Question

9．I．对于弱酸，在一定温度下达到电离平衡时，各微粒的浓度存在一种定量的关系．如表为几种弱酸在25℃时的电离平衡常数

酸	电离平衡常数K
CH3COOH	1.76×10-5
H2CO3	K1=4.31×10-7 K2=5.61×10-11
H3PO4	K1=7.52×10-3  K2=6.23×10-8  K3=2.20×10-13

回答下列问题：
（1）从电离的角度，HCO₃^-、HPO₄^2-、H₂PO₄^-都可看作是酸，其中酸性最强的是H₂PO₄^-，最弱的是HPO₄^2-．
（2）等浓度的下列溶液中由水电离出的OH^-浓度由大到小的顺序是⑤③④①②（用序号作答）
①CH₃COONa   ②NaH₂PO₄    ③NaHPO₄    ④NaHCO₃    ⑤Na₂CO₃
（3）电离平衡常数是用实验的方法测定出来的．现已经测得25℃时，c mol/L的CH₃COOH的电离转化率为?，则该温度下醋酸的电离平衡常数K_CH3COOH$\frac{c{a}^{2}}{1-a}$．

II．已知t℃时，Kw=1×10^-13；在t℃时将pH=11的NaOH溶液aL与pH=1的H₂SO₄溶液bL混合（忽略混合后溶液体积的变化），若所得混合溶液的pH=2，则 a：b=9：2．

III．现有含FeCl₂杂质的氯化铜晶体（CuCl₂•2H₂O），为制取纯净的CuCl₂•2H₂O，首先将其制成水溶液，然后按如图所示步骤进行提纯：
25℃部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见如表：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
开始沉淀pH	2.7	7.6	4.7
完成沉淀pH	3.2	9.7	6.7

请回答下列问题：
（1）流程中加入的试剂a最合适的是C（填序号）
A．酸性高锰酸钾溶液  B．NaClO溶液  C．H₂O₂溶液   D．稀硝酸
加入试剂a的目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再除去．
（2）调节pH约4应该加入的物质可以是AC．
A．CuO        B．CuCl₂        C．Cu（OH）₂        D．NaOH
利用平衡移动原理简述加入该物质的理由溶液中存在平衡Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CuO或Cu（OH）₂后，消耗溶液中H⁺，使平衡正向移动，从而使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃．
（3）最后能不能直接蒸发结晶得到CuCl₂•2H₂O？不能（填“能”或“不能”）．如不能，应如何操作？（若能，此空不填）应在氯化氢气氛中浓缩后冷却结晶．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）同一温度下，酸的电离常数越大其酸性越强，根据酸的电离常数确定酸性强弱；
（2）酸或碱抑制水电离，含有弱离子的盐促进水电离，酸中氢离子浓度越大或碱中氢氧根离子浓度越大，其抑制水电离程度越大；
（3）根据Ka=$\frac{c（{H}^{+}）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$进行计算即可；
Ⅱ、在t℃时将pH=11的NaOH溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-13}}{1{0}^{-11}}$mol/L=0.01mol/L，pH=1的H₂SO₄溶液中c（H⁺）=0.1mol/L，若所得混合溶液的pH=2，则混合溶液中c（H⁺）=$\frac{0.1mol×bL-0.01mol/L×aL}{（a+b）L}$=0.01mol/L，据此计算a、b之比；
Ⅲ、加入氧化剂X的目的是把亚铁离子氧化，根据除杂原则，不能引入新的杂质；加入试剂Y的目的是调节pH使铁离子生成氢氧化铁沉淀，过滤除去沉淀，对滤液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到氯化铜晶体．
（1）加入氧化剂，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，易除去，除杂时，不能引入新的杂质；
（2）物质Y的作用是调节溶液的pH，沉淀铁离子，不沉淀铜离子，不引入新的杂质，氧化铜，氢氧化铜能促进三价铁离子的水解，据此来选择合适的试剂；
（3）CuCl₂属于强酸弱碱盐，加热蒸发时促进其水解（HCl易挥发）．

解答 解：I、（1）同一温度下，酸的电离常数越大其酸性越强，根据酸的电离常数知，酸性最强的是H₂PO₄^-，最弱的是HPO₄^2-，
故答案为：H₂PO₄^-；HPO₄^2-；
（2）酸或碱抑制水电离，含有弱离子的盐促进水电离，酸中氢离子浓度越大或碱中氢氧根离子浓度越大，其抑制水电离程度越大，等浓度的这几种溶液中，
①CH₃COONa水解溶液显碱性促进水电离，
②NaH₂PO₄ 电离大于水解溶液显酸性抑制水的电离，
③NaHPO₄，水解大于电离溶液显碱性促进水的电离，
④NaHCO₃，水解大于电离溶液显碱性促进水的电离，
⑤Na₂CO₃ 碳酸根离子水解溶液显碱性促进水的电离，
依据电离平衡常数分析可知酸性大小为：H₃PO₄＞CH₃COOH＞H₂CO₃＞H₂PO₄^-＞HCO₃^-＞CO₃^2-，盐溶液中离子水解程度大小为H₂PO₄^-＜CH₃COO^-＜HCO₃^-＜HPO₄^2-＜CO₃^2-，所以溶液中由水电离出的H⁺浓度由大到小的顺序为：⑤③④①②，
故答案为：⑤③④①②；
（3）根据Ka=$\frac{c（{H}^{+}）c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{cα×cα}{c-cα}$=$\frac{c{a}^{2}}{1-a}$，
故答案为：$\frac{c{a}^{2}}{1-a}$；
II．在t℃时将pH=11的NaOH溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-13}}{1{0}^{-11}}$mol/L=0.01mol/L，pH=1的H₂SO₄溶液中c（H⁺）=0.1mol/L，若所得混合溶液的pH=2，则混合溶液中c（H⁺）=$\frac{0.1mol×bL-0.01mol/L×aL}{（a+b）L}$=0.01mol/L，a：b=9：2，
故答案为：9：2；
III．（1）流程中加入的试剂a最合适的是氧化剂，能氧化亚铁离子且不能引入新的杂质离子，
A．酸性高锰酸钾溶液可以氧化亚铁离子，但会引入杂质离子钾离子、锰离子，故A错误；  
B．NaClO溶液可以氧化亚铁离子，但引入新的杂质离子氯离子、钠离子，故B错误；  
C．H₂O₂溶液能氧化亚铁离子，不引入新的杂质，故C正确；   
D．稀硝酸能氧化亚铁离子，但引入硝酸根离子，故D错误；
选C；
Fe²⁺沉淀为氢氧化物时所需pH与Cu²⁺的沉淀的pH相同，也就是说，Fe²⁺沉淀的同时，Cu²⁺也会沉淀，无法将两者分离开，根据题干提供信息可知Fe³⁺沉淀所需的pH较小，所以应先将Fe²⁺氧化为Fe³⁺后再将其除去，
故答案为：C、将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再除去；
（2）结合题示，调节pH至4，使Fe³⁺全部沉淀，所以Y最好为CuO或Cu（OH）₂或CuCO₃，CuCl₂不能调节pH，NaOH会引入新的杂质离子钠离子，Fe³⁺水解显酸性，有关离子方程式Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入氧化铜、氢氧化铜和溶液中氢离子反应：Cu（OH）₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，使水解平衡向正反应方向一定，总反应式为：2Fe³⁺+3Cu（OH）₂═2Fe（OH）₃+3Cu²⁺，
故答案为：AC，溶液中存在平衡Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CuO或Cu（OH）₂后，消耗溶液中H⁺，使平衡正向移动，从而使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃．
（3）CuCl₂属于强酸弱碱盐，加热蒸发时促进其水解（HCl易挥发），所以应在HCl气氛中采用浓缩后冷却结晶的方法，以得到CuCl₂•2H₂O的晶体，
故答案为：不能；应在氯化氢气氛中浓缩后冷却结晶；

点评 本题考查了离子浓度大小比较、酸碱混合的定性判断，题目难度中等，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力，注意掌握电荷守恒、物料守恒、盐的水解原理在判断离子浓度大小中的应用方法．