高考化学压轴题07 水溶液中的离子平衡（解析版）

压轴题07水溶液中的离子平衡该专题内容是近几年高考的必考内容。主要考查影响弱电解质电离平衡的因素，通过图像判断强、弱电解质，计算电离常数，比较微粒浓度大小,进行pH的相关计算和中和滴定的迁移应用等，命题时与水解相结合又增加了试题难度，预计在今后的高考中出现的概率仍较大。备考时应重点关注数形结合与分析推理型选择题、滴定终点判断的规范表达，同时要了解水溶液中的离子反应与平衡在物质检测、化学反应规律研究、沉淀溶解平衡及其转化等。水溶液中粒子浓度的关系判断水溶液中的平衡图像选择题：本题共20小题，每小题只有一个选项符合题意。1．某水样中含一定浓度的CO、HCO和其他不与酸碱反应的离子。取10.00mL水样，用0.01000mol•L-1的HCl溶液进行滴定，溶液pH随滴加HCl溶液体积V(HCl)的变化关系如图(混合后溶液体积变化忽略不计)。下列说法正确的是A．该水样中c(CO)=0.01mol•L-1B．a点处c(H2CO3)+c(H+)=c(OH—)C．当V(HCl)≤20.00mL时，溶液中c(HCO)基本保持不变D．曲线上任意一点存在c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)=0.03mol•L-1【答案】C【分析】向碳酸根和碳酸氢根的混合溶液中加入盐酸时，先后发生如下反应CO+H+=HCO、HCO+H+=H2CO3，则滴定时溶液pH会发生两次突跃，第一次突跃时碳酸根离子与盐酸恰好反应生成碳酸氢根离子，第二次突跃时碳酸氢根离子与盐酸恰好反应生成碳酸，由图可知，滴定过程中溶液pH第一次发生突跃时，盐酸溶液的体积为20.00mL，由反应方程式CO+H+=HCO可知，水样中碳酸根离子的浓度为=0.02mol/L，溶液pH第二次发生突跃时，盐酸溶液的体积为50.00mL，则水样中碳酸氢根离子的浓度为=0.01mol/L。【详解】A．由分析可知，水样中碳酸根离子的浓度为0.02mol/L，故A错误；B．由图可知，a点发生的反应为碳酸根离子与氢离子恰好反应生成碳酸氢根离子，可溶性碳酸氢盐溶液中质子守恒关系为c(H2CO3)+c(H+)=c(OH—)+c(CO)，故B错误；C．由分析可知，水样中碳酸氢根离子的浓度为0.01mol/L，当盐酸溶液体积V(HCl)≤20.00mL时，只发生反应CO+H+=HCO，滴定时溶液中碳酸氢根离子浓度为=0.01mol/L，则滴定时溶液中碳酸氢根离子浓度不变，故C正确；D．由分析可知，水样中碳酸根离子和碳酸氢根离子浓度之和为0.03mol/L，由物料守恒可知，溶液中c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)=0.03mol/L，滴定加入盐酸会使溶液体积增大，则溶液中[c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)]会小于0.03mol/L，故D错误；故选C。2．碳酸钙是常见难溶物，将过量碳酸钙粉末置于水中达到溶解平衡：[已知，，的电离常数]，下列有关说法正确的是A．上层清液中存在B．上层清液中含碳微粒最主要以形式存在C．向体系中通入气体，溶液中保持不变D．通过加溶液可实现向的有效转化【答案】B【详解】A．上层清液为碳酸钙的饱和溶液，碳酸根离子水解生成碳酸氢根离子，因此，A错误；B．根据Ka2=4.7×10-11可得，则碳酸根的水解平衡常数为，说明碳酸根的水解程度较大，则上层清液中含碳微粒主要为碳酸氢根离子，B正确；C．向体系中通入CO2，，c()减小，CaCO3(s)⇌Ca2+(aq)+CO(aq)正向移动，溶液中钙离子浓度增大，C错误；D．由题干可知，，，碳酸钙比硫酸钙更难溶，加入硫酸钠后碳酸钙不会转化成硫酸钙，D错误；故答案选B。3．室温时，用的标准溶液滴定浓度相等的、和混合溶液，通过电位滴定法获得与的关系曲线如图所示(忽略沉淀对离子的吸附作用。若溶液中离子浓度小于时，认为该离子沉淀完全。，，)。下列说法正确的是A．a点：有白色沉淀生成B．原溶液中的浓度为C．当沉淀完全时，已经有部分沉淀D．b点：【答案】C【分析】向含浓度相等的Cl-、Br-和I-混合溶液中滴加硝酸银溶液，根据三种沉淀的溶度积常数，三种离子沉淀的先后顺序为I-、Br-、Cl-，根据滴定图示，当滴入4.50mL硝酸银溶液时，Cl-恰好沉淀完全，此时共消耗硝酸银的物质的量为4.50mL×10-3L/mL×0.1000mol/L=4.5×10-4mol，所以Cl-、Br-和I-均为1.5×10-4mol。【详解】A．I-先沉淀，AgI是黄色的，所以a点有黄色沉淀AgI生成，故A错误；B．原溶液中I-的物质的量为1.5×10-4mol，则I-的浓度为=0.0100mol⋅L-1，故B错误；C．当Br-沉淀完全时(Br-浓度为1.0×10-5mol/L)，溶液中的c(Ag+)==5.4×10-8mol/L，若Cl-已经开始沉淀，则此时溶液中的c(Cl-)==3.3×10-3mol/L，原溶液中的c(Cl-)=c(I-)=0.0100mol⋅L-1，则已经有部分Cl-沉淀，故C正确；D．b点加入了过量的硝酸银溶液，溶液中的I-、Br-、Cl-全部转化为沉淀，则Ag+浓度最大，根据溶度积可知，b点各离子浓度为：，故D错误；故选C。4．时，向浓度均为的盐酸和醋酸的混合溶液中逐滴加入的溶液(醋酸的；用的溶液滴定等浓度的盐酸，滴定终点的突跃范围4.3～9.7)。下列说法不正确的是A．恰好中和时，溶液呈碱性B．滴加溶液至的过程中，发生反应的离子方程式为：C．滴定过程中，D．时，【答案】B【详解】A．恰好中和时，生成氯化钠溶液和醋酸钠溶液，其中醋酸根离子会水解，溶液显碱性，A正确；B．滴加溶液至的过程中，若只发生反应的离子方程式：，则滴加NaOH溶液的体积为20mL，则根据电离常数，的醋酸中，c(H+)≈c(CH3COO-)===>1.0×10-4.3，故用氢氧化钠滴定的过程中，醋酸也参加了反应，则离子方程式为：H++OH-=H2O和CH3COOH+OH-=CH3COO-+H2O，B错误；C．滴定前盐酸和醋酸的浓度相同，故滴定过程中，根据物料守恒可知：，C正确；D．向浓度均为的盐酸和醋酸的混合溶液中逐滴加入的溶液至pH=7，根据物料守恒有c(Na+)=c(Cl-)+c(CH3COOH)+c(CH3COO-)，则有。又由pH=7可得c(H+)=10-7mol/L，根据该温度下Ka(CH3COOH)=，，故有，D正确；故答案为：B。5．甲酸是重要的化工原料。工业废水中的甲酸及其盐，通过离子交换树脂(含固体活性成分，R为烷基)因静电作用被吸附回收，其回收率(被吸附在树脂上甲酸根的物质的量分数)与废水初始关系如图(已知甲酸)，下列说法不正确的是A．活性成分在水中存在平衡：B．的废水中C．废水初始，随下降，甲酸的电离被抑制，与作用的数目减少D．废水初始，离子交换树脂活性成分主要以形态存在【答案】D【详解】A．由图可知，溶液呈碱性，溶液中存在如下平衡，故A正确；B．由电离常数公式可知，溶液中=，当溶液pH为5时，溶液中==18，故B正确；C．由图可知，溶液pH为2.4时，废水中的甲酸及其盐回收率最高，当溶液中pH小于2.4时，随溶液pH下降，溶液中氢离子浓度增大，甲酸的电离被抑制，溶液中甲酸根个离子浓度减小，与作用的数目减小，故C正确；D．由图可知，溶液呈碱性，溶液中存在如下平衡，当废水初始pH大于5时，平衡向左移动，离子交换树脂活性成分主要以R3N形态存在，故D错误；故选D。6．工业上以为原料生产，对其工艺条件进行研究。现有含的、溶液，含的、溶液。在一定pH范围内，四种溶液中随pH的变化关系如图所示。下列说法错误的是A．反应的平衡常数B．C．曲线④代表含的溶液的变化曲线D．对含且和初始浓度均为的混合溶液，时才发生沉淀转化【答案】D【分析】溶液pH变化，含硫酸锶固体的硫酸钠溶液中锶离子的浓度几乎不变，pH相同时，溶液中硫酸根离子越大，锶离子浓度越小，所以曲线①代表含硫酸锶固体的0.1mol/L硫酸钠溶液的变化曲线，曲线②代表含硫酸锶固体的1mol/L硫酸钠溶液的变化曲线；碳酸是弱酸，溶液pH减小，溶液中碳酸根离子离子浓度越小，锶离子浓度越大，pH相同时，1mol/L碳酸钠溶液中碳酸根离子浓度大于0.1mol/L碳酸钠溶液，则曲线③表示含碳酸锶固体的0.1mol/L碳酸钠溶液的变化曲线，曲线④表示含碳酸锶固体的1mol/L碳酸钠溶液的变化曲线。【详解】A．反应SrSO4(s)+COSrCO3(s)+SO的平衡常数K===，A正确；B．由分析可知，曲线①代表含硫酸锶固体的0.1mol/L硫酸钠溶液的变化曲线，则硫酸锶的溶度积Ksp(SrSO4)=10—5.5×0.1=10—6.5，温度不变，溶度积不变，则溶液pH为7.7时，锶离子的浓度为=10—6.5，则a为-6.5，B正确；C．由分析可知，曲线④表示含碳酸锶固体的1mol/L碳酸钠溶液的变化曲线，C正确；D．对含SrSO4(s)且Na2SO4和Na2CO3初始浓度均为1.0mol·L-1的混合溶液中锶离子的浓度为10-6,5，根据图示，锶离子的降低，所以发生沉淀转化，D错误；故选D。7．甘氨酸是人体必需氨基酸之一、在时，、和的分布分数【如】与溶液关系如图。下列说法错误的是A．甘氨酸具有两性B．曲线c代表C．的平衡常数D．【答案】D【详解】A．中存在和-COOH，所以溶液既有酸性又有碱性，故A正确；B．氨基具有碱性，在酸性较强时会结合氢离子，羧基具有酸性，在碱性较强时与氢氧根离子反应，故曲线a表示的分布分数随溶液pH的变化，曲b表示的分布分数随溶液pH的变化，曲线c表示的分布分数随溶液pH的变化，故B正确；C．的平衡常数，时，根据a，b曲线交点坐标可知，时，，则，故C正确；D．由C项分析可知，，根据b，c曲线交点坐标坐标分析可得电离平衡的电离常数为K1=，，则，即，故D错误；故答案选D。8．锂辉石是锂的重要来源，其焙烧后的酸性浸出液中含有和杂质离子，可在0~14范围内调节对其净化(即相关离子浓度)。时，与关系见下图(碱性过强时和会部分溶解)。下列说法正确的是A．可被净化的区间最大B．加入适量，可进一步提升净化程度C．净化的先后顺序：D．【答案】B【详解】A．对离子净化时，相关离子浓度c<10-5mol/L，则lgc<-5，由图可知，可作净化的pH区间最大的是Fe3+，A错误；B．加入适量H2O2，可将Fe2+氧化为Fe3+，提高净化程度，B正确；C．由图可知，净化的先后顺序为，C错误；D．对离子净化时，相关离子浓度c<10-5mol/L，lgc<-5，，由图可知，Fe3+完全沉淀的pH约为2.5，c(H+)=10-2.5mol/L，c(OH-)=10-11.5mol/L，，Al3+完全沉淀的pH约为4.5，c(H+)=10-4.5mol/L，c(OH-)=10-9.5mol/L，，Fe2+完全沉淀的pH约为8.5，c(H+)=10-8.5mol/L，c(OH-)=10-5.5mol/L，，则有，D错误；故选B。9．二元有机酸的电离常数、。难溶于水，常温下，将溶解在一定浓度的HY溶液中，直至不再溶解，测得混合液中与的关系如图所示。下列说法错误的是已知：HY是一元强酸，易溶于水。A．溶液显碱性B．溶度积C．b点：D．若溶于HY溶液中得到点溶液，则【答案】B【详解】A．的水解常数，溶液显碱性，A项正确；B．，则，，，B项错误；C．点时，溶液中含和，由电荷守恒：，C项正确；D．溶于HY溶液中的反应：，消耗，c点溶液中，则，D项正确；故选B。10．25℃时，用盐酸滴定100mL等浓度的MOH溶液，混合溶液的pH及［，为水电离出的的浓度］与滴入盐酸体积的关系如图所示。下列说法正确的是A．25℃时，MOH的电离常数数量级为B．点①溶液中：C．点②溶液呈酸性，D．点③溶液呈中性，【答案】C【分析】在滴定过程中，随着滴入盐酸体积的增加，混合溶液的pH一直减小，水电离的先增大后减小，先减小后增大，则图中曲线Ⅰ代表混合溶液pH的变化，曲线Ⅱ代表水电离的的变化。【详解】A．溶液中水电离出的为，则溶液中，据此求得，数量级为，故A错误；