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物质在水溶液中的行为
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2015辽宁大连模拟)常温下的两种溶液:①pH=9的NaOH溶液,②pH=9的CH3COONa溶液。对这两种溶液的判断,正确的是( )
A.两溶液中水的电离程度相同
B.[Na+]:①>②
C.两溶液分别用水稀释10倍后,pH①=pH②<9
D.将①和②等体积混合后的溶液:[Na+]=[CH3COO-]+[OH-]-[H+]
答案:D
解析:①抑制水的电离,②促进水的电离,A选项错误;B选项,①中[Na+]=[NaOH]=[OH-]=10-5 mol·L-1,②中因为CH3COONa部分水解,所以[Na+]=[CH3COONa]>[OH-]=10-5 mol·L-1,错误;C选项,加水稀释10倍后,pH①=8,②中CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-右移,[OH-]在10-6 mol·L-1的基础上增大,所以pH②>8,错误;依据电荷守恒可知D选项正确。
2.(2015南京、盐城二模)下列说法正确的是( )
A.常温下,反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)的ΔH<0
B.常温下,BaSO4分别在相同物质的量浓度的Na2SO4溶液和Al2(SO4)3溶液中的溶解度相同
C.常温下,向饱和Na2CO3溶液中加少量BaSO4粉末,过滤,向洗净的沉淀中加稀盐酸,有气泡产生,说明常温下Ksp(BaCO3)<Ksp(BaSO4)
D.等体积、等物质的量浓度的NH3·H2O溶液与NH4Cl溶液混合后溶液呈碱性,说明NH3·H2O的电离程度小于N的水解程度
答案:A
解析:A项,由物质的状态判断出,该反应的熵在减少,但常温时反应能自发,则该反应一定是放热的,正确;B项,S浓度越大,BaSO4的溶解度越小,错误;C项,由于Na2CO3是饱和的,C的浓度大,所以可与BaSO4中Ba2+结合成BaCO3,但不是因为BaCO3的Ksp小,错误;D项,NH3·H2O电离显碱性,N水解显酸性,混合后溶液显碱性,则说明NH3·H2O的电离大于N的水解,错误。
3.常温下,下列有关电解质溶液的叙述正确的是( )
A.等浓度等体积的强酸与强碱溶液混合后,溶液的pH=7
B.将10 mL pH=a的盐酸与100 mL pH=b的Ba(OH)2溶液混合后恰好中和,则a+b=13
C.pH=10的Ba(OH)2溶液和pH=13的NaOH溶液等体积混合后溶液的pH=10.7(已知lg 2=0.3)
D.pH=2的盐酸与pH=12的氨水等体积混合后所得溶液显中性〚导学号95380326〛
答案:B
解析:等浓度等体积的强酸和强碱溶液混合后,pH大小与酸和碱的元数有关,A项错误;盐酸与Ba(OH)2混合后恰好中和,则10-a×0.01=10-14+b×0.1,则-a-2=-14+b-1,则a+b=13,B项正确;C项,[OH-]混==5×10-2 mol·L-1,[H+]==2×10-13 mol·L-1,pH=12.7,C项错误;pH=2的盐酸与pH=12的氨水等体积混合后所得溶液呈碱性,D项错误。
4.(2015山东日照模拟)某温度下,0.02 mol·L-1 NaHSO3溶液的pH=3。下列说法正确的是( )
A.加水稀释10倍后,溶液的pH=4
B.[S]+[OH-]=[H2SO3]+[HS]
C.2[S]+[HS]+[H2SO3]=0.02 mol·L-1
D.约为5×10-5 mol·L-1
答案:D
解析:A项,由于某温度下,0.02 mol·L-1 NaHSO3溶液的pH=3,所以HS不能完全电离,则加水稀释10倍后,3<pH<4,错误;B项,不符合质子守恒,错误,正确的为[S]+[OH-]=[H2SO3]+[H+];C项,不符合物料守恒,错误,正确的为[Na+]=[S]+[HS]+[H2SO3]=0.02 mol·L-1;D项,pH=3说明[H+]=10-3 mol·L-1≈[S],所以[HS]约为0.02 mol·L-1-10-3 mol·L-1=0.019 mol·L-1,则≈5×10-5 mol·L-1,正确。
5.(2015安徽理综)25 ℃时,在10 mL浓度均为0.1 mol·L-1的NaOH和NH3·H2O混合溶液中滴加0.1 mol·L-1盐酸,下列有关溶液中粒子浓度关系正确的是( )
A.未加盐酸时:[OH-]>[Na+]=[NH3·H2O]
B.加入10 mL盐酸时:[N]+[H+]=[OH-]
C.加入盐酸至溶液pH=7时:[Cl-]=[Na+]
D.加入20 mL盐酸时:[Cl-]=[N]+[Na+]
答案:B
解析:NH3·H2O是弱电解质,能微弱电离,未加盐酸时,溶液中[Na+]>[NH3·H2O],A项错误;当加入10 mL盐酸时,恰好将NaOH完全中和,溶液中[Na+]=[Cl-],根据电荷守恒式[Na+]+[N]+[H+]=[Cl-]+[OH-],可知[N]+[H+]=[OH-],B项正确;溶液pH=7时,溶液中[H+]= [OH-],根据电荷守恒式可知[Na+]+[N]=[Cl-],C项错误;加入20 mL盐酸时,恰好将NaOH和NH3·H2O完全中和,所得溶液为NaCl和NH4Cl的混合溶液,N能水解,溶液中同时含有N和NH3·H2O,根据物料守恒式可知[Na+]+[N]+[NH3·H2O]=[Cl-],D项错误。
6.(2015山东潍坊期末)已知在温度T1和T2时水的电离平衡曲线如图所示,下列说法错误的是( )
A.水的离子积常数关系为:C>A
B.升高温度可实现由C点到A点
C.T1时,pH=4的硫酸与pH=10的氢氧化钠溶液等体积混合,所得溶液的pH=7
D.图中矩形OMAP的面积表示T2时水的离子积的值
答案:A
解析:A项,A点对应的[H+]、[OH-]均大于C点对应的[H+]、[OH-],故水的离子积常数:A>C,错误;B项,升高温度,水的电离平衡向正向移动,[H+]、[OH-]增大,可实现由C点到A点,正确;C项,T1时,pH=4的硫酸[H+]=10-4 mol·L-1,pH=10的氢氧化钠[OH-]== mol·L-1=10-4 mol·L-1,等体积混合,二者恰好完全反应,所得溶液的pH=7,正确;D项,T2时水的离子积为[OH-]·[H+],即OM×OP为矩形OMAP的面积,正确。
7.(2015福州质检)H2S2O3是一种弱酸,实验室欲用0.01 mol·L-1的Na2S2O3溶液滴定I2溶液,发生的反应为I2+2Na2S2O32NaI+Na2S4O6,下列说法合理的是( )
A.该滴定可用甲基橙作指示剂
B.Na2S2O3是该反应的还原剂
C.该滴定可使用如图所示装置
D.该反应中每消耗2 mol Na2S2O3,电子转移数为4 mol
答案:B
解析:A项,该滴定使用淀粉作指示剂,错误;B项,硫元素化合价升高,被氧化,Na2S2O3作还原剂,正确;C项,由题意知H2S2O3是一种弱酸,Na2S2O3溶液显碱性,所以应使用碱式滴定管,错误;D项,硫元素由+2价变为平均+价,所以每消耗2 mol Na2S2O3,转移2 mol电子,错误。
8.(2015贵州模拟)已知BaSO4(s)Ba2+(aq)+S(aq),25 ℃时Ksp=1.07×10-10 mol2·L-2,且BaSO4的溶解度随温度升高而增大。如图所示,有T1、T2不同温度下两条BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线,则下列说法不正确的是( )
A.温度为T1时,在T1曲线上方区域任意一点时,均有BaSO4沉淀生成
B.蒸发溶剂可能使溶液由d点变为T1曲线上a、b之间的某一点
C.升温可使溶液由b点变为d点
D.T2>25 ℃
答案:C
解析:在T1曲线上方区域(不含曲线)为过饱和溶液,所以有晶体析出,故A项正确;蒸发溶剂,增大溶液中溶质的浓度,温度不变,溶度积常数不变,所以蒸发溶剂可能使溶液由d点变为曲线上a、b之间的某一点(不含a、b),故B项正确;升温增大溶质的溶解度,溶液中钡离子、硫酸根离子浓度都增大,故C项错误;25 ℃时硫酸钡的Ksp=1.07×10-10 mol2·L-2,根据图像知,温度越高,硫酸钡的离子积常数越大,T2时硫酸钡的溶度积常数=1.0×10-4 mol·L-1×5.0×10-5 mol·L-1=5×10-9 mol2·L-2>1.07×10-10 mol2·L-2,所以该温度大于25 ℃,故D项正确。
9.(2015山东烟台模拟)室温时,HA溶液和HB溶液分别加水稀释,溶液的pH变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A.HB一定是弱酸
B.在x点,[A-]=[B-]
C.稀释前由水电离出的[H+],HB溶液是HA溶液的10倍
D.取x点时的两种酸溶液,分别中和等体积等浓度的NaOH溶液,消耗HA溶液的体积一定小于HB溶液的体积
答案:D
解析:A项,稀释相同倍数,pH变化较大的酸的酸性较强,即酸性:HA>HB,正确;B项,x点存在电荷守恒:[H+]=[A-]+[OH-]、[H+]=[B-]+[OH-],当pH相等时,两者的[H+]和[OH-]均相等,则[A-]=[B-],正确;C项,HA和HB都抑制水的电离,所以pH=1的HA溶液中由水电离的[H+]=10-13 mol·L-1,pH=2的HB溶液中由水电离的[H+]=10-12 mol·L-1,正确;D项,pH相等,酸性越强,浓度越低,即[HA]<[HB],所以中和等体积、等浓度的NaOH溶液,所需酸的体积V(HA)>V(HB),错误。
10.(2015江苏化学)室温下,向下列溶液中通入相应的气体至溶液pH=7(通入气体对溶液体积的影响可忽略),溶液中部分微粒的物质的量浓度关系正确的是( )
A.向0.10 mol·L-1 NH4HCO3溶液中通CO2:[N]=[HC]+[C]
B.向0.10 mol·L-1 NaHSO3溶液中通NH3:[Na+]>[N]>[S]
C.向0.10 mol·L-1 Na2SO3溶液中通SO2:[Na+]=2([S]+[HS]+[H2SO3])
D.向0. 10 mol·L-1 CH3COONa溶液中通HCl:[Na+]>[CH3COOH]=[Cl-]〚导学号95380327〛
答案:D
解析:由电荷守恒有:[N]+[H+]=[OH-]+[HC]+2[C],因为pH=7,所以[H+]=[OH-],故有[N]=[HC]+2[C],A项错误;由电荷守恒有:[N]+[Na+]+[H+]=[HS]+2[S]+[OH-],其中[H+]=[OH-],则有:①[N]+[Na+]=[HS]+2[S],由物料守恒有:②[Na+]=[HS]+[S]+[H2SO3],联立①②两式消去[Na+],得[N]+[H2SO3]=[S],所以[S]>[N],B项错误;Na2SO3的物料守恒关系有:[Na+]=2[[S]+[HS]+[H2SO3]],但是由于外加了SO2,S元素增多,所以该等式不再成立,C项错误;由物料守恒有:③[Na+]=[CH3COO-]+[CH3COOH],所以[Na+]>[CH3COOH],由电荷守恒有:[Na+]+[H+]=[CH3COO-]+[Cl-]+[OH-],因为pH=7,则有:④[Na+]=[CH3COO-]+[Cl-],联立③④得,[CH3COOH]=[Cl-],D项正确。
二、非选择题(本题共3个小题,共50分)
11.(15分)已知在室温的条件下,pH均为a的H2SO4溶液和NH4Cl溶液,回答下列问题:
(1)两溶液中[H+]·[OH-]= 。
(2)各取5 mL上述溶液,分别加水稀释至50 mL,pH较大的是 溶液。
(3)各取5 mL上述溶液,分别加热到90 ℃,pH较小的是 溶液。
(4)两溶液中由水电离出的[H+]分别为H2SO4溶液: ;NH4Cl溶液: 。
(5)取5 mL NH4Cl溶液,加水稀释至50 mL,[H+] (填“>”“<”或“=”)10-(a+1) mol·L-1, (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案:(1)1×10-14 mol2·L-2
(2)H2SO4
(3)NH4Cl
(4)1×10a-14 mol·L-1 1×10-a mol·L-1
(5)> 减小
解析:(1)室温下任何稀溶液中[H+]·[OH-]=KW=1×10-14 mol2·L-2。(2)硫酸是强酸,氯化铵水解显酸性,稀释促进水解,[H+]的变化较小,所以稀释相同的倍数,硫酸的pH变化较大。(3)由于水解是吸热的,加热促进水解,所以pH较小的是氯化铵。(4)硫酸抑制水的电离,氯化铵促进水的电离。(5)稀释促进氯化铵的水解,氢离子的物质的量增加,但N的物质的量减小,所以氢离子浓度大于10-(a+1) mol·L-1,减小。
12.(2015山东青岛模拟)(19分)工厂中用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中,除了含有大量硫酸外,还含有少量N、Fe3+、As、Cl-。为除去杂质离子,部分操作流程如下:
请回答下列问题:
(1)用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中,硫酸的浓度为4.9 g·L-1,则该溶液的pH约为 。
(2)N在用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中以(NH4)2SO4和NH4Cl的形式存在。现有一份(NH4)2SO4溶液,一份NH4Cl溶液,(NH4)2SO4溶液中[N]恰好是NH4Cl溶液中[N]的2倍,则[(NH4)2SO4] [NH4Cl](填“<”“=”或“>”)。
(3)随着向废液中投入生石灰(忽略溶液温度的变化),溶液中的值 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)投入生石灰调节pH到2~3时,大量沉淀的主要成分为CaSO4·2H2O[含有少量Fe(OH)3],提纯CaSO4·2H2O的主要操作步骤:向沉淀中加入过量 ,充分反应后,过滤、洗涤、 。
(5)25 ℃时,H3AsO4的电离常数为K1=5.6×10-3 mol·L-1,K2=1.7×10-7 mol·L-1,K3=4.0×10-12 mol·L-1。当溶液中pH调节到8~9时,沉淀的主要成分为Ca3(AsO4)2。
①pH调节到8左右Ca3(AsO4)2才开始沉淀的原因是
。
②Na3AsO4第一步水解的平衡常数数值为
。
③已知:As+2I-+2H+As+I2+H2O,SO2+I2+2H2OS+2I-+4H+。上述两个反应中还原性最强的微粒是 。
答案:(1)1
(2)<
(3)减小
(4)稀硫酸 晾干或干燥
(5)①H3AsO4是弱酸,当溶液中pH调节到8左右,c(As)增大,Ca3(AsO4)2开始沉淀 ②2.5×10-3 mol·L-1 ③SO2
解析:(1)硫酸的浓度为4.9 g·L-1,则其物质的量浓度为0.05 mol·L-1,则溶液中[H+]=0.1 mol·L-1,故溶液的pH=1。(2)离子浓度越小,水解程度越大,题中(NH4)2SO4溶液中[N]恰好是NH4Cl溶液中[N]的2倍,所以[(NH4)2SO4]<[NH4Cl]。(3)投入生石灰,溶液中[OH-]增大,的值减小。(5)①由于H3AsO4是弱酸,当溶液的pH调节到8左右,[As]增大,Ca3(AsO4)2开始沉淀;②由水解方程式As+H2OHAs+OH-可得,水解平衡常数Kh=,K3=,KW=[H+]·[OH-],所以KW=Kh·K3,从而得水解平衡常数为2.5×10-3 mol·L-1;③由所给两个氧化还原反应可知,还原性:SO2>I->As。
13.(2015山东理综)(16分)毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质),实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下:
Ca2+
Mg2+
Fe3+
开始沉淀时的pH
11.9
9.1
1.9
完全沉淀时的pH
13.9
11.1
3.2
(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨,目的是 。实验室用37%的盐酸配制15%的盐酸,除量筒外还需使用下列仪器中的 。
a.烧杯 b.容量瓶
c.玻璃棒 d.滴定管
(2)加入NH3·H2O调pH=8可除去 (填离子符号),滤渣Ⅱ中含 (填化学式)。加入H2C2O4时应避免过量,原因是
。
已知:Ksp(BaC2O4)=1.6×10-7 mol2·L-2,Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9 mol2·L-2
(3)利用间接酸碱滴定法可测定Ba2+的含量,实验分两步进行。
已知:2Cr+2H+Cr2+H2O Ba2++CrBaCrO4↓
步骤Ⅰ:移取x mL一定浓度的Na2CrO4溶液于锥形瓶中,加入酸碱指示剂,用b mol·L-1盐酸标准液滴定至终点,测得滴加盐酸的体积为V0 mL。
步骤Ⅱ:移取y mL BaCl2溶液于锥形瓶中,加入x mL与步骤Ⅰ相同浓度的Na2CrO4溶液,待Ba2+完全沉淀后,再加入酸碱指示剂,用b mol·L-1盐酸标准液滴定至终点,测得滴加盐酸的体积为V1 mL。
滴加盐酸标准液时应使用酸式滴定管,“0”刻度位于滴定管的 (填“上方”或“下方”)。BaCl2溶液的浓度为 mol·L-1。若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅出,Ba2+浓度测量值将 (填“偏大”或“偏小”)。〚导学号95380328〛
答案:(1)增大接触面积从而使反应速率加快 a、c (2)Fe3+ Mg(OH)2、Ca(OH)2 H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀,产品产量减少 (3)上方 偏大
解析:(2)根据Ca2+、Mg2+、Fe3+开始沉淀时和完全沉淀时的pH,可知加入NH3·H2O调pH=8,可以使Fe3+变成Fe(OH)3沉淀而除去。加入NaOH调pH=12.5,则会生成Mg(OH)2和Ca(OH)2沉淀;过滤后的滤液中仍含有Ca2+,应加入适量H2C2O4将Ca2+转化为CaC2O4沉淀,若加入的H2C2O4过量则会生成BaC2O4沉淀,从而使BaCl2·2H2O的产量降低。
(3)根据步骤Ⅰ中反应:2Cr+2H+Cr2+H2O,可知n(Cr)=n(H+)=bV0×10-3 mol。步骤Ⅱ中所加n(Na2CrO4)=bV0×10-3 mol,与盐酸反应的n(Na2CrO4)=bV1×10-3 mol,与BaCl2溶液反应的n(Na2CrO4)=bV0×10-3 mol-bV1×10-3 mol=b(V0-V1)×10-3 mol,故c(BaCl2)== mol·L-1。
若滴加盐酸时有少量待测液溅出,则与Na2CrO4反应的盐酸的量减少,即c(BaCl2)= mol·L-1中的V1减小,导致最后所求的Ba2+的物质的量浓度偏大。
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