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三年高考(2015-2017)化学试题分项版解析专题18 水溶液中的离子平衡综合应用

【三年高考】 (2015-2017)化学试题分项版 解析

1.【2017 新课标 1 卷】(14 分) Li4Ti5O12 和 LiFePO4 都是锂离子电池的电极材料,可利 用钛铁矿(主要成分为 FeTiO3,还含有少量 MgO、 SiO2 等杂质)来制备,工艺流程如下:

(5)若“滤液②”中错误!未找到引用源。 ,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加 1 倍) ,使错误!未找到 引用源。恰好沉淀完全即溶液中错误!未找到引用源。 ,此时是否有 Mg3(PO4)2 沉 淀生成? 计算) 。FePO4、Mg3(PO4)2 的 Ksp 分别为错误!未找到引用源。 。
3+ L?1=1.3×10–17 mol· L?1, 【答案】 (5)Fe 恰好沉淀完全时,c(错误!未找到引用源。)=错误!未找到引用源。mol·

(列式

c3(Mg2+)×c2(错误!未找到引用源。)=(0.01)3×(1.3×10–17)2=1.7×10–40<Ksp ,因此不会生成 Mg3(PO4)2 沉淀。

2 .【 2

017 新课标 1 卷】(14 分) 近期发现,H2S 是继 NO、CO 之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒 张血管减轻高血压的功能。回答下列问题: (1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是_________(填标号) 。 A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以 B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸 C.0.10 mol· L?1 的氢硫酸和亚硫酸的 pH 分别为 4.5 和 2.1 D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸 【答案】 (1)D
1

【解析】 (1)A.根据复分解反应的规律:强酸+弱酸盐=强酸盐+弱酸,可知酸性 H2SO3>H2CO3>H2S,A 错误; B.亚硫酸、氢硫酸都是二元弱酸,由于溶液中离子浓度越大,溶液的导电性就越强,所以等浓度的亚硫 酸的导电性比氢硫酸的强,可以证明酸性:H2SO3> H2S,B 错误;C.等浓度的二元弱酸,酸电离产生的 c(H+)越大,溶液的酸性越强,则其 pH 就越小。所以亚硫酸溶液的 pH 比等浓度的氢硫酸的小,可以证明 酸性:H2SO3> H2S,C 错误;D.物质的还原性大小与微粒中元素的化合价及微粒结构有关,与其电离产 生氢离子的浓度大小无关,因此不能证明二者的酸性强弱,D 正确。答案选 D。 3.【2017 天津卷】(14 分)H2S 和 SO2 会对环境和人体健康带来极大的危害,工业上采取多种方法减少这 些有害气体的排放,回答下列方法中的问题。 方法 2:用氨水除去 SO2 (5) 已知 25℃, NH3· H2O 的 Kb =1.8×10?5, H2SO3 的 Ka1=1.3×10?2, Ka2=6.2×10?8。 若氨水的浓度为 2.0 mol· L?1, 溶液中的 c(OH?)=_________________ mol· L?1。将 SO2 通入该氨水中,当 c(OH?)降至 1.0×10?7 mol· L?1 时, 溶液中的 c( )/c( )=___________________。 错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。 【答案】 (5)6.0×10?3 0.62

4. 【2016 新课标 1 卷】 元素铬(Cr)在溶液中主要以 Cr3 (蓝紫色)、 Cr(OH)4?(绿色)、 Cr2O72?(橙红色)、 CrO42?(黄 色)等形式存在,Cr(OH)3 为难溶于水的灰蓝色固体,回答下列问题: (3)在化学分析中采用 K2CrO4 为指示剂,以 AgNO3 标准溶液滴定溶液中 Cl?,利用 Ag 与 CrO42?生成砖红 色沉淀,指示到达滴定终点。当溶液中 Cl?恰好沉淀完全(浓度等于 1.0×10?5 mol·L?1)时,溶液中 c(Ag ) 为_______ mol 错误!未找到引用源。L?1,此时溶液中 c(CrO42?)等于__________ mol 错误!未找到引用
?1 ?12 ?10 源。L 。(已知 Ag2CrO4、AgCl 的 Ksp 分别为 2.0×10 和 2.0×10 )。
+ +

+

【答案】 (3)2.0×10 5 ;5×10 3; 【解析】 (3)当溶液中 Cl?完全沉淀时,即 c(Cl )=1.0×10?5 mol·L?1,根据溶度积常数 Ksp(AgCl)=2.0×10?10, 可得溶液中 c(Ag )=Ksp(AgCl)÷c(Cl )=2.0×10?10÷(1.0×10?5 mol·L?1)=2.0×10 5 mol·L?1;则此时溶 液中 c(CrO42?)=Ksp(Ag2CrO4)/c2(Ag )=2.0×10?12÷(2.0×10 5 mol·L?1)=5×10 3mol·L?1; 5.【2016 新课标 2 卷】联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料,
2
+ + -

-

-

回答下列问题: (4)联氨为二元弱碱,在水中的电离方程式与氨相似,联氨第一步电离反应的平衡常数值为 ___________________(已知:N2H4+H 式盐的化学式为。 【答案】(4)8.7×10 7
+

N2H5 的 K=8.7×107;KW=1.0×10 14)。联氨与硫酸形成的酸

+

-

N2H6(HSO4)2

6. 【2016 上海卷】随着科学技术的发展和环保要求的不断提高,CO2 的捕集利用技术成为研究的重点。完成 下列填空: ( 3)碳酸:H2CO3,Ki1=4.3×10 7,Ki2=5.6×10 11 草酸:H2C2O4,Ki1=5.9×10 2,Ki2=6.4×10 5 0.1 mol/L Na2CO3 溶液的 pH_____0.1 mol/L Na2C2O4 溶液的 pH。 (选填“大于”、“小于”或“等于”) 等浓度的草酸溶液和碳酸溶液中,氢离子浓度较大的是___________。 若将等浓度的草酸溶液和碳酸溶液等体积混合,溶液中各种离子浓度大小的顺序正确的是_____。 (选填 编号) a.>>> B.>>> c.>>> D. >>> (4)人体血液中的碳酸和碳酸氢盐存在平衡:H + HCO3
+ -

H2CO3,当有少量酸性或碱性物 质进入

血液中时,血液的 pH 变化不大,用平衡移动原理解 释上述现象。_____________ 【答案】 (3)大于;草酸;ac (4)当少量酸性物质进入血液中,平衡向右移动,使 H 浓度变化较小,血液 的 pH 基本不变;当少量碱性物质进入血液中,平衡向左移动,使 H 浓度变化较小,血液的 pH 基本不 变。(合理即给分) 【解析】 (3) 根据电离常数可知草酸的酸性强于碳酸, 则碳酸钠的水解程度大于草酸钠, 所以 0.1 mol/L Na2CO3 溶液的 pH 大于 0.1 mol/L Na2C2O4 溶液的 pH。草酸的酸性强于碳酸,则等浓度草酸溶液和碳酸溶液中, 氢离子浓度较大的是草酸。a.草酸的两级电离常数均大于碳酸的,所以草酸的两级的电离程度均大于碳 酸的,因此溶液中>>>>,a 正确;b.根据 a 中分析可知 b 错误;c.根据 a 中分析可知 c 正确;d.根 据 a 中分析可知 d 错误,答案选 ac。
3
+ +

(4) 根据平衡可知当少量酸性物质进入血液中,平衡向右移动,使 H 浓度变化较小,血液中的 pH 基本 不变;当少量碱性物质进入血液中,平衡向左移动,使 H 浓度变化较小,血液的 pH 基本不变。 7. 【2015 北京卷】 (14 分)研究 CO2 在海洋中的转移和归宿,是当今海洋科学研究的前沿领域。 (1)溶于海水的 CO2 主要以 4 种无机碳形式存在,其中 HCO3 占 95%,写出 CO2 溶于水产生 HCO3 的方程 式: 。
+

+

(2)在海洋循环中,通过下图所示的途径固碳。

①写出钙化作用的离子方程式:



②同位素示踪法证实光合作用释放出的 O2 只来自于 H2O, 用 18O 标记物质的光合作用的化学方程式如下, 将其补充完整: + =(CH2O)x+x18O2+xH2O

(3) 海水中溶解无机碳占海水总碳的 95%以上, 其准确测量是研究海洋碳循环的基础, 测量溶解无机碳, 可采用如下方法: ①气提、吸收 CO2,用 N2 从酸化后的还说中吹出 CO2 并用碱液吸收(装置示意图如下) ,将虚线框中的 装置补充完整并标出所用试剂。

②滴定。将吸收液洗后的无机碳转化为 NaHCO3,再用 xmol/LHCl 溶液滴定,消耗 ymlHCl 溶液,海水中 溶解无机碳的浓度= 【答案】 (1)CO2+H2O
+ -

mol/L。 H2CO3,H2CO3 HCO3 +H
- +

(2)①Ca2 + 2HCO3 =CaCO3↓+ CO2+H2O

②xCO2

2x H218O

4

(3)①

②xy/z

(3)① 注意酸化的试剂要用硫酸,一定不能用盐酸,HCl 会挥发出来影响后续的滴定。 ②该滴定过程转化的关系式为: CO2 ~ 1 n(CO2) HCO3




HCl 1

x mol/L×y×10 3L
-

-

解得:n(CO2)=xy×10 3mol 所以:c(CO2)=xy/z mol/L 8. 【2015 福建卷】 (15 分)研究硫元素及其化合物的性质具有重要意义。 (2) 25℃, 在 0.10mol·L 1H2S 溶液中, 通入 HCl 气体或加入 NaOH 固体以调节溶液 pH, 溶液 pH 与 c(S2 ) 关系如图(忽略溶液体积的变化、H2S 的挥发) 。
-

①pH=13 时,溶液中的 c(H2S)+c(HS )=
+

-

mol·L 1.
-

-

②某溶液含 0.020 mol·L 1Mn2 、0.10 mol·L 1H2S,当溶液 pH=
5

时,Mn2 开始沉淀。

+

(3)25℃,两种酸的电离平衡常数如右表。 Ka1 H2SO3 H2CO3 ①HSO3 的电离平衡常数表达式 K=
-

Ka2
-

1.3×10 2 4.2×10 7 。
-

6.3×10 4 5.6×10 11
-

-

②0.10 mol·L 1Na2SO3 溶液中离子浓度由大到小的顺序为 ③H2SO3 溶液和 NaHCO3 溶液反应的主要离子方程式为 【答案】 (2)①0.043;②5。 (3)① 错误!未找到引用源。 ③H2SO3+HCO3 =HSO3 +CO2↑+H2O。
-

。 。

;②c(Na )>c(SO32 )>c(OH )>c(HSO3 )>c(H );

+

-

-

-

+

电离程 度越大,电离平衡常数就越大。所以根据表格数据可知 H2SO3 的二级电离平衡常数大于 H2CO3 的一级电 离平衡常数, 故 H2SO3 溶液和 NaHCO3 溶液反应的主要是复分解反应的规律: 强酸与弱酸的盐发生反应制 取弱酸。其离子方程式为 H2SO3+HCO3 =HSO3 +CO2↑+H2O。 【考点定位】考查元素原子结构示意图的书写、物质性质的化学方程式书写、盐的水解平衡、弱电解质电离 平衡、沉淀溶解平衡的知识在离子浓度大小比较的应用。 9. 【2015 新课标 1 卷】 (15 分)碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题: (2)上述浓缩液中含有 I 、Cl 等离子,取一定量的浓缩液,向其中滴加 AgNO3 溶液,当 AgCl 开始沉淀
6
-

时, 溶液中 为: _____________, 已知 Ksp (AgCl) =1.8×10 10, Ksp (AgI) =8.5×10 17。 错误! 未找到引用源。 【答案】 (2)4.7×10 7;
-

-

-

10. 【2015 新课标 2 卷】 (14 分)酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是碳 粉,MnO2,ZnCl2 和 NH4Cl 等组成的糊状填充物,该电池在放电过程产生 MnOOH,回收处理该废电池可 得到多种化工原料,有关数据下表所示: 溶解度/(g/100g 水)

化合物 Ksp 近似值 回答下列问题:

Zn(OH)2 10 17
-

Fe(OH)2 10 17
-

Fe(OH )3 10 39
-

(4)用废电池的锌皮制备 ZnSO4·7H2O 的过程中,需去除少量杂质铁,其方法是:加稀硫酸和 H2O2 溶 解,铁变为_____,加碱调节至 pH 为 时,铁刚好完全沉淀(离子浓度小于 1×10 5mol/L 时,即可
+ -

认为该离子沉淀完全) ;继续加碱调节至 pH 为_____时,锌开始沉淀(假定 Zn2 浓度为 0.1mol/L) 。若上 述过程不加 H2O2 后果是
+ +

,原因是




【答案】 (4)Fe3 ;2.7;6;Zn2 和 Fe2 分离不开;Fe(OH)2 和 Zn(OH)2 的 Ksp 相近 【解析】 (4)双氧水具有强氧化性,能把铁氧化为铁离子,因此加入稀硫酸和双氧水,溶解后铁变为硫酸铁。 根据氢氧化铁的溶度积常数可知,当铁离子完全沉淀时溶 液中铁离子浓度为 10 5mol/L,则溶液中氢氧 根的浓度= ,所以氢离子浓度 是 2×10 3mol/L,pH=2.7,因此加碱调节 pH 为 2.7 错误!未找到引用源。 时铁刚好完全沉淀。Zn2 浓度为 0.1mol/L,根据氢氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为 = =10 8mol/L,氢离子浓度是 10 6mol/L,pH=6,即继续加碱调节 pH 为 6 时锌 错误!未找到引用源。 开始沉淀。如果不加双氧水,则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁,由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的溶度积常 数接近,因此在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀,导致生成的氢氧化锌不纯,无法分离开
7
— — + — —

Zn2 和 Fe2 。 11. 【2015 浙江卷】Ⅰ. (3) 在 AgCl 沉淀中加入 KBr 溶液, 白色沉淀转化为淡黄色沉淀, 写出反应的离子方程式_____________。 【答案】Ⅰ. (3)AgCl+Br =AgBr+Cl
- -





【解析】 (3)AgBr 比 AgCl 更难溶,生成的淡黄色沉淀为了溴化银,离子方程式为 AgCl+Br =AgBr+Cl 。 12. 【2015 天津卷】 (14 分)FeCl3 具有净水 作用,但腐蚀设备,而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂,处理污 水比 FeCl3 高效,且腐蚀性小。请回答下列问题: (1)FeCl3 净水的原理是 程式表示) 。 。FeCl3 溶液腐蚀钢铁设备,除 H 作用外,另一主要原因是(用离子方






(2)为节约成本,工业上用 NaClO3 氧化酸性 FeCl2 废液得到 FeCl3。 ① 若 酸 性 FeCl2 废 液 中 c(Fe2 ) = 2.0×10 2mol·L 1, c(Fe3 ) = 1.0×10 3mol·L 1, c(Cl ) = 5.3×10 2mol·L 1,则该溶液的 pH 约为
+ + + -


+ +

【答案】 (1)Fe3 水解生成的 Fe(OH)3 胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质;2Fe3 +Fe=3Fe2 (2)①2

13. 【2015 上海卷】 (5)室温下,0.1 mol/L NaClO 溶液的 pH 0.1 mol/L Na2SO3 溶液的 pH(选填“大于”、“小
– – – –

于”或“等于”) 。 浓度均为 0.1 mol/L 的 Na2SO3 和 Na2CO3 的混合溶液中, SO32 、 CO32 、 HSO3 、 HCO3 浓度从大到小的顺序为
-


-

已知: H2S O3 Ki1=1.54×10 2 Ki2=1.02×10 7 HClO Ki1=2.95×10 8 H2CO3 Ki1= 4.3×10 7 Ki2=5.6×10 11 【答案】 (5)大于;SO32 >CO32 >HCO3 >HSO3 。
– – – – -

8

14. 【2015 山东卷】 (19 分)毒重石的主要成分 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:

+

+

+

(2) Ca2 开始沉淀时的 pH 完全沉淀时的 pH 加入 NH3·H2O 调节 pH=8 可除去 时应避免过量,原因是
+

Mg2 9.1

+

Fe3

+

11.9 13.9

1.9 3.2 (填化学式) 。加入 H2C2O4

11.1

(填离子符号 ) ,滤渣Ⅱ中含 。
-

已知:Ksp(BaC2O4)=1.6×10 7,Ksp(CaC2O4)=2.3×10 9 【答案】 (2)Fe3 ;Mg(OH)2、Ca(OH)2;H2C2O4 过量会导致生成 BaC2O4 沉淀,产品的产量减少。 【解析】 (2)根据流程图和表中数据,加入 NH3?H2O 调 pH 为 8,只有 Fe3 完全沉淀,故可除去 Fe3 ;加入 NaOH 调 pH=12.5, Mg2 也完全沉淀, Ca2 部分沉淀, 所以滤渣Ⅱ中含 Mg(OH)2、 Ca(OH)2; 根据 Ksp (BaC2O4) =1.6×10 7,H2C2O4 过量时 Ba2 转化为 BaC2O4 沉淀,BaCl2·2H2O 产品的产量减少。 15. 【2015 江苏卷】(12 分)软锰矿(主要成分 MnO2,杂质金属元素 Fe、Al、Mg 等)的水悬浊液与烟气中 SO2 反应可制备 MnSO4·H2O ,反应的化学方程式为:MnO2+SO2=MnSO4 (2)已知:Ksp=1×10
+ + -33 + + + + + +

,Ksp=3×10


-39

,pH=7.1 时 Mn(OH)2 开始沉淀。室温下,除去 MnSO4 溶液中


的 Fe3 、Al3 (使其浓度小于 1×10 6mol·L 1),需调节溶液 pH 范围为________。 【答案】 (2)5.0<pH<7.1; 【解析】 (2)制备 MnSO4,再根据信息,pH 小于 7.1,氢氧化铝完全变成沉淀时的 pH:Ksp=1×
9

10

-33

=c(Al3 )×c3(OH ),c(Al3 )=1×10 6mol·L 1,得出:c(OH )=1×10 9mol·L 1,
- -

















c(H )=Kw/c(OH )=10 5,pH=5,同理计算出 Fe(OH)3 完全变成沉淀时, pH 约为 3 .5,故范围是: 5.0<pH<7.1; 16. 【2015 江苏卷】 (4)CaSO3 水悬浮液中加入 Na2SO4 溶液,达到平衡后溶液中 c(SO32 )=________;CaSO3 水悬浮液中加 入 Na2SO4 溶液能提高 NO2 的吸收速率,其主要原因是_________。 【答案】 (4)Ksp(CaSO3)×c(SO42 )/Ksp(CaSO4),CaSO3 转化为 CaSO4 使溶液中 SO32 的浓度增大,加快 SO32
- - - -



与 NO2 的反应速率。

17. 【2015 海南卷】 (9 分)银是一种贵金属,古代常用于制造钱币及装饰器皿,现代在电池和照明器材等领 域亦有广泛应用。回答下列问题。 (2)已知 Ksp(AgCl)=1.8×10 10,若向 50mL0.018mol·L 1 的 AgNO3 溶液中加入 50mL0.020mol·L 1 的 盐酸,混合后溶液中的 Ag 的浓度为 【答案】 (2)1.8×10 7mol/L;2 【解析】 (2)根据反应中 HCl 和硝酸银的物质的量可知 HCl 过量,则计算剩余的氯离子的物质的量浓度为 (0.02-0.018)mol/L/2=0.001mol/L,根据 AgCl 的溶度积的表达式计算即可;因为该反应中氢离子未参 加反应,所以溶液的体积变为 100mL 时,氢离子的浓度为 0.01mol/L,则 pH=2。 18. 【2015 海南卷】 (8 分)氨是合成硝酸、铵盐和氮肥的基本原料,回答下列问题: (1)氨的水溶液显弱碱性,其原因为 量的 NH4Cl 固体,溶液的 PH 的浓度 (用离子方程式表示) ,0.1 mol·L 1 的氨水中加入少 (填“升高”或“降低”) ;若加入少量的明矾,溶液中的 NH4
+ + -

mol·L 1,pH 为

-



(填“增大”或“减小”) 。 NH4 +OH
+ -

【答案】 (1)NH3·H2O

减小;

10

11

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