- 离子共存
- 共2225题
某化工厂的含镍废催化剂主要含Ni,还含有Al、Al2O3、Fe、FeO、Fe2O3及其他不溶杂质(其他不溶杂质不与酸碱反应)。某校化学研究性学习小组设计了如下图所示的方法,以该含镍废催化剂为原料来制备NiSO4·7H2O。
【查阅资料】
①Ni能与非氧化性酸反应生成Ni2+,不与碱液反应。
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时pH如下:
回答下列问题:
(1)操作a为 。
(2)“碱浸”的目的是除去 (填化学式)。
(3)操作b为调节溶液的pH,你认为pH的最佳调控范围是 。
(4)NiSO4在强碱溶液中用次氯酸钠氧化,可以制得碱性镍氢电池电极材料NiOOH。
①写出该反应的离子方程式 。
②已知碱性镍氢电池总反应: H2+2NiOOH2Ni(OH)2,写出该反应放电时正极反应式 。
(5)一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10-5 mol·L-1时,沉淀已经完全。请利用上表中数据估算Fe(OH)2的溶度积 。
正确答案
(1)过滤 (2分) (2)Al、Al2O3(2分) (3)3.2≤pH<7.0 (2分)
(4)①2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH+Cl-+H2O(3分) ②NiOOH + H2O + e- = Ni(OH)2 + OH- (3分)
(5)1.0×10-14 mol3·L-3(2分)
试题分析:(1)捏Ni、Fe、FeO、Fe2O3及其他不溶杂质均不与碱反应,所以碱液浸后金属铝、氧化铝溶解,其它物质不溶,过滤即可除去,所以操作a是过滤。
(2)“碱浸”的目的是除去含镍废催化剂Al、Al2O3。
(3)由于前面加入了氧化剂双氧水,所以溶液中的亚铁离子被氧化生成了铁离子。根据表中数据可知,铁离子完全沉淀时的pH值是3.2,而Ni2+开始沉淀时的pH值是7.0,因此操作b应该控制溶液的pH值为3.2≤pH<7.0。
(4)①NiSO4在强碱溶液中用次氯酸钠氧化,可以制得碱性镍氢电池电极材料NiOOH,在反应中氯元素的化合价从+1价降低到-1价,得到2个电子。而Ni元素的化合价从+2价升高到+3价失去1个电子,所以还原剂硫酸镍与氧化剂次氯酸钠的物质的量之比是2:1,因此反应的离子方程式为2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH+Cl-+H2O。
②原电池中负极失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极,所以正极得到电子,发生还原反应。根据方程式可知放电时氢气是还原剂失去电子,NiOOH是氧化剂得到电子,做正极,因此正极电极反应式为NiOOH + H2O + e- = Ni(OH)2 + OH-。
③根据表中数据可知,氢氧化亚铁完全沉淀时的pH值是9.5,根据氢氧化亚铁的溶度积常数表达式Ksp=c(Fe2+)·c2(OH-),氢氧化亚铁的溶度积常数Ksp=1.0×10-5 mol·L-1×(10-4.5mol/L)2=1.0×10-14 mol3·L-3。
常温下,有浓度均为1 mol·L-1的下列4种溶液:
①H2SO4溶液 ②NaHCO3溶液 ③NH4Cl溶液 ④NaOH溶液
(1)这4种溶液pH由大到小的顺序是 ,其中由水电离的H+浓度最小的是 。(均填序号)
(2)②中各离子浓度由大到小的顺序是 ,NaHCO3的水解平衡常数Kh= mol·L-1。(已知碳酸的电离常数K1=4×10-7,K2=5.6×10-11)
(3)向③中通入少量氨气,此时的值 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)若将③和④混合后溶液恰好呈中性,则混合前③的体积 ④的体积(填“大于”、“小于”或“等于”之一)。
正确答案
(1)(2分) ④②③① ①
(2)(4分)c(Na+)>c(HCO3—)>c(OH—)>c(H+)>c(CO32—) 2.5×10—8
(3)(1分)减小 (4)(1分)大于
试题分析:(1)硫酸是二元强酸,溶液显强酸性;碳酸氢钠溶液中HCO3-的水解程度强于HCO3-的电离程度,溶液显弱碱性;氯化铵溶于水NH4+水解,溶液显弱酸性;氢氧化钠是强碱,溶于水显强碱性,所以这4种溶液pH由大到小的顺序是④②③①;水是弱电解质,存在电离平衡H2OH++OH-。因此酸电离出的氢离子浓度或碱电离出的OH-浓度越大,对水的电离抑制程度越大。硫酸中氢离子浓度大于氢氧化钠溶液中OH-浓度,所以硫酸溶液中由水电离的H+浓度最小,答案选①。
(2)由于碳酸氢钠溶液中HCO3-的水解程度强于HCO3-的电离程度,溶液显弱碱性,所以溶液中各离子浓度由大到小的顺序是c(Na+)>c(HCO3—)>c(OH—)>c(H+)>c(CO32—);根据水解方程式HCO3-H2CO3+OH-可知,碳酸氢钠的水解常数Kh=
=
=
=
=2.5×10—8 mol·L-1。
(3)氯化铵中存在水解平衡NH4++H2ONH3·H2O+H+,向溶液中通入少量氨气,平衡向正反应方向越大,因此溶液中
的值减小。
(4)如果NH4Cl溶液和NaOH溶液等浓度、等体积混合后生成氯化钠和一水合氨,溶液显碱性。要使溶液显中性,则氯化铵应该是过量的,所以混合前③的体积大于④的体积。
(1)已知某溶液中只存在OH-、H+、NH4+、Cl-四种离子,某同学推测该溶液中各离子浓度大小顺序可能有如下四种关系:
A.c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+) B.c(Cl-)>c(NH4+)>c(OH-)>c(H+)
C.c(Cl-)>c(H+)>c(NH4+)>c(OH-) D.c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-)
①若溶液中只溶解了一种溶质,该溶质的名称是 ,上述离子浓度大小顺序关系中正确的是(选填序号) 。
②若上述关系中C是正确的,则溶液中溶质的化学式是 。
③若该溶液中由体积相等的稀盐酸和氨水混合而成,且恰好呈中性,则混合前c(HCl)(填“>”、“<”、或“=”,下同) c(NH3·H2O),混合后溶液中c(NH4+)与c(Cl-)的关系c(NH4+) c(Cl-)。
(2)在25℃条件下将pH=11的氨水稀释100倍后溶液的pH为(填序号) 。
A.9 B.9~11之间 C.11~13之间 D.13
(3)25℃时,向0.1mol/L的氨水中加入少量氯化铵固体,当固体溶解后,测得溶液pH减小,主要原因是(填序号) 。
A.氨水与氯化铵发生化学反应;
B.氯化铵溶液水解显酸性,增加了c(H+);
C.氯化铵溶液水解显碱性,降低了c(H+);
D. 氯化铵溶于水,电离出大量铵根离子,抑制了氨水的电离,使c(OH-)减小;
正确答案
(每空2分,共14分)
(1)① 氯化铵(2分,写化学式不得分), D (2分)
② NH4Cl和HCl (只写其中一个不得分,2分)
③ <(2分) , = (2分)
(2)B(2分)
(3)D(2分)
试题分析:(1)①溶液中只存在OH-、H+、NH4+、Cl-四种离子,可能为NH4Cl溶液,因NH4+水解而显酸性,溶液中离子浓度大小顺序为c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-),故答案为:氯化铵;D。
②c(Cl-) >c(NH4+),说明除了NH4Cl,还有HCl,故溶液中溶质的化学式是NH4Cl和HCl。
③因NH4Cl水解呈碱性,故混合前c(HCl)<c(NH3·H2O)。溶液呈中性,故c(NH4+)=c(Cl-)。
(2)弱碱是部分电离,没有强碱碱性减弱的多,故B是正确的。
(3)氨水中加入少量氯化铵固体,弱电解质的电离逆向移动,碱性减弱,故选D。
点评:本题综合考查盐类的水解、弱电解质的电离以及离子浓度的大小比较,题目难度较大,注意把握盐类的水解以及弱电解质电离的特征,把握比较离子浓度大小顺序的方法。
按要求回答:
(1)写出电离方程式:
NaHCO3_______________________________________________________________________
H2S__________________________________________________________________________
(2)写出水解的离子方程式:
Na2CO3________________________________________________________________________
(3)用pH试纸测定0.1 mol·L-1的纯碱溶液的pH,其正确的操作是
__________________________________________________________________________________。
(4)氯化铝水溶液呈 性(填酸性、中性、碱性),原因是(用化学方程式表示):_____________________ _______________________________________________ ______ 。把FeCl3溶液蒸干,灼烧,最后得到的主要固体产物是 。
(5)实验室在配制AgNO3的溶液时,常将AgNO3固体先溶于较浓的硝酸中,然后再用蒸馏水稀释到所需的浓度,以 (填“促进”、“抑制”)Ag+水解。
(6)在25℃下,将a mol·L-1的氨水与0.01 mol·L-1的盐酸等体积混合,充分反应后溶液呈中性,则反应后溶液存在的离子有 ,其浓度由大到小的顺序为
,氨水的浓度a 0.01 mol·L-1(填“>”、“<”或“=”)。
(7)在25℃下,向浓度均为0.20 mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成 沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为 ;当测得溶液pH=11时,则此温度下残留在溶液中的c(Mg2+):c(Cu2+)= (已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp[Cu(OH)2]=2.0×10-20)
正确答案
(1)NaHCO3===Na++ HCO3-
H2SH++HS- HS-
H++S2-(各0.5分,共1分)
(2)CO32-+H2OHCO3-+OH- HCO3-+ H2O
H2CO3+OH-(各0.5分,共1分)
(3)把一小块pH试纸放在表面皿(或玻璃片)上,用蘸有待测溶液的玻璃棒点在试纸的中部,试纸变色后,与标准比色卡比较确定溶液的pH
(4)酸 AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl Fe2O3
(5)抑制
(6)OH-、H+、NH4+、Cl- c(Cl-)=c(NH4+)>c(H+)=c(OH-) >
(7)Cu(OH)2 Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH4+ 9.0×108(2分)
试题分析:(1)NaHCO3的电离方程式为:NaHCO3===Na++ HCO3-,(2)H2S是二元弱酸,属弱电解质,分两步电离,第一步电离出氢离子和硫氢根离子,第二步电离:硫氢根离子电离出硫离子和氢离子,故答案为H2SH++HS- HS-
H++S2-;
(2)Na2CO3的水解的离子方程式为CO32-+H2OHCO3-+OH- HCO3-+ H2O
H2CO3+OH-;
(3)用pH试纸测定0.1 mol·L-1的纯碱溶液的pH,其正确的操作是把一小块pH试纸放在表面皿(或玻璃片)上,用蘸有待测溶液的玻璃棒点在试纸的中部,试纸变色后,与标准比色卡比较确定溶液的pH;
(4)氯化铝为强酸弱碱盐,其水溶液呈酸性,原因是AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl,FeCl3为强酸弱碱盐,其水溶液呈酸性,原因是FeCl3+3H2O
Fe(OH)3+3HCl,加热后Fe(OH)3由于发生分解,所以把FeCl3溶液蒸干,灼烧,最后得到的主要固体产物是Fe2O3;
(5)实验室在配制AgNO3的溶液时,常将AgNO3固体先溶于较浓的硝酸中,然后再用蒸馏水稀释到所需的浓度,以抑制Ag+水解;
(6)在25℃下,将a mol·L-1的氨水与0.01 mol·L-1的盐酸等体积混合,充分反应后溶液呈中性,因为一水合氨为弱碱,所以a大于0.01mol,该溶液含有的离子有OH-、H+、NH4+、Cl-,其浓度由大到小的顺序为c(Cl-)=c(NH4+)>c(H+)=c(OH-) ;
(7)在25℃下,向浓度均为0.20 mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成Cu(OH)2,生成该沉淀的离子方程式为 Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH4+;
c(Mg2+):c(Cu2+)=Ksp[Mg(OH)2]:Ksp[Cu(OH)2]=9.0×108。
点评:本题考查了离方程式、离子方程式、盐类水解、溶解度常数,本题综合性好,难度适中。
(7分)某二元酸(化学式用H2A表示)在水中的电离方程式是:
H2AH++HA- HA-
H++A2-
试完成下列问题:
(1)Na2A溶液显 (填“酸性”“中性”或“碱性”)。理由是
(用离子方程式表示)。
(2)在0.1 mol·L-1的Na2A溶液中,下列粒子浓度关系式正确的是 。A.c(A2-)+c(HA-)+c(H2A)="0.1" mol·L-1
B.c(OH-)=c(H+)+c(HA-)
C.c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HA-)+2c(A2-)
D.c(Na+)=2c(A2-)+2c(HA-)
(3)已知0.1 mol·L-1 NaHA溶液的pH=2,则0.1 mol·L-1H2A溶液中氢离子的物质的量浓度可能是 0.11 mol·L-1(填“<”、“>”或“=”),理由是 。
正确答案
(7分)(1)碱性 A2-+H2OHA-+OH- (2)BCD (3)< H2A第一步电离产生的H+,抑制了HA-的电离
试题分析:(1)根据酸的电离方程式可知,第一步是完全电离的,而第二步是不完全电离的。存在电离平衡。所以Na2A溶于水水解,溶液显碱性,离子方程式是A2-+H2OHA-+OH-。
(2)A不正确,因为溶液中不存在H2A分子;根据电荷守恒可知c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HA-)+2c(A2-),C正确;根据物料守恒可知c(Na+)=2c(A2-)+2c(HA-),D正确;将选项C和D合并即得到c(OH-)=c(H+)+c(HA-),B正确,答案选BDC。
(3)由于H2A第一步完全电离,电离产生的H+,抑制了HA-的电离,所以0.1 mol·L-1H2A溶液中氢离子的物质的量浓度小于0.11mol/L。
点评:本题是高考中的常见题型,试题基础性强,难易适中。该题的关键是明确H2A的电离特点,即第一步完全电离,这一关键点,然后在结合具体问题,灵活运用即可。
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