Question

11．下表是不同温度下水的离子积常数：

温度/℃	25	T2
水的离子积常数	1×10-14	1×10-12

试回答以下问题：
（1）T₂℃时，将pH=11的苛性钠溶液V₁L与pH=1的稀硫酸V₂L混合（设混合后溶液的体积为原两溶液体积之和），所得混合溶液的pH=2，则V₁：V₂=9：11．此溶液中各种离子的浓度由大到小的顺序是c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；．
（2）25℃时，用0.01mol/LNaOH溶液滴定0.02mol/L 的硫酸，中和后加蒸馏水稀释到5mL，若滴定时终点判断有误差；①多加了1滴NaOH溶液②少加1滴NaOH溶液（设1滴为0.05mL），则①和②溶液中c（OH^-）之比是10⁶：1．
（3）25℃时，0.1mol/L的NaHCO₃溶液的pH为8，同浓度的NaAlO₂溶液的pH为11．将两种溶液等体积混合，可能发生的现象白色沉淀，其主要原因是（用离子方程式表示）HCO₃^-+AlO₂^-+H₂O=Al（OH）₃↓+CO₃^2-．
（4）已知25℃时：

难溶物	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Zn（OH）2
Ksp	8.0×10-16	8.0×10-38	1.0×10-17

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．当加碱调节pH为2.7时，铁刚好完全沉淀而锌开始沉淀（离子浓度小于1×10^-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全；假定Zn²⁺浓度为0.1mol/L）．若上述过程不加H₂O₂后果和原因是Zn²⁺和Fe²⁺分离不开，Fe（OH）₂和Zn（OH）₂的Ksp相近．（lg²=0.3   lg³=0.48）

Answer 1

分析 （1）T₂℃时，pH=11的苛性钠溶液中氢氧根的浓度是0.1mol/L，V₁ L与pH=1的稀硫酸V₂ L混合（设混合后溶液的体积为原两溶液体积之和），所得混合溶液的pH=2，说明稀硫酸过量，则$\frac{{0.1{V_1}-0.1{V_2}}}{{{V_1}+{V_2}}}=0.01$，解得V₁：V₂=9：11．溶液显酸性，则此溶液中各种离子的浓度由大到小的顺序是c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（2）①中c（OH^-）=0.01mol/L×5×10^-5/0.005L=1×10^-4mol/L，②溶液中c（H⁺）=1×10^-4mol/L，溶液中c（OH^-）=10^-14/1×10^-4mol/L=1×10^-10mol/L，所以①和②溶液中c（OH^-）之比=1×10^-4mol/L：1×10^-10mol/L=10⁶：1；
（3）25℃时，0.1mol/L的NaHCO₃溶液的pH为8，同浓度的NaAlO₂溶液的pH为11，这说明偏铝酸根离子的水解程度大于碳酸氢根离子的水解程度，所以将两种溶液等体积混合发生反应生成碳酸钠和氢氧化铝，离子方程式为HCO₃^-+AlO₂^-+H₂O=Al（OH）₃↓+CO₃^2-，可能发生的现象是由白色沉淀生成；
（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=$\root{3}{{\frac{{{{10}^{---39}}}}{{{{10}^{---5}}}}}}=5×{10^{---12}}mol/L$，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=$\sqrt{\frac{{{{10}^{-17}}}}{0.1}}$=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Zn²⁺和Fe²⁺．

解答 解：（1）混合液的pH=2，酸过量，c（H⁺）=$\frac{n（{H}^{+}）-n（O{H}^{-}）}{{V}_{总}}$=$\frac{0.1mol/L×{V}_{2}L-0.1mol/L×{V}_{1}L}{{V}_{1}+{V}_{2}}$=0.01，
解之得：$\frac{{V}_{1}}{{V}_{2}}$=9：11，
c（Na⁺）=0.1×9/（9+11）=0.045mol/L
c（SO₄^2-）=0.05×11/20=0.0275mol/L
c（H⁺）=0.01mol/L
硫酸过量溶液显酸性，c 则（H⁺）＞c （OH^-），
故溶液中各种离子的浓度由大到小的排列顺序是：c （Na⁺）＞c （SO₄^2-）＞c （H⁺）＞c （OH^-），
故答案为：9：11；c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（2）①多加了1滴NaOH溶液，为碱溶液，c（OH^-）=$\frac{0.05×0.01}{5}$=10^-4mol/L；②少加1滴NaOH溶液，为酸溶液，c（H⁺）=$\frac{0.025×0.02×2}{5}$=10^-4mol/L，c（OH^-）=10^-10mol/L，则①和②溶液中c（OH^-）之比是10⁶：1，
故答案为：10⁶：1；
（3）水解均显碱性，由pH的大小可知，等体积混合时AlO₂^-促进HCO₃^-的电离，发生AlO₂^-+HCO₃^-+H₂O=Al（0H）₃↓+CO₃^2-，观察到白色沉淀，
故答案为：白色沉淀；AlO₂^-+HCO₃^-+H₂O=Al（0H）₃↓+CO₃^2-；
（4）铁加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，铁刚好沉淀完全时离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1，因Ksp=10^-39，
则c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-39}}{1{0}^{-5}}}$mol/L≈0.5×10^-11mol/L，此时pH=2.7，如锌开始沉淀，则c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-17}}{0.1}}$mol/L=10^-8mol/L，此时pH=6，由表中数据可知Zn（OH）₂、Fe（OH）₂的Ksp相近，如不加H₂O₂，则Zn²⁺和Fe²⁺分离不开，
故答案为：Fe³⁺；2.7；6；Zn²⁺和Fe²⁺分离不开；Fe（OH）₂和Zn（OH）₂的Ksp相近；

点评 本题考查原电池知识以及物质的分离、提纯，侧重于原电池的工作原理以及实验基本操作和注意问题，题目难度中等，有利于培养学生良好的科学素养．