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盐类水解考点透析

2015-12-25葛珊珊

求学·理科版 2015年12期
关键词:氨水电离水解

葛珊珊

盐类水解是高考考查的重点之一,以下对此考点在历年高考中最常见的4个考查方向进行深入分析。

一、溶液中微粒浓度大小比较

【例1】(2015·安徽高考)25℃时,在10 mL浓度均为0.1 mol· L-1NaOH和NH3· H2O混合溶液中滴加0.1 mol·L-1的盐酸,下列有关溶液中粒子浓度关系正确的是 ( )

A.未加盐酸时:c(OH-)>c(Na+)=c(NH3·H2O)

B.加入10 mL盐酸时:c(NH4+)+c(H+) =c(OH-)

C.加入盐酸至溶液pH=7时:c(Cl-) =c(Na+)

D.加入20 mL盐酸时:c(Cl-) =c(NH4+)+c(Na+)

解析:未加盐酸时,根据物料守恒,有c(NH3·H2O)+

c(NH4+)=0.1 mol·L-1=c(Na+),故c(NH3·H2O)<c(Na+),

A错误;加入10 mL盐酸时,氢氧化钠与盐酸恰好完全反应,NH3·H2O没有发生反应,溶液成分为NaCl和NH3·H2O,根据电荷守恒,有c(NH4+)+c(H+)+c(Na+)=

c(Cl-)+c(OH-),且c(Cl-)=c(Na+),故c(NH4+)+c(H+)=

c(OH-),B正确;加入盐酸至溶液pH=7时,溶液呈中性,根据电荷守恒,有c(NH4+)+c(H+)+c(Na+)=c(Cl-)+c(OH-),

且c(H+)=c(OH-),故c(NH4+)+c(Na+)=c(Cl-),C错误;加入20 mL盐酸时,刚好反应生成NaCl、NH4Cl,根据电荷守恒,有c(NH4+)+c(H+)+c(Na+)=c(Cl-)+c(OH-),且NH4Cl水解使溶液呈酸性,c(H+)>c(OH-),故c(NH4+)+

c(Na+)<c(Cl-),D错误。

【规律总结】(1)两种溶液混合时,要综合考虑3个问题,即化学反应后溶液的成分、电离因素、水解因素;综合利用3个守恒,即电荷守恒、物料守恒和质子守恒。

(2)“假设法”判断反应的先后次序:混合溶液与另一个溶液进行反应,若原混合液中几个成分都能和外加溶液发生反应,在不能明确哪个成分先与外加溶液发生反应的情况下,可以采用“假设法”。如上例中,当加入少量盐酸时,假设NH3·H2O先和盐酸反应,生成NH4Cl,而NH4Cl会和NaOH反应生成NaCl和NH3·H2O,相当于NaOH和盐酸反应,而NH3·H2O没有发生变化。所以假设错误,应该先考虑NaOH和盐酸反应。

【现学现用】(1)等体积等浓度的氨水和盐酸反应,写出反应后溶液中的离子浓度大小关系。

(2)pH=2的盐酸与pH=12的氨水等体积混合,写出反应后溶液中的离子浓度大小关系。

(3)氨水和盐酸混合后,溶液呈中性,请写出反应后所得溶液中离子浓度大小关系。

解析:(1)反应恰好完全,得到NH4Cl溶液,NH4+和Cl-是溶液中最主要的成分。由于水解,c(Cl-)>c(NH4+),c(H+)>c(OH-),因此c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-)。

(2)在题给条件下,氨水浓度远大于盐酸,故反应后,溶液中除了NH4Cl,还有大量未反应的氨水,氨水的电离决定了溶液呈碱性,NH4Cl的水解为次要因素,可忽略。氨水电离增加了一部分NH4+,故c(NH4+)>c(Cl-),c(OH-)>c(H+),因此c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)。

(3)若正好反应完全生成NH4Cl,溶液应呈酸性;而由题意,溶液呈中性,说明氨水有一定程度的过量,此时电离和水解相互抵消,c(H+)=c(OH-)。根据电荷守恒,c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),则c(Cl-)=c(NH4+),故c(Cl-)=c(NH4+)>c(H+)=c(OH-)。

【针对训练1】(2015·江苏高考)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-1NH4HCO3溶液中通CO2:c(NH4+)=c(HCO3-)+c(CO32-)

B.向0.10 mol·L-1NaHSO3溶液中通NH3:c(Na+)>c(NH4+)>c(SO32-)

C.向0.10 mol·L-1Na2SO3溶液中通SO2:c(Na+)=2[c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)]

D.向0.10 mol·L-1CH3COONa溶液中通HCl:c(Na+)>c(CH3COOH)=c(Cl-)

二、实验操作的判断与解释

【例2】(2015·海南高考改编)下列叙述正确的是( )

A.配制FeCl3溶液,应将FeCl3固体溶于适量蒸馏水,不断搅拌使其溶解即可

B.可用配有磨口塞的玻璃瓶保存盐的浓溶液,如Na2CO3溶液

C.从海水中提取镁时,若直接蒸干氯化镁晶体将无法得到氯化镁固体

D.煮沸自来水可除去其中的Ca(HCO3)2 和Mg (HCO3)2

解析:配制FeCl3溶液,应将FeCl3固体溶于浓盐酸中,用盐酸抑制铁离子水解,否则配制出的溶液将十分浑浊,A错误;Na2CO3溶液水解呈碱性,易与玻璃中的二氧化硅反应生成具有黏性的硅酸钠,使磨口玻璃塞无法打开,故应换用木塞或橡皮塞,B错误;从海水中提取镁时,若直接蒸干氯化镁晶体将促进镁离子水解,MgCl2+2H2O=Mg(OH)2 +2HCl,HCl受热挥发,使水解发生完全,产物为Mg(OH)2,C正确 ;自来水煮沸时,由于水中含有的Ca(HCO3)2和Mg (HCO3)2不稳定,受热会发生分解反应,Ca(HCO3)2CaCO3↓+H2O+CO2↑,

Mg(HCO3)2MgCO3↓+H2O+CO2↑,MgCO3在持续加热的过程中还会水解转化为溶解度更小的Mg(OH)2,D正确。

【规律总结】(1)加热搅拌蒸干盐溶液得到的固体成分分析:①还原性盐易被氧化,如Na2SO3 溶液蒸干得Na2SO4;②盐溶液水解得易挥发性酸时,蒸干得到对应氢氧化物,如AlCl3蒸干得Al (OH)3;③盐溶液水解得难挥发性酸时,蒸干后得原物质,如CuSO4溶液蒸干得CuSO4;④酸根离子易水解的强碱盐,蒸干后得原物质,如Na2CO3溶液蒸干得Na2CO3;⑤在灼烧条件下某些盐要考虑受热分解,如Ca(HCO3)2、NH4Cl、KMnO4。(2)配制易水解的盐类,应加入水解产物酸碱,抑制盐的水解。如配制FeCl3需加盐酸,配制Na2S需加NaOH。

【针对训练2】(2014·吉林长春调研)用酒精灯加热下列溶液,蒸干后灼烧,所得固体质量最大的是( )

A.20 mL 2 mol·L-1FeCl3溶液

B.40 mL 1 mol·L-1NaHCO3溶液

C.20 mL 1 mol·L-1Na2SO3溶液

D.40 mL 2 mol·L-1NH4HCO3溶液

三、盐类水解对水电离平衡的影响

【例3】(2015·山东高考改编)室温下向10 mL 0.1 mol·L-1NaOH溶液中加入0.1 mol·L-1的一元酸HA,溶液pH的变化曲线如图所示,a、b两点所示溶液中水的电离程度a b。(填“<”“>”或“=”)

解析:a点NaOH与HA恰好完全反应,溶液的pH为8.7,说明HA为弱酸,NaA发生水解反应使溶液呈碱性,此时溶液中水的电离受到盐类水解的促进,比纯水的电离程度大;b点HA过量,溶液呈酸性,HA的电离程度大于NaA的水解程度,水的电离主要受到酸电离的抑制,小于纯水的电离程度,所以a>b。

【规律总结】(1)在某个固定的温度下,不论向溶液中加入何种物质,Kw=c(H+)·c(OH-)为固定值不变;(2)向溶液中加入酸或者碱,可抑制水的电离;(3)向溶液中加入能电离出H+或OH-且不水解的盐,可抑制水的电离;(4)向溶液中加入能水解的盐,如Na2CO3,可促进水的电离;(5)向溶液中加入既能水解又能电离的盐,要考虑水解和电离何者占主导,如NaHSO3以电离为主,抑制水的电离,而NaHCO3以水解为主,促进水的电离。

【现学现用】图为常温条件下溶液中c(H+)和c(OH-)的坐标图,请回答下列问题:

(1)通过加入能消耗H+的物质, (填“能”或“不能”)实现从b到d的变化。

(2)向溶液中加入NaOH,能引起由 向 的变化,此时溶液中由水电离出的c(H+)·c(OH-) (填“<”“>”或“=”)Kw。

(3)向溶液中加入NaHSO4,能引起由_____向_____的变化,此时溶液中由水电离出的c(H+)______(填“<”“>”或“=”)溶液中的c(H+)。

(4)向纯水中加入FeCl3可能引起由_____向_____的变化;向纯水中加入NaHSO3可能引起由_____向_____的变化。FeCl3和NaHSO3对水的电离影响是否相同?

解析:(1)该温度下所有c(H+)·c(OH-)为固定值不变,点应全部在该曲线上,不会到d点,填“不能”。(2)加入NaOH,c(OH-)增大,c(H+)减小,从b到c;水的电离受到抑制,由水电离出的c(H+)·c(OH-)减小,小于Kw。(3)加入NaHSO4,c(H+)增大,c(OH-)减小,从b到a;水的电离受到抑制,由水电离出的c(H+)·c(OH-)减小,小于Kw。(4)加入FeCl3,c(H+)增大,c(OH-)减小,从b到a;加入的NaHSO3 以电离为主,c(H+)增大,c(OH-)减小,从b到a。FeCl3促进水的电离,NaHSO3以电离为主,抑制水的电离。虽然溶液都呈现酸性,但水的电离一个被促进,一个被抑制,并不相同。

【针对训练3】(2015·天津高考改编)室温下,将0.05 mol Na2CO3固体溶于水配成100 mL溶液,向溶液中加入50 mL H2O,由水电离出的c(H+)·c(OH-) (填“增大”“减小”或“不变”)。

四、盐类水解在化工流程中的应用

【例4】(2015·天津高考节选)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 ;FeCl3溶液腐蚀钢铁设备,除H+作用外,另一主要原因是(用离子方程式表示)       。

(2)FeCl3在溶液中分三步水解:

Fe3++H2OFe(OH)2++H+ K1

Fe(OH)2++H2OFe(OH)2++H+ K2

Fe(OH)2++H2OFe(OH)3+H+ K3

以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是 。通过控制条件,以上水解产物聚合,生成聚合氯化铁,离子方程式为:xFe3++yH2OFex(OH)y(3x-y)++yH+,欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号) 。

a.降温              b.加水稀释

c.加入NH4Cl d.加入NaHCO3

室温下,使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是     。

解析:(1)Fe3+水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中悬浮的杂质,可起到净水的作用;钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子,离子方程式是2Fe3++Fe=3Fe2+。

(2)铁离子的水解分为三步,且水解程度逐渐减弱,所以水解平衡常数逐渐减小,即K1>K2>K3。水解为吸热反应,所以降温平衡将逆向移动;加水稀释,则平衡正向移动;加入NH4Cl,所得NH4Cl溶液为酸性,氢离子浓度增大,平衡逆向移动;加入NaHCO3,以水解为主消耗氢离子,平衡正向移动,所以答案选b、d。根据“室温”“高浓度”这两个信息,可以排除使用温度和浓度条件来调节该平衡,所以只有氢离子的浓度最影响高浓度聚合氯化铁的生成,所以关键步骤是调节溶液的pH。

【规律总结】水解是工业上常用的除杂和制备原理,最常用的方法就是通过调节溶液的pH使部分离子转化为沉淀而除去。在选择调节的试剂时,尽量不引入或少引入其他杂质,通过分析开始沉淀和完全沉淀的pH表来确定沉淀的顺序和调节的pH范围。如MgCl2溶液中混有FeCl3杂质时,可通过加入MgO、Mg(OH)2、MgCO3等消耗氢离子,促进铁离子水解为Fe(OH)3沉淀而除去。

【针对训练4】碱式碳酸铜是一种用途广泛的化工原料。工业上可用电子工业中刻蚀线路板的酸性废液(主要成分有FeCl2、 CuCl2 、FeCl3)制备如下:

Cu2+、Fe2+、Fe3+生成沉淀的pH如下:

物质 Cu(OH)2 Fe (OH)2 Fe (OH)3

开始沉淀pH 4.2 5.8 1.2

完全沉淀pH 6.7 8.3 3.2

(1)氯酸钠的作用是 ;滤渣的主要成分是 (写化学式)。

(2)调节反应A后溶液的pH范围应为 ;可以选择的试剂是 (填序号)。

a.氨水 b.稀硫酸 c.氢氧化钠 d.碳酸铜

(3)反应B的温度如过高,则所得蓝绿色产品中可能会出现的杂质是 (写化学式)。

(4)将Na2CO3溶液滴入到一定量CuCl2溶液中得到沉淀。

①沉淀若有CuCO3,则相应的离子方程式为 。

②沉淀若有Cu(OH)2,则相应的离子方程式为 。

③若生成Cu(OH)2和CuCO3的混合物(即碱式盐),则说明 。

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