2－)
12．(2019·日照实验中学月考)硫酸盐在工农业生产、生活中具有广泛应用。
(1)某CuSO4溶液中混有少量FeSO4和Fe2(SO4)3杂质。已知：Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－16，Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20。
①为了除去杂质，通常是加入H2O2再调节溶液pH，其中加入H2O2的作用是____________；与其他试剂相比，使用H2O2的优点是________(答出两点即可)。
②调节溶液pH时，加入的物质是________(填化学式)；控制溶液的pH≥________即可除去杂质离子。
(2)如图是某温度下，将足量的BaSO4固体溶于一定量水中达到溶解平衡后，假定溶液体积不变的情况下，加入Na2CO3使c(CO)增大过程中，溶液中c(Ba2＋)和c(SO)的变化曲线。根据图中的数据分析、计算。

①该温度下，BaSO4的 Ksp＝________。
②当c(CO)大于________mol·L－1时开始有BaCO3沉淀生成；BaCO3的Ksp＝________。
③图像中代表沉淀转化过程中c(Ba2＋)随c(CO)变化的曲线是________(填“MP”或“MN”)；沉淀转化的离子方程式为BaSO4(s)＋CO(aq)BaCO3(s)＋SO(aq)，该反应的平衡常数K＝________。
④向1 L Na2CO3溶液中加入足量BaSO4固体，假定溶液体积不变，当溶液中c(CO)＝1×10－3 mol·L－1时，溶解BaSO4的物质的量为________mol。
解析：(1)①由于Ksp[Fe(OH)2]、Ksp[Cu(OH)2]相差不大，则Fe(OH)2和Cu(OH)2的溶解度相差不大，故加入H2O2的作用是将Fe2＋氧化成Fe3＋，便于形成Fe(OH)3沉淀。②调节溶液pH时，为不引入新杂质，可加入CuO、Cu(OH)2 、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等。当Fe3＋沉淀完全时，溶液中c(Fe3＋)≤1×10－5 mol·L－1，则有c(OH－)＝＝ mol·L－1≈1.6×10－11 mol·L－1，c(H＋)＝＝ mol·L－1＝6.25×10－4 mol·L－1，故溶液的pH＝4－lg 6.25≈3.2。(2)①由题图可知，c(CO)＝0时，c(Ba2＋)＝c(SO)＝1.0×10－5 mol·L－1，则有 Ksp(BaSO4)＝c(Ba2＋)·c(SO)＝1.0×10－5×1.0×10－5＝1.0×10－10。②由题图可知，当c(CO)＞2.5×10－4 mol·L－1时，开始有BaCO3沉淀生成。图中c(CO)＝2.5×10－4 mol·L－1时，c(Ba2＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，则有 Ksp(BaCO3)＝c(Ba2＋)·c(CO)＝2.5×10－4×1.0×10－5＝2.5×10－9。③BaSO4饱和溶液中存在溶解平衡：BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SO(aq)，加入Na2CO3，Ba2＋与CO生成BaCO3沉淀，促使BaSO4的溶解平衡正向移动，溶液中c(SO)增大，c(Ba2＋)减小，则MP为c(SO)的变化曲线，MN为c(Ba2＋)的变化曲线。反应BaSO4(s)＋CO(aq)BaCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝＝0.04。④当溶液中c(CO)＝1×10－3 mol·L－1时，K＝＝0.04，则有c(SO)＝0.04×1×10－3 mol·L－1＝4×10－5 mol·L－1，故溶解BaSO4的物质的量为4×10－5 mol·L－1×1 L＝4×10－5 mol。
答案：(1)①将Fe2＋氧化为Fe3＋　不引入其他杂质，对环境无污染(其他合理答案均可)　②CuO[或Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等]　3.2
(2)①1.0×10－10　②2.5×10－4　2.5×10－9
③MN　0.04　④4×10－5