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第8章水溶液中的離子平衡（5）
1．已知：①25 ℃時(shí)弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)：Ka(CH3COOH)＝1.810－5，Ka(HSCN)＝0.13；②25 ℃時(shí)，2.010－3 molL－1氫氟酸水溶液中，調(diào)節(jié)溶液的pH(忽略體積變化)，得到c(HF)、c(F－)與溶液pH的變化關(guān)系如圖所示(兩條線交點(diǎn)處的pH＝3.45)。
請(qǐng)根據(jù)以上信息回答下列問(wèn)題：
(1)25 ℃時(shí)，將20 mL 0.10 molL－1 CH3COOH溶液和20 mL 0.10 molL－1 HSCN溶液分別與20 mL 0.10 molL－1 NaHCO3溶液混合，實(shí)驗(yàn)測(cè)得產(chǎn)生的氣體體積(V)隨時(shí)間(t)變化的示意圖如圖所示：
反應(yīng)初始階段，兩種溶液產(chǎn)生CO2氣體的速率存在明顯差異的原因是__HSCN的酸性比CH3COOH強(qiáng)，其溶液中c(H＋)較大，故HSCN溶液較NaHCO3溶液的反應(yīng)速率快__，反應(yīng)結(jié)束后所得兩溶液中，c(CH3COO－)__<__c(SCN－)(填“>”“<”或“＝”)。
(2)25 ℃時(shí)，HF電離平衡常數(shù)的數(shù)值Ka≈__10－3.45(或3.510－4)__，列式并說(shuō)明得出該常數(shù)的理由： Ka＝，當(dāng)c(F－)＝c(HF)時(shí)，Ka＝c(H＋)，查圖中的交點(diǎn)處為c(F－)＝c(HF)，故所對(duì)應(yīng)的pH即為Ka的負(fù)對(duì)數(shù)，為3.45 。
解析 (1)兩種酸的電離程度不同導(dǎo)致溶液中起始反應(yīng)時(shí)H＋的濃度不同，引起反應(yīng)速率的不同。反應(yīng)結(jié)束后，溶質(zhì)為CH3COONa和NaSCN，因CH3COOH酸性弱于HSCN，故CH3COONa的水解程度大，c(CH3COO－)
c(Mn2＋)>c(H＋)>c(OH－)__。
解析 (1)“浸出”過(guò)程中MnO2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子方程式為MnO2＋SO2===SO＋Mn2＋。(2)第1步除雜中加入H2O2的目的是將溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋，以便于形成Fe(OH)3沉淀，過(guò)濾將沉淀除去。(3)第1步除雜時(shí)調(diào)整溶液的pH在5～6，可以使溶液中的Al3＋、Fe3＋分別形成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以形成濾渣1的主要成分為Al(OH)3、Fe(OH)3；在調(diào)pH至5～6時(shí)，為了不引入新的雜質(zhì)離子，所加的試劑應(yīng)該可以與酸發(fā)生反應(yīng)，可選擇含有Ca2＋、Mg2＋的化合物CaO、MgO，a、b項(xiàng)正確。(4)第2步除雜，主要是將Ca2＋、Mg2＋轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氟化物沉淀除去，MnF2除去Mg2＋的離子反應(yīng)方程式是MnF2＋Mg2＋Mn2＋＋MgF2；該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝＝7.2107。(5)由已知②溫度高于27 ℃時(shí)，MnSO4晶體的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低，故采用“趁熱過(guò)濾”操作可以減少M(fèi)nSO4H2O在水中的溶解，得到更多的產(chǎn)品。(6)MnSO4是強(qiáng)酸弱堿鹽，Mn2＋發(fā)生水解反應(yīng)：Mn2＋＋2H2OMn(OH)2＋2H＋，消耗水電離產(chǎn)生的OH－，破壞了水的電離平衡，最終達(dá)到平衡時(shí)，c(H＋)>c(OH－)。根據(jù)物料守恒可得c(SO)＝c(Mn2＋)＋c[Mn(OH)2]，所以c(SO)>c(Mn2＋)，Mn2＋水解使溶液顯酸性，所以c(H＋)>c(OH－)。鹽水解的程度是微弱的，溶液中主要以鹽電離產(chǎn)生的離子形式存在，所以c(Mn2＋)>c(H＋)，故該溶液中所有離子的濃度由大到小的順序?yàn)閏(SO)>c(Mn2＋)>c(H＋)>c(OH－)。
4．水是最常用的溶劑，許多化學(xué)反應(yīng)都需要在水溶液中進(jìn)行。請(qǐng)仔細(xì)分析并回答下列各題。
(1)用0.1 mol/L NaOH溶液滴定體積均為20.00 mL、濃度均為0.1 mol/L的鹽酸和醋酸溶液，得到如圖所示的滴定曲線圖如下：
①用NaOH溶液滴定醋酸溶液通常所選擇的指示劑為_(kāi)_酚酞__，符合其滴定曲線的是__Ⅰ__(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②滴定前的上述三種溶液中，由水電離出的c(H＋)最大的是__CH3COOH__溶液(填化學(xué)式)。
③圖中V1和V2大小的比較：V1__<__V2(填“>”“<”或“＝”)。
④曲線Ⅰ中M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶液中，各離子的濃度由大到小的順序是__c(CH3COO－)>c(Na＋)>c(H＋)>c(OH－)__。
(2)某同學(xué)為了研究難溶電解質(zhì)的溶解平衡，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)(相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)定溫度及實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度均為25 ℃)：
操作步驟
現(xiàn)象
步驟1：向20 mL 0.05 mol/L AgNO3溶液中加入20 mL 0.05 mol/L KSCN溶液，充分反應(yīng)后過(guò)濾
出現(xiàn)白色沉淀
步驟2：向?yàn)V液中加入少量2 mol/L Fe(NO3)3溶液
溶液變紅色
步驟3：向步驟2所得溶液中，加入少量3 mol/L AgNO3溶液
現(xiàn)象a
步驟4：取步驟1所得少量濾渣加入到適量的3 mol/L KI溶液中
出現(xiàn)黃色沉淀
查閱資料：AgSCN是白色沉淀；Ksp(AgSCN)＝1.010－12；Ksp(AgI)＝8.510－17。
①請(qǐng)結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)和必要的文字解釋步驟2現(xiàn)象出現(xiàn)的原因：__由于存在沉淀溶解平衡：AgSCN(s)Ag＋(aq)＋SCN－(sq)，故溶液中仍有少量SCN－，F(xiàn)e3＋與SCN－結(jié)合生成Fe(SCN)3，從而溶液顯紅色__。
②該同學(xué)根據(jù)步驟3中現(xiàn)象a推知，加入的AgNO3與步驟2所得溶液發(fā)生了反應(yīng)，則現(xiàn)象a為_(kāi)_出現(xiàn)白色沉淀(或溶液紅色變淺)__(任寫(xiě)一點(diǎn)即可)。
③寫(xiě)出步驟4中沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式：K＝ 。
解析 (1)①用NaOH溶液滴定醋酸溶液，由于恰好完全反應(yīng)時(shí)溶液顯堿性，因此通常選擇在堿性范圍變色的指示劑酚酞；醋酸是弱酸，其電離產(chǎn)生的氫離子的濃度小于0.1 mol/L，即pH>1，由圖中未加NaOH時(shí)的pH可知，圖Ⅰ中酸的pH大于1，圖Ⅱ中酸的pH＝1，說(shuō)明曲線Ⅰ為NaOH溶液滴定醋酸溶液過(guò)程，曲線Ⅱ?yàn)镹aOH溶液滴定鹽酸溶液過(guò)程。②0.1 mol/L NaOH溶液、0.1 mol/L HCl都是強(qiáng)電解質(zhì)，電離產(chǎn)生的氫氧根、氫離子的濃度等于電解質(zhì)的濃度，而醋酸是弱酸，0.1 mol/L醋酸溶液中氫離子的濃度小于0.1 mol/L，氫離子或氫氧根離子的濃度越大，對(duì)水的電離平衡的抑制作用就越強(qiáng)，水的電離程度就越小，所以0.1 mol/L的醋酸對(duì)水的電離抑制程度較小，則由水電離出的c(H＋)最大。③醋酸和氫氧化鈉恰好完全反應(yīng)時(shí)，得到的醋酸鈉溶液顯堿性，要使得溶液顯中性即pH＝7，需要醋酸稍過(guò)量，則需加入的NaOH的量比溶液中醋酸的量少；鹽酸和氫氧化鈉恰好完全反應(yīng)時(shí)，兩者的物質(zhì)的量相同，得到的氯化鈉溶液顯中性，所以V1c(Na＋)>c(H＋)>c(OH－)。(2)①向20 mL 0.05 mol/L AgNO3溶液中加入20 mL 0.05mol/L KSCN溶液，充分反應(yīng)，產(chǎn)生白色沉淀，發(fā)生反應(yīng)：Ag＋(aq)＋SCN－(aq)AgSCN(s)，該物質(zhì)在溶液中存在沉淀溶解平衡：AgSCN(s) Ag＋(aq)＋SCN－(aq)，溶液中仍有少量的SCN－，向該溶液中加入Fe3＋，溶液中的SCN－與Fe3＋發(fā)生顯色反應(yīng)，使溶液變?yōu)榧t色。②向步驟2所得溶液中加入硝酸銀，Ag＋和SCN－發(fā)生反應(yīng)得到AgSCN白色沉淀，使Fe(SCN)3的溶解平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致溶液紅色變淺。③步驟1所得的濾渣中含AgSCN固體，將其加入到KI溶液中，由于溶解度：AgIc(N2H)>c(H＋)>c(OH－)
B．c(SO)>c([N2H5H2O]＋)>c(H＋)>c(OH－)
C．2c(N2H)＋c([N2H5H2O]＋)＝c(H＋)＋c(OH－)
D．c(N2H)>c(SO)>c(H＋)>c(OH－)
解析 (1)依題意，碘化銀難溶，結(jié)合CN－可生成更穩(wěn)定的Ag(CN)，故離子方程式為AgI(s)＋2CN－(aq)Ag(CN)(aq)＋I(xiàn)－(aq)；根據(jù)平衡常數(shù)定義：K＝＝Ksp(AgI)K穩(wěn)[Ag(CN)]＝1.5107。(4)②硫酸肼溶液中，N2H水解使溶液呈酸性，而水解的程度很小，故c(SO)＞c(N2H)＞c(H＋)＞c([N2H5H2O]＋)＞c(OH－)，根據(jù)電荷守恒可知：c(H＋)＋2c(N2H)＋c([N2H5H2O]＋)＝2c(SO)＋c(OH－)。
6．工業(yè)碳酸鈉(純度約為98%)中含有Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Cl－和SO等雜質(zhì)，提純工藝線路如圖所示：
Ⅰ.碳酸鈉的飽和溶液在不同溫度下析出的溶質(zhì)如圖所示：
Ⅱ.有關(guān)物質(zhì)的溶度積如表所示：
物質(zhì)
CaCO3
MgCO3
Ca(OH)2
Mg(OH)2
Fe(OH)3
Ksp
4.9610－9
6.8210－6
4.6810－6
5.6110－12
2.6410－39
回答下列問(wèn)題：
(1)寫(xiě)出加入NaOH溶液時(shí)反應(yīng)的離子方程式：__MgCO3＋2OH－===Mg(OH)2＋CO__。
向含有Mg2＋、Fe3＋的溶液中滴加NaOH溶液，當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH＝8時(shí)，c(Mg2＋)∶(Fe3＋)＝__2.1251021__。
(2)“母液”中除了含有Na＋、CO外，還含有__Cl－、SO__等離子。
(3)有人從“綠色化學(xué)”角度設(shè)想將“母液”沿流程中虛線進(jìn)行循環(huán)使用。請(qǐng)你分析在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中是否可行？__不可行__(填“可行”或“不可行”)，并說(shuō)明理由：__若將“母液”循環(huán)使用，則溶液中c(Cl－)和c(SO)增大，最后所得產(chǎn)物Na2CO3混有雜質(zhì)__。
解析 由溶度積表知，MgCO3的Ksp最大，在溶液中溶解的最多，其他物質(zhì)與MgCO3相差的數(shù)量級(jí)較大，在溶液里可以忽略。(1)主要是MgCO3與NaOH反應(yīng)生成Ksp更小的沉淀Mg(OH)2；pH＝8，c(OH－)＝10－6 molL－1，則Ksp＝c(Mg2＋)c2(OH－)＝c(Mg2＋)10－12＝5.6110－12，得c(Mg2＋)＝5.61 molL－1；Ksp＝c(Fe3＋)c3(OH－)＝c(Fe3＋)10－18＝2.6410－39，得c(Fe3＋)＝2.6410－21 molL－1，所以c(Mg2＋)∶c(Fe3＋)＝5.61∶2.6410－21＝2.1251021。
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