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第25讲 水的电离及溶液的酸碱性
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知识点
基础
能力
挑战
水的电离
3,4
溶液的酸
碱性与pH
1,5
6,7
酸碱中和滴定
2
8,9,10
11,12
1.(2018·江西赣州模拟)常温下,下列溶液一定呈碱性的是( B )
A.能与金属铝反应放出氢气的溶液
B.=10-6的溶液
C.pH=2的CH3COOH溶液与pH=12的NaOH溶液等体积混合
D.0.01 mol·L-1的氨水与0.01 mol·L-1的HCl溶液等体积混合
解析:能与金属铝反应放出氢气的溶液可能呈酸性也可能呈强碱性,A错误;=10-6<1,c(H+)<c(OH-),溶液呈碱性,B正确;CH3COOH为弱酸,
NaOH为强碱,pH=2的CH3COOH溶液与pH=12的NaOH溶液等体积混合,CH3COOH过量,溶液呈酸性,C错误;0.01 mol·L-1的氨水与
0.01 mol·L-1的HCl溶液等体积混合,恰好发生中和反应,生成的氯化铵水解使溶液呈酸性,D错误。
2.(2018·江西红色七校联考)用标准盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液,下列操作不会引起实验误差的是( C )
A.用蒸馏水洗净酸式滴定管后,装入标准盐酸进行滴定
B.用蒸馏水洗净锥形瓶后,再用NaOH溶液润洗,后装入NaOH溶液进行滴定
C.用碱式滴定管取10.00 mL NaOH溶液放入蒸馏水洗净的锥形瓶中,加入少量的蒸馏水再进行滴定
D.用酚酞作指示剂滴至红色刚变无色时即停止加盐酸
解析:用蒸馏水洗净酸式滴定管后,必须再用标准盐酸润洗滴定管,否则滴定管内的水分会将标准盐酸稀释,导致测定结果偏大,A项不符合题意;用蒸馏水洗后的锥形瓶,若再用待测液润洗,则会使锥形瓶中待测液的量增大,导致测定结果偏大,B项不符合题意;往锥形瓶中加入少量蒸馏水再进行滴定,对实验结果无影响,C项符合题意;用酚酞作
指示剂滴至红色刚变无色时,可能还未达到滴定终点,D项不符合
题意。
3.常温下,0.1 mol·L-1某一元酸HA溶液中=1×10-12,下列叙述正确的是( C )
A.该溶液中由水电离出的c(H+)=1×10-10 mol·L-1
B.溶液中存在HAH++A-
C.与0.1 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合后所得溶液为中性
D.原溶液中加入一定量NaA晶体或加水稀释,溶液中 c(OH-) 均增大
解析:常温下KW=1×10-14,0.1 mol·L-1 HA溶液中=1×10-12,则有c(H+)=0.1 mol·L-1,说明HA完全电离,该溶液中由水电离出的c(H+)
=1×10-13 mol·L-1,A错误;HA为强酸,其电离方程式为HAH++A-,不存在HA的电离平衡,B错误;与 0.1 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合恰好完全反应,生成强酸强碱盐NaA,所得溶液为中性,C正确;HA溶液中加入一定量NaA晶体,溶液中c(OH-)不变;加水稀释时,溶液中c(H+)减小,则c(OH-)增大,D错误。
4.(2018·天津河西区三模)已知液氨的性质与水相似。T ℃ 时,NH3+
NH3N+N ,N的平衡浓度为1×10-15mol/L,则下列说法中正确的是( B )
A.在此温度下液氨的离子积为1×10-17
B.在液氨中放入金属钠,可生成NaNH2
C.恒温下,在液氨中加入NH4Cl,可使液氨的离子积减小
D.降温,可使液氨电离平衡逆向移动,且c(N)<c(N)
解析:由电离方程式知,N与N的离子平衡浓度相等,都为
1×10-15 mol/L,根据水的离子积得液氨的离子积K=c(N)·c(N)=
1×10-30,故A错误;由钠与水反应可推知,2Na+2NH32NaNH2+H2↑,故B正确;虽然加入NH4Cl可使平衡向逆反应方向移动,N的浓度增大,但由水的离子积可以知道,其大小只与温度有关,与离子浓度无关,故C错误;因为电离是吸热反应,所以降温NH3+NH3N+N平衡逆向移动,c(N)=c(N)都减小,故D错误。
5.(2019·湖北华师一附中模拟)T ℃下的某溶液中,c(H+)=
10-x mol·L-1,c(OH-)=10-y mol·L-1,x与y的关系如图所示。
请回答下列问题:
(1)在此温度下,向Ba(OH)2溶液中逐滴加入pH=a的盐酸,测得混合溶液的部分pH如下表所示。
实验
序号
Ba(OH)2溶液
的体积/mL
盐酸的体积/mL
溶液的pH
①
22.00
0.00
8
②
22.00
18.00
7
③
22.00
22.00
6
假设溶液混合前后的体积变化忽略不计,则a= ,实验②中由水电离产生的c(OH-)= mol·L-1。
(2)在此温度下,将0.1 mol·L-1的NaHSO4溶液与 0.1 mol·L-1 的Ba(OH)2溶液按表中甲、乙、丙、丁不同方式混合:
甲
乙
丙
丁
0.1 mol·L-1 Ba(OH)2
溶液体积/mL
10
10
10
10
0.1 mol·L-1 NaHSO4
溶液体积/mL
5
10
15
20
①按丁方式混合后,所得溶液显 (填“酸性”“碱性”或“中性”)。
②写出按乙方式混合后,反应的离子方程式: 。
③按甲方式混合后,所得溶液的pH为 。
解析:(1)此条件下,pH=6时,溶液呈中性。根据表中实验①的数据可得Ba(OH)2溶液中c(OH-)=10-4 mol·L-1,根据表中实验③的数据有22.00×10-3 L×10-4 mol·L-1=22.00×10-3 L×10-amol·L-1,可得a=4。实验②中,所得溶液pH=7,Ba(OH)2过量,溶液呈碱性,由H2O电离产生的c(OH-)等于由水电离产生的c(H+),即由水电离产生的c(OH-)=
10-7 mol·L-1。
(2)①按丁方式混合时,Ba(OH)2提供的OH-与 NaHSO4 提供的H+的物质的量相等,混合后溶液呈中性。②按 乙方式混合时,反应前:n(Ba2+)=
10-3 mol,n(OH-)=2×10-3 mol,n(H+)=n(S)=10-3 mol,实际反应的Ba2+、OH-、H+、S均为10-3 mol,故反应的离子方程式为Ba2++OH-+H++S
BaSO4↓+H2O。③按甲方式混合时,OH-过量,反应后溶液中c(OH-)=
=0.1 mol·L-1,则c(H+)=10-11 mol·L-1,pH
=11。
答案:(1)4 10-7 (2)①中性 ②Ba2++OH-+H++SBaSO4↓+H2O
③11
6.(2018·山东青岛二模)ClO2作为一种强氧化剂,是国际上公认的高效消毒灭菌剂,但因其易爆有毒,常用 NaClO2 替代。常温下,将NaOH固体加入由0.1 mol ClO2溶于水配成的1 L溶液中。溶液pH及部分组分含量变化曲线如图,下列叙述错误的是( D )
(已知:2ClO2+H2OHClO2+H++Cl)
A.Ka(HClO2)≈10-4.5
B.不能用pH试纸测该溶液的pH
C.酸性:HClO2<HClO3
D.该图像上任何一点,都有c(Cl)+c(HClO2)+c(Cl)=0.1 mol·L-1
解析:HClO2的电离方程式为HClO2H++Cl,HClO2的电离平衡常数Ka(HClO2)=,根据图像当c(HClO2)=c(Cl)时溶液的pH≈4.5,Ka(HClO2)≈10-4.5,A项正确;溶液中的ClO2、HClO2、Cl具有强氧化性,能使pH试纸褪色,不能用pH试纸测该溶液的pH,B项正确;根据题给离子方程式可见,HClO2为弱酸,HClO3为强酸,酸性:HClO2<HClO3,C项正确;D项,根据2ClO2+H2OHClO2+H++Cl、HClO2H++Cl,溶液中的物料守恒为c(ClO2)+c(HClO2)+c(Cl)+c(Cl)=0.1 mol/L,D项错误。
7.(2018·陕西黄陵中学第一次质检)下列叙述正确的是( A )
A.稀醋酸加水稀释,醋酸电离程度增大,溶液的pH增大
B.pH均为5的盐酸和醋酸,分别加水稀释至原溶液体积的1 000倍,所得溶液的pH均等于8
C.盐酸中滴加氨水至中性,溶液中的溶质只有NH4Cl
D.室温时pH=3的硫酸和pH=11的氨水等体积混合后,溶液的pH小
于7
解析:稀醋酸加水稀释,CH3COOH的电离平衡正向移动,醋酸电离程度增大,但溶液中c(H+)减小,溶液的pH增大,A正确;pH均为5的盐酸和醋酸,分别加水稀释至原溶液体积的1 000倍,所得溶液仍呈酸性,此时溶液的pH小于7,不可能大于7,B错误;盐酸中滴加氨水,两者恰好完全反应时,溶液中的溶质只有NH4Cl,由于N发生水解反应,此溶液呈酸性,若使溶液呈中性,应滴加稍过量氨水,故溶液中溶质NH4Cl和
NH3·H2O,C错误;室温时pH=3的硫酸中c(H+)=1×10-3 mol·L-1,
pH=11的氨水中c(OH-)=1×10-3 mol·L-1,由于H2SO4完全电离,而NH3·H2O部分电离,故两者等体积混合时,氨水有剩余,溶液呈碱性,故
混合液的pH>7,D错误。
8.(2018·山东聊城三模)向25 ℃时,体积均为20 mL、浓度均为
0.1 mol·L-1的两种酸HX、HY溶液中分别滴加 0.1 mol·L-1 的NaOH溶液,所加NaOH溶液体积与反应后溶液的pH的关系如图所示。下列叙述正确的是( D )
A.HX与NaOH溶液反应的离子方程式为HX +OH-X-+H2O
B.Ka(HY)的数量级约为10-10
C.a点时:c(Na+)=c(Y-)+c(HY)
D.V(NaOH溶液)=20 mL时,两种反应后的溶液中 c(X-)>c(Y-)
解析:由图可知,HX为强酸,所以HX与NaOH溶液发生反应的离子方程式为H++OH-H2O,故A错误;浓度为0.1 mol•L-1的HY,由图可知,HY的pH等于4,则Ka(HY)===10-7,故B错误;a点溶液中存在等浓度的HY和NaY,根据物料守恒,2c(Na+)=c(Y-)+c(HY),故C错误;V(NaOH溶液)=20 mL时,两个反应均恰好完全进行,生成盐溶液,由于Y-发生水解,因此反应后的溶液中c(X-)>c(Y-),故D正确。
9.(2018·四川宜宾高三模)25 ℃时,用0.10 mol/L的氨水滴定
10.00 mL 0.05 mol/L的二元酸H2A的溶液,滴定过程中加入氨水的体
积(V)与溶液中lg的关系如图所示。下列说法正确的是( B )
A.H2A的电离方程式为H2AH++HA-
B.B点溶液中,水电离出的氢离子浓度为1.0×10-6 mol/L
C.C点溶液中,c(N)+c(NH3·H2O)=2c(A2-)
D.25 ℃时,该氨水的电离平衡常数为Kb=
解析:根据图像,A点时,0.05 mol/L的二元酸H2A的溶液lg=-12,此时c(OH-)=10-12c(H+),c(OH-)=1.0×10-13 mol/L,c(H+)=0.1 mol/L,说明H2A为二元强酸,H2A的电离方程式为H2A2H++A 2-,故A错误;B点溶液中,加入了10 mL 0.10 mol/L 的氨水,恰好完全反应,此时溶液
应为(NH4)2A溶液,lg=-2,c(OH-)=10-2c(H+),c(OH-)=1.0×
10-8mol/L,c(H+)=1.0×10-6mol/L,此时溶液因N水解呈酸性,溶液中的氢离子均是水电离产生的,故水电离出的氢离子浓度为
1.0×10-6 mol/L,故B正确;C点溶液中,加入了 12.5 mL 0.10 mol/L
的氨水,此时溶液应为(NH4)2A和NH3·H2O混合溶液, lg=0,c(OH-)=
c(H+),根据电荷守恒:c(N)+c(H+)=2c(A2-)+c(OH-),即c(N)=
2c(A2-),故C错误;B点时,溶液应为0.025 mol/L(NH4)2A溶液, lg=-2,c(OH-)=10-2c(H+),c(OH-)=1.0×10-8 mol/L,c(H+)=
1.0×10-6mol/L,溶液因N水解呈酸性,N+H2OH++ NH3·H2O,该反应的水解常数为Kh====2×10-11,故氨水的电离平衡常数为Kb==5×10-4,故D错误。
10.(2018·河南洛阳期中)常温下,向浓度为 0.1 mol·L-1、体积为V L的氨水中逐滴加入一定浓度的盐酸,用pH计测溶液的pH随盐酸的加入量而降低的滴定曲线,d点两种溶液恰好完全反应。根据图中信息回答下列问题:
(1)该温度时NH3·H2O的电离常数K= 。
(2)比较b、c、d三点时的溶液中,由水电离出的 c(OH-)大小顺序为 。
(3)滴定时,由b点到c点的过程中,下列各选项中数值保持不变的是 (填字母,下同)。
A.c(H+)·c(OH-) B.
C. D.
(4)根据以上滴定曲线判断下列说法正确的是 (溶液中N元素只存在N和NH3·H2O两种形式)。
A.b点所示溶液中:c(N)+c(H+)=c(OH-)+c(NH3·H2O)
B.c点所示溶液中:c(Cl-)=c(NH3·H2O)+c(N)
C.d点所示溶液中:c(Cl-)>c(H+)>c(N)>c(OH-)
D.滴定过程中可能有c(NH3·H2O)>c(N)>c(OH-)>c(Cl-)>c(H+)
(5)滴定过程中所用盐酸的pH= ,d点之后若继续加入盐酸至图像中的e点(此时不考虑N水解的影响),则e点对应的横坐标为 。
解析:(1)未加入盐酸前,0.1 mol·L-1氨水的pH=11,则溶液中c(OH-)=
mol·L-1=0.001 mol·L-1;由于水的电离程度较小,可忽略水的电离,则溶液中c(N)≈c(OH-)=0.001 mol·L-1;NH3·H2O的电离程度较小,则c(NH3·H2O)≈0.1 mol·L-1,故该温度时NH3·H2O的电离常数K===10-5。
(2)b、c两点溶液中都含有NH3·H2O,抑制水的电离,且c(NH3·H2O)越大,对水的电离的抑制程度越大,d点氨水与盐酸恰好完全反应生成NH4Cl,N发生水解而促进水的电离,故三点水电离出的c(OH-)大小顺序为d>c>b。
(3)滴定时,由b点到c点的过程中,c(H+)·c(OH-)=KW,由于温度不变,则KW不变,A正确;随着反应的进行,溶液的碱性减弱,溶液中c(OH-)减小而c(H+)增大,故的值增大,B错误;NH3·H2O的电离常数Kb=
,温度不变,则Kb不变,即保持不变,C正确;
=,温度不变,则KW、Kb均不变,即不变,D
正确。
(4)b点溶液为等浓度NH4Cl和NH3·H2O的混合液,溶液呈碱性,说明NH3·H2O的电离程度大于N的水解程度,据电荷守恒可得c(N)+
c(H+)=c(OH-)+c(Cl-),据物料守恒可得2c(Cl-)=c(N)+c(NH3·H2O),综合上述两式可得c(N)+2c(H+)=c(NH3·H2O)+2c(OH-),A错误;c点溶液的pH=7,则有c(H+)=c(OH-),结合电荷守恒式可得c(N)=c(Cl-)
>c(H+)=c(OH-),B错误;d点盐酸与氨水恰好完全反应生成NH4Cl,N发生水解而使溶液呈酸性,但其水解程度较小,故离子浓度关系为
c(Cl-)>c(N)>c(H+)>c(OH-),C错误;当加入盐酸的量较少时,氨水中c(NH3·H2O)较大,生成的NH4Cl较少,溶液中c(NH3·H2O)远大于
c(NH4Cl),可能出现c(NH3·H2O)>c(N)>c(OH-)>c(Cl-)>c(H+),D
正确。
(5)由题图可知,d点盐酸与氨水恰好完全反应生成NH4Cl,由NH3·H2O
～HCl可知,c(HCl)=0.1 mol·L-1×=0.1 mol·L-1,故滴定过程中所用盐酸的pH=1。设e点加入盐酸的体积为x L,则剩余盐酸的量为n余(HCl)=0.1 mol·L-1×x L-0.1 mol·L-1×V L=0.1(x-V) mol,此时溶液的pH=2,则有0.1(x-V)mol=10-2 mol·L-1×(x+V)L,解得x=。
答案:(1)10-5 (2)d>c>b (3)ACD (4)D (5)1
11.(2018·湖北鄂东南联盟学校联考)25 ℃时,用浓度为
0.100 0 mol·L-1的NaOH溶液滴定20.00 mL浓度为0.100 0 mol·L-1
的某酸HX,滴定曲线如图所示。下列说法正确的是( A )
A.HX的电离常数Ka的数量级为10-10
B.P点溶液中微粒浓度大小为c(Na+)>c(HX)>c(X-)>c(OH-)>c(H+)
C.滴定过程中可选用的指示剂有甲基橙和酚酞
D.A点到B点过程中,水电离出的c(H+)×c(OH-)先增大,后不变
解析:0.100 0 mol·L-1 HX溶液的pH=5.15,溶液中 c(H+)=c(X-)=
10-5.15 mol·L-1,c(HX)=(0.100 0-10-5.15)mol·L-1≈0.100 0 mol·L-1,HX
的电离方程式为HXH++X-,HX的电离常数Ka===
10-9.3=100.7×10-10,Ka的数量级为10-10,A项正确;P点加入10 mL NaOH溶液,0.100 0 mol·L-110 mL NaOH溶液与 0.100 0 mol·L-1 20.00 mL HX充分反应得到等物质的量浓度的NaX和HX的混合液,溶液的pH=8说明X-的水解程度大于HX的电离程度,P点溶液中微粒浓度由大到小的顺序为c(HX)>c(Na+)>c(X-)>c(OH-)>c(H+),B项错误;NaOH与HX恰好完全反应得到的NaX溶液呈碱性,应选用碱性范围内发生颜色变化的指示剂,滴定过程中选用的指示剂为酚酞,C项错误;A点HX电离的H+抑制水的电离,随着NaOH溶液的滴入,HX不断被消耗生成NaX,HX电离的H+对水的电离的抑制程度减小,X- 水解对水的电离的促进程度增大,当加入20 mL NaOH溶液时NaOH和HX恰好完全反应,水的电离程度达最大,NaOH溶液大于20 mL时,过量的NaOH电离的OH- 抑制水的电离,A点到B点过程中,水电离的c(H+)×c(OH-)先增大后减小,D项错误。
12.传统的定量化学实验受到计量手段的制约而研究范围狭窄、精确度不高,DIS数字化信息系统(由传感器、数据采集器和计算机组成)因为可以准确测量溶液的pH等而在中和滴定的研究中应用越来越广泛深入。
(1)某学习小组利用DIS系统探究强碱和不同酸的中和反应,实验过程如下:
①分别配制0.100 0 mol·L-1的NaOH、HCl、CH3COOH溶液备用。
②用0.100 0 mol·L-1的NaOH溶液分别滴定10.00 mL 0.100 0 mol·L-1的HCl和CH3COOH溶液,连接数据采集器和pH传感器。
③由计算机绘制的滴定曲线如图1:
两曲线图起点不同的原因是
;
两曲线图中V1 (填“>”“=”或“<”)V2。
(2)另一个学习小组利用DIS系统测定某醋酸溶液的物质的量浓度,以测量溶液导电能力来判断滴定终点,实
验步骤如下:
①用 (填仪器名称)量取20.00 mL醋酸溶液样品,倒入洁净干燥锥形瓶中,连接好DIS系统,如果锥形瓶中含有少量蒸馏水,是否会影响测量结果? (填“是”“否”或“不能确定”)。向锥形瓶中滴加 0.100 0 mol·L-1 的NaOH溶液,计算机屏幕上显示溶液导电能力与加入NaOH溶液体积关系的曲线图(见图2)。
②醋酸与NaOH溶液反应的离子方程式为 。
③图中b点时,溶液中各离子浓度大小的关系是 。
④若图中某一点pH等于8,则c(Na+)-c(CH3COO-)的精确值为 mol·L-1。
解析:(1)CH3COOH不完全电离,HCl完全电离,使 0.1 mol·L-1 的CH3COOH溶液中c(H+)比同浓度的HCl溶液中c(H+)小,pH大;盐酸和NaOH反应生成氯化钠和水,氯化钠不水解,CH3COOH和NaOH反应生成醋酸钠和水,醋酸钠水解呈碱性,所以与等物质的量的HCl、醋酸反应,反应后溶液呈中性,消耗的NaOH前者大于后者。(2)①用酸式滴定管量取20.00 mL醋酸溶液样品;锥形瓶中含有少量蒸馏水,待测液中溶质的物质的量不变,V(标准)不变,根据c(待测)=,c(待测)不变;②醋酸与NaOH溶液反应:CH3COOH+OH-CH3COO-+H2O;③图中b点,说明醋酸和NaOH恰好完全反应,醋酸钠水解,使得c(Na+)>
c(CH3COO-);④c(H+)=10-8 mol·L-1,c(OH-)= mol·L-1=10-6mol·L-1,根据电荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-),c(Na+)-c(CH3COO-)=
c(OH-)-c(H+)=10-6 mol·L-1-10-8 mol·L-1=9.9×10-7 mol·L-1。
答案:(1)CH3COOH不完全电离,HCl完全电离,使 0.1 mol·L-1 的CH3COOH溶液中c(H+)比同浓度的HCl溶液中c(H+)小,pH大 >
(2)①酸式滴定管 否
②CH3COOH+OH-CH3COO-+H2O
③c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
④9.9×10-7
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