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专题五化 学【专题五】水溶液中的离子反应与离子平衡【考情分析】1判断离子能否共存类试题是传统题型，所涉及的内容覆盖面广，知识容量大，有很好的区分度，因此成为高考热点中的热点，离子共存类判断题发展的趋势是：增加限制条件，如强酸性、无色透明、碱性、pH = 1、甲基橙呈红色、发生氧化还原反应等；定性中有定量，如“由水电离出的c(H) = 11014 molL1的溶液、 = 0.1 molL1的溶液等”，主要难点集中在离子之间的双水解反应和氧化还原反应。2对离子方程式正误判断的考查可谓“年年岁岁题相似，岁岁年年人不同”，并从各地考题中透露出这样的信息：新高考命题特点之一是“离子反应与量有关”，之二是“对未知反应的正误判断”，大大增加了试题的难度。3溶液中的离子平衡是化学平衡的延伸和应用，其中沉淀溶解平衡是新课程中新增知识点，这些重要的知识点在2009年实验区的新课程高考中都扮演着重要的角色，试题把盐类水解的知识、沉淀溶解平衡与弱电解质的电离，酸碱中和滴定，pH等知识融合在一起，考查学生的综合分析能力和解决实际问题的能力，这类试题特受命题者的青睐，要引起我们足够的重视。【知识交汇】一、离子方程式正误判断中常见设错方式设错方式1：不符合客观事实，错写反应产物如2Fe3+3S2-=Fe2S3，Fe3+有氧化性，S2-有还原性，Fe3+可将S2-氧化为S，即2Fe3+S2-=2Fe2+S设错方式2：混淆化学式和离子式的书写形式。如NH3通入醋酸溶液中：CH3COOH+NH3=CH3COONH4，错在未将强电解质拆分成CH3COO-、NH4+。设错方式3：漏写部分离子反应。如Ba(OH)2 溶液与H2SO4溶液反应：Ba2+SO42-=BaSO4,学生只注意了Ba2+与SO42-反应，而漏掉了H+与OH-的反应。设错方式4：错写反应物或产物的配比关系。如Ba(OH)2 溶液与H2SO4溶液反应：Ba2+OH-+H+SO42-=BaSO4+H2O,应写成Ba2+2OH-+2H+ SO42-=BaSO4+2H2O。设错方式5：电荷不守恒或原子不守恒。如Fe2+Cl2=Fe3+2Cl-，而应写成2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-。设错方式6：氧化还原反应中得失电子不守恒。如2MnO4-+3H2O2+6H+=2Mn2+4O2+6H2O，而应写成2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2+ 5O2+8H2O。设错方式7：忽视了题设条件及要求。如“过量”“少量”“等物质的量”“适量”“任意量”以及滴加顺序等对反应方程式或产物的影响。如碳酸氢钠溶液与少量石灰水反应：HCO3-+Ca2+OH-=CaCO3+H2O，此反应中Ca(OH)2是二元碱，所以方程式中Ca2+和OH-的物质的量之比应为12。如碳酸氢钠溶液与足量石灰水反应：2 HCO3-+Ca2+2OH-=CaCO3+2H2O+CO32-，此反应中HCO3-充足，所以方程式中Ca2+和OH-的物质的量之比应为11。二、离子共存问题1颜色离子MnO4Fe3+Fe2+Cu2+水溶液颜色紫红色黄色浅绿色蓝色2酸碱性溶液的酸碱性溶液呈酸性溶液呈碱性溶液既可能呈酸性也可能呈碱性可能的附加条件溶液的pH小于7、加入甲基橙呈红色、加入较活泼金属(如Zn)有氢气生成等溶液的pH大于7、加入酚酞溶液呈红色等溶液中由水电离生成的c(H+)=1012 molL13发生氧化还原的离子反应溶液中常见的离子发生氧化还原反应的情况见下表(“”表示能发生反应，“”表示不能发生反应，括号内注“H+”表示酸性条件)：S2SO32IFe2+BrCl(H+)MnO4ClONO3(H+)Fe3+三、电离平衡1弱电解质的判断：以CH3COOH为例，可从以下角度来判断CH3COOH是弱电解质：0.1 molL1的CH3COOH溶液，测其pH大于1。测CH3COONa溶液的pH大于7。取pH=3的CH3COOH溶液1 mL，用水稀释到100 mL后，测其pH小于5。pH相同的HCl和CH3COOH溶液，取相同体积分别用标准NaOH溶液测浓度，CH3COOH溶液消耗的NaOH溶液体积大。0.1 molL1的HCl与过量的Mg反应，当加入CH3COONa晶体后，反应速率减慢，但生成氢气的总量不变。0.1 molL1的CH3COOH和HCl溶液，分别与Mg反应，起始时CH3COOH溶液的反应速率慢。pH与体积均相同的HCl和CH3COOH溶液，分别与过量的Mg反应，生成氢气的总量CH3COOH大于HCl。pH相同的HCl和CH3COOH溶液与Mg反应，与CH3COOH溶液反应速率减小得慢。向pH=3的HCl溶液中加入CH3COONa晶体，其pH增大。分别测同体积0.1 molL1的CH3COOH溶液和HCl溶液的导电性，HCl强于CH3COOH。2相同物质的量浓度、相同体积的盐酸与醋酸的比较c(H+)pH中和碱的能力与过量Zn的反应情况稀释相同倍数后的pH产生氢气的量开始时的反应速率盐酸大小相等相同快小醋酸小大慢大3相同pH、相同体积的盐酸与醋酸的比较c(H+)c(酸)中和碱的能力与过量Zn的反应情况稀释相同倍数后的pH产生氢气的量开始时的反应速率盐酸相等小弱少相等大醋酸大强多小4有关溶液pH的简单计算在做关于溶液的pH计算的题目时，要抓住“矛盾的主要方面”，溶液显酸性用溶液中的c(H+)来计算；溶液显碱性先求溶液中的c(OH-)，再求溶液中的c(H+)。口诀：酸按酸(H+)，碱按碱(OH-)，酸碱中和求过量，无限稀释7为限。特别注意区分溶液中的c(H+)和由水电离的c(H+)之间的差异，否则做题时，容易落入陷阱。5电解质溶液中的守恒规律电荷守恒规律：电解质溶液中，不论存在多少种离子，但溶液总是呈电中性，即阴离子所带负电荷总数一定等于阳离子所带正电荷总数，也就是所谓的电荷守恒规律。如NaHCO3溶液中存在着Na、H、HCO3-、CO32、OH，必存在如下关系：c(Na)c(H)c(HCO3-)c(OH)2c(CO32-)。物料守恒规律：电解质溶液中，由于某些离子能够水解，离子种类增多，但某些关键性的原子总是守恒的，如K2S溶液中S2、HS都能水解，故S元素以S2、HS、H2S三种形式存在，它们之间有如下守恒关系：c(K)2c(S2)2c(HS)2c(H2S)。质子守恒规律：质子守恒是指电解质溶液中粒子电离出氢离子(H+)总数等于粒子接受的氢离子(H+)总数加游离的氢离子(H+)数。如Na2S水溶液中的质子转移作用可图示如下：由上表可得Na2S水溶液中质子守恒式可表示为：c(H3O+)+2c(H2S)+c(HS-)=c(OH-)或c(H+)+2c(H2S)+c(HS-)=c(OH-)。质子守恒的关系式也可以从电荷守恒与物料守恒推导得到。四、沉淀溶解平衡1易溶物向难溶物转化如向BaCO3 沉淀中加入Na2CrO4溶液，将会发现白色的BaCO3 固体逐渐转化成黄色的 BaCrO4 沉淀。为什么产生这现象呢？可根据溶度积规则分析。当加入少量CrO42- 时，c(Ba2+)c(CrO42-)，这时不生成BaCrO4沉淀。继续加入CrO42-，必将有一时刻刚好达到 Q =，即 c(Ba2+)c(CrO42-)= 。这时，体系中同时存在两种平衡：BaCO3 Ba2+ + CO32- = c(Ba2+)c(CO32-) = 2.58109 BaCrO3 Ba2+ + CrO42- = c(Ba2+)c(CrO42-) = 1.61010 得：BaCO3 (s) + CrO42- BaCrO3(s) + CO32- 方程式所表示的就是白色的BaCO3 转化成黄色的BaCrO4 的反应。其平衡常数为2难溶物向易溶物转化分析化学中常将难溶的强酸盐(如BaSO4)转化为难溶的弱酸盐(如BaCO3)，然后再用酸溶解使正离子(Ba2+)进入溶液。BaSO4 沉淀转化为BaCO3沉淀的反应为BaSO4 (s)+ CO32- BaCO3(s) + SO42-，虽然平衡常数小，转化不彻底，但只要c(CO32-)比c( SO42-)大24倍以上，经多次转化，即能将BaSO4转化为BaCO3。【思想方法】【例1】常温下的下列情况中，一定能大量共存于同一溶液中的离子组是A使甲基橙呈红色的溶液中：I、Cl、NO3、NaB使石蕊呈蓝色的溶液中：NH4、Al3、NO3、HCO3C由水电离出的(H)110-12 molL-1的溶液中：K、Cl、NO3、NaD澄清透明溶液中：K、Cu2+、Na、Cl【分析】选项A中，附加条件是能使甲基橙呈红色，说明溶液呈强酸性，因此在酸性溶液中I和NO3将发生氧化还原反应而不能大量共存。选项B中，附加条件是能使石蕊呈蓝色，说明溶液呈强碱性，因此NH4、Al3、HCO3均不能大量共存，同时Al3与HCO3也会发生双水解反应而不能大量共存于同一溶液中。选项C中附加条件是由水电离出的(H)110-12 molL-1的溶液中，说明水的电离遭到抑制，溶液可能呈酸性也可能呈碱性，题给4种离子不论在酸性条件下还是在碱性条件下均可以大量共存，选项D中附加条件是澄清透明溶液中，“澄清透明”是溶液的特征，不能把“澄清透明”误解为“无色溶液”，因此选项D也符合题意。应选CD。【例2】下列离子方程式书写不正确的是ANaOH溶液与足量的Ca(HCO3)2反应：HCO3 OHCa2 = CaCO3H2OB等物质的量的FeBr2和Cl2反应：2Fe22Br2Cl2 = 2Fe3Br24ClC氨水吸收少量的二氧化硫：2NH3H2OSO2 = 2NH4 SO32 H2OD在强碱溶液性中NaClO与Fe(OH)3反应生成Na2FeO4：3ClO2Fe(OH)32FeO42 3ClH2O4H【分析】当遇到未知反应时不要慌张，判断未知反应正确与否的方法是：一要符合三大守恒，即质量守恒、电荷守恒、得失电子守恒，二要注意介质是否正确，选项D中很明显在强碱溶液中不可能有H生成，因此可快速判断D中反应是错误的，而对于该反应到底是如何进行的没有必要细究。本题应选D。【例3】下列关系式中正确的是A等体积等物质的量浓度的NaClO(aq)与NaCl(aq)中离子总数大小：N前N后B0.1 molL1Na2S溶液中：2c(Na)c(S2)c(HS)c(H2S)C常温下将醋酸钠、盐酸两溶液混合后，溶液呈中性，则混合后溶液中：c(Na)c(Cl)c(CH3COOH)D0.1 molL1Na2CO3溶液与0.1 molL1NaHCO3溶液等体积混合c(CO32 )2c(OH)c(HCO3 )3c(H2CO3)2c(H)【分析】选项A中NaClO(aq)与NaCl(aq)中电荷守恒式分别为c(Na)c(H)c(ClO)c(OH)、c(Na)c(H)c(Cl)c(OH)，由于NaClO水解显碱性，因此有c(H)NaClOc(H)NaCl，所以NNaClONNaCl，A错。选项B中的物料守恒式应为c(Na)c(S2)c(HS)c(H2S)。选项C可以这样分析：先写出混合溶液的电荷守恒式：c(H)c(Na)c(OH) c(Cl) c(CH3COO)，又由于溶液呈中性即c(H)c(OH)，因此混合溶液中应有c(Na)c(Cl)c(CH3COO)，根据物料守恒可得c(Na)c(CH3COOH)c(CH3COO)，所以有c(Na)c(Cl)c(CH3COOH)，C错。本题应选D。【例4】已知：CH3COOHCH3COOH达到电离平衡时，电离平衡常数用Ka表示；CH3COOH2OCH3COOHOH达到水解平衡时，水解平衡常数可以表示为Kh。对于任意弱电解质来讲，其电离平衡常数K、对应离子的水解常数Kh以及水的离子积常数Kw的关系是_；由此可以推断，弱电解质的电离程度越小，其对应离子的水解程度_。由于CH3COOH的电离程度很小，计算时可将CH3COOH的平衡浓度看成是CH3COOH溶液的浓度，则c molL的CH3COOH溶液中c(H+)_（不为0）；现用某未知浓度（设为c）的CH3COOH溶液及其他仪器、药品，通过实验测定一定温度下CH3COOH的电离平衡常数，需测定的数据有（用简要的文字说明）：实验时的温度；_；用_（填一种实验方法）测定溶液浓度c。若测得25时CH3COOH的电离平衡常数K1.8105，则该温度下0.18 molL的CH3COONa溶液的pH_。【分析】第题中强调c(H)不为0是为了防止有的考生从“计算时可将CH3COOH的平衡浓度看成是CH3COOH溶液的浓度”得到“CH3COOH不电离”的错误结论。由于CH3COOH电离出的CH3COO与H浓度近似相等，c(CH3COOH)又可看成是CH3COOH溶液的浓度c，则Kac(H)2c，c(H)molL1，要测定Ka，则必须要分别用pH换算c(H)和用酸碱中和滴定的方法测定c。同理，CH3COONa溶液中c(OH) molL1105 molL1，pH9。【答案】KaKhKw 越大 molL1 溶液的pH 酸碱中和滴定 9 【例5】化学实验中，如使某步中的有害产物作为另一步的反应物，形成一个循环，就可不再向环境排放该种有害物质。例如：在上述有编号的步骤中，反应所用的试剂是H2O2，反应所用的试剂是Cl2，反应是加酸酸化。请写出上述反应的离子方程式_、_、_。写出Cr(OH)3在水溶液中的电离方程式_。现有含Cr3、Fe3的溶液，使用NaOH溶液和盐酸溶液，可将这两种离子相互分离，在涉及到的过滤操作中，上述两种离子的存在形态分别是_、_(写化学式)。若是Cr3和Al3的混合溶液，欲使这两种离子相互分离，依次加入的试剂是NaOH、_、CO2、HCl和_。写出向溶液中通入足量CO2时，反应的离子方程式为_。如下图所示：横坐标为溶液的pH，纵坐标为Al3离子、AlO2 离子物质的量浓度的对数，回答下列问题：从图中数据计算可得Al(OH)3的溶度积_。往10 mL2.00 molL1AlCl3溶液中加入NaOH固体至pH3，需NaOH_mol。H2O2题中信息Al3+Cr3+足量NaOH已知信息AlO2-CrO2-适量Cl2题中信息AlO2-CrO42-CO2、过滤已知信息滤渣Al(OH)3滤液CrO42- HCl已知信息 HCl已知信息Al3+Cr2O72-Cr3+【分析】本题首先应根据图中转化关系得出Cr(OH)3呈两性的事实，书写Cr(OH)3的电离方程式时可与Al(OH)3类比。中主要利用Cr(OH)3的两性、Fe(OH)3的弱碱性把两者分开。而中Cr(OH)3和Al(OH)3两者均有两性，那又怎样分离呢，题中还有没有信息呢？此时应回过头来再利用中的信息可以解决，根据提示，在Cr3和Al3的混合溶液中先加入足量的烧碱，使其转化为CrO2 和AlO2 ，此时若直接通入CO2气体，则有可能同时析出Cr(OH)3和Al(OH)3沉淀，则达不到分离的目的。因此再利用图示转化关系和中信息知，在CrO2 和AlO2 的混合溶液中先通入Cl2，把CrO2 氧化成CrO42 ，然后再通入CO2气体，此时只析出Al(OH)3沉淀，过滤后，酸化溶液，使CrO42 转化为Cr2O72，再加入H2O2，使其重新转化为Cr3，达到了分离的目的。分离过程可表示为： 根据Al(OH)3的溶度积的表达式Ksp = c(Al3)c(OH)3易得溶度积常数为11033，写不写单位无关。当pH = 3时，根据图像可得Al3转化为Al(OH)3沉淀，根据溶度积常数可求得此时溶液中剩余c(Al3) = Ksp/ c(OH)3 = 1 molL1，则有0.01 mol Al3转化为沉淀，根据离子方程式Al33OH = Al(OH)3可得消耗烧碱0.03 mol。【答案】Cr2O723H2O28H2Cr33O27H2O 2CrO2 3Cl28OH 2CrO42 6Cl4H2O 2CrO42 2H Cr2O72H2O(1分)H CrO2 H2OCr(OH)3Cr33OHFe(OH)3 CrO2 Cl2 H2O2 AlO2 CO22H2O Al(OH)3HCO3 11033 0.03【专题演练】1 常温离子液体（Ionic Liquid）也称常温熔融盐。硝酸乙基铵(C2H5NH3)NO3是人类发现的第一种常温离子液体，其熔点为12。已知(C2H5NH3)NO3的水溶液显弱酸性。下列说法中不正确的是AC2H5NH2可视作一元强碱 B(C2H5NH3)NO3属于离子化合物C(C2H5NH3)NO3是一种强电解质 D(C2H5NH3)NO3溶液中存在2种平衡2 下列文字表述与反应方程式对应且正确的是A亚硫酸溶液电离：H2SO3+2H2O2H3O+SO32-BICl固体溶于水：ICl+H2O=HI+HClO酸CNH4Cl固体溶于重水（D2O）：NH42D2ONH3DHOD3OD乙酸乙酯的水解：CH3COOCH2CH3 H218O CH3COOH CH3CH218OH 3 下图中坐标轴分别表示阴、阳离子的浓度，图中曲线表示某物质的溶度积(Ksp)，符合该曲线的物质是xy0AAgI BAg2CrO4 CFe(OH)3 DMg(OH)24 下列说法正确的是 ANa2SiO3溶液加热、蒸干、灼烧后所得固体的成分是SiO2B配制FeCl3溶液时，将FeCl3固体溶解在硫酸中，然后再用水稀释到所需的浓度C泡沫灭火器中常使用的原料是碳酸氢钠和硫酸铝D为绘制中和滴定曲线，在滴定过程中，每隔相同时间用pH计测定一次锥形瓶中溶液的pH5 某温度下，某一元酸HA溶液的pH为b，且有n(A):n(HA) = 1:99。某一元强碱溶液的pH为a。若将1体积的此强碱溶液与10体积的HA溶液混合，恰好完全反应。则a与b之和为A18 B17 C16 D156 下面是4种有机弱酸，强弱顺序为：CHCl2COOHCH2ClCOOH，下列说法中不正确的是A等浓度等体积的4种酸中和碱的能力：CHCl2COOHCH2ClCOOHB等浓度的4种酸溶液中水电离出的c水(H)：CH2ClCOOHCHCl2COOHC反应 2CH2ClCOO2CH2ClCOOH一定能够发生D由题中信息可推知酸性：CH2FCOOHCH2ClCOOH7 在20.0 mL 0.10 molL1的盐酸溶液中滴加0.10molL1 NaOH溶液，并以酚酞为指示剂。填写下表中的空格(结果保留一位小数)。 V(NaOH)(mL)0.0018.0019.8019.9619.9820.0020.0220.0420.20溶液的pH1.02.33.34.379.710.7根据上表中的数据，画出滴定过程中溶液的pH与加入NaOH溶液体积的关系示意图，并指出该滴定曲线的特点。一般中和滴定操作要求误差0.1，其关键之一是选择合适的指示剂来确定终点。你认为能否用甲基橙作上述反应的指示剂，说明理由。其实滴定的方法有多种，除上述实验中的酸碱中和滴定外，还有沉淀滴定、络合滴定等。沉淀滴定所用的指示剂本身就是一种沉淀剂，滴定剂和被滴定物的生成物的溶解度要比滴定剂和指示剂生成物的溶解度_(填“大”、“小”或“相同”)，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CrO42 为指示剂，这是因为AgCl比Ag2CrO4更_溶的缘故。8 A、B、C、D四种可溶的化合物(所含离子各不相同)，分别由阳离子Na、Mg2、Al3、Ba2和阴离子OH、Cl、SO42、CO32两两组合而成。为了确定这四种化合物的成份，某同学进行了如下实验操作：将四种化合物各取适量配成溶液，分别装入四支试管。取A溶液分别滴入另外三种溶液中，记录实验现象如下：B溶液白色沉淀沉淀不溶解，C溶液白色沉淀沉淀不溶解，D溶液白色沉淀沉淀部分溶解。向B溶液中滴入D溶液，无明显实验现象。请回答下列问题：请写出它们的化学式：A_；B_；C_；D_。上述的第三次实验，再加入A，沉淀部分溶解的离子方程式为_。中若是向C溶液中滴入D溶液，可能出现的实验现象是_。9 难溶化合物的饱和溶液存在着溶解平衡，已知Ksp(AgCl)=c(Ag+)c(Cl-)=1.810-10，Ksp(Ag2CrO4)= c(Ag+) 2c(CrO42-)=1.910-12。一个学生通过实验验证醋酸银（CH3COOAg）的Ksp。实验中用了如下的反应：2Ag(aq)Cu(s) 2Ag（s）Cu2(aq)。这个学生将已知质量的铜片加入到CH3COOAg饱和溶液中，待充分反应之后，将铜片冲洗干净、干燥、重新称量。写出能表示CH3COOAg沉淀溶解平衡的方程式：_。CH3COOAg的Ksp2.0103。铜片刚开始的质量为23.4 g，将铜片放在100 mL的CH3COOAg饱和溶液中，此饱和溶液中没有CH3COOAg固体。通过计算说明充分反应后铜片中铜的质量为何值时，CH3COOAg的Ksp得到证实。为什么做此实验时CH3COOAg饱和溶液中必须没有CH3COOAg固体? 。【参考答案】1 A 解析：可从2个角度可判断选项A是错误的，有机物中的氨基类似于NH3，具有弱碱性；根据(C2H5NH3)NO3的水溶液显弱酸性，说明该盐能水解，是一种强酸弱碱盐，即C2H5NH2是一种一元弱碱。2 C 解析：多元弱酸应分步电离，A错。选项B中产物应为HIO和HCl。选项D中产物CH3COOH中应含18O，而乙醇中无18O。3 A 解析：注意到横纵坐标表示的是阴、阳离子的浓度，而图中的曲线是双曲线，因此只有选项A符合题意。4 C 解析：选项A中Na2SiO3溶液水解过程中无挥发性物质生成，因此最终产物仍是Na2SiO3。选项B中应溶解在盐酸中。选项D在滴定终点附近会出现突跃，因此在记录数据时时间间隔要短。5 B 解析：根据一元酸HA溶液的pH为b，且有n(A):n(HA) = 1:99可得c(HA)=102-b molL1，c(强碱)=10a-14 molL1，恰好完全时有c(强碱)= 10c(HA)，解得a+b=17。6C 解析：由于题中未给出草酸氢根离子与氯乙酸电离能力的大小，因此不能判断选项C中的反应能否发生。由于题中已知酸性CHCl2COOHCH2ClCOOH，所以选项D是正确的。7