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

1．【2017新课标1卷】（14分）

Li 4Ti 5O 12和LiFePO 4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO 3，还含有少量MgO 、SiO 2等杂质）来制备，工艺流程如下：

（5）若“滤液②”中21(Mg )0.02mol L c +-=?，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加

1倍），使3Fe +恰好沉淀完全即溶液中351(Fe ) 1.010mol L c +--=??，

此时是否有Mg 3(PO 4)2沉淀生成？ （列式计算）。FePO 4、Mg 3(PO 4)2的K sp 分别为22241.310 1.010--??、。

【答案】（5）Fe 3+恰好沉淀完全时，c (34

PO -)=22

51.3101.010--??mol·L ?1=1.3×10–17 mol·L ?1，c 3(Mg 2+)×c 2(34PO -

)＝(0.01)3×(1.3×10–17)2=1.7×10–40＜K sp [Mg 3(PO 4)2]，因此不会生成Mg 3(PO 4)2沉淀。

2．【2017新课标1卷】（14分）

近期发现，H 2S 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

【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

H 2SO 3>H 2CO 3>H 2S ，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：H 2SO 3> H 2S ，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：H 2SO 3> H 2S ，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）H 2S 和SO 2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SO 2

（5）已知25℃，NH 3·H 2O 的K b =1.8×10?5，H 2SO 3的K a1=1.3×10?2，K a2=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SO 2通入该氨水中，当

c (OH ?)降至 1.0×10?7 mol·L ?1时，溶液中的c (23SO -)/c (3HSO -)=___________________。

【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Cr 3+

(蓝紫色)、Cr (OH )4?(绿色)、Cr 2O 72?(橙

红色)、CrO 42?(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K 2CrO 4为指示剂，以AgNO 3标准溶液滴定溶液中Cl ?，利用Ag +与CrO 42?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 g L ?1，此时溶液中c (CrO 42?)等于__________ mol g L ?1。(已知Ag 2CrO 4、AgCl 的K sp 分别为2.0×10?12和2.0×10?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

K sp(AgCl)=2.0×10?10，可得溶液中c(Ag+)=K sp(AgCl)÷c(Cl-)=2.0×10?10÷(1.0×10?5 mol·L?1)=2.0×10-5mol·L?1；则此时溶液中c(CrO42?)=K sp(Ag2CrO4)/c2(Ag+)=2.0×10?12÷(2.0×10-5mol·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，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+N2H5+的K=8.7×107；K W=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为。

【答案】（4）8.7×10-7N2H6(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，K i1=4.3×10-7，K i2=5.6×10-11

草酸：H2C2O4，K i1=5.9×10-2，K i2=6.4×10-5

0.1mol/L Na2CO3溶液的pH_____0.1mol/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．[H+]＞[HC2O4-]＞[HCO3-]＞[CO32-]

B．[HCO3-]＞[HC2O4-]＞[C2O42-]＞[CO32-]

c．[H+]＞[HC2O4-]＞[C2O42-]＞[CO32-]

D．[H2CO3] ＞[HCO3-]＞[HC2O4-]＞[CO32-]

（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0.1mol/L Na2CO3溶液的pH大于0.1mol/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[H+]＞[HC2O4-]＞[C2O42-]＞[HCO3-]＞[CO32-]，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。

（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= mol/L。

【答案】（1）CO2+H2O H2CO3，H2CO3HCO3－+H+

（2）①Ca2++ 2HCO3－＝CaCO3↓+ CO2+H2O②xCO22x H218O

（3）①②xy/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～HCO3－～HCl

11

n（CO2）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 (H 2S )+c (HS -)= mol ·L -1.

②某溶液含0.020 mol ·L -1Mn 2+、0.10 mol ·L -1H 2S ，当溶液pH = 时，Mn 2+开始沉淀。

[已知：Ksp (MnS )=2.8×10-13]

（3）25℃，两种酸的电离平衡常数如右表。

K a1 K a2 H 2SO 3

1.3×10-2 6.3×10-4 H 2CO 3 4.2×10-7 5.6

×

10-11 ①HSO 3-的电离平衡常数表达式K = 。

②0.10 mol ·L -1Na 2SO 3溶液中离子浓度由大到小的顺序为 。

③H 2SO 3溶液和NaHCO 3溶液反应的主要离子方程式为 。

【答案】（2）①0.043；②5。

（3）①)

()

()(323--+?HSO c SO c H c ；②c (Na +)>c (SO 32-)>c (OH -)>c (HSO 3-)>c (H +)； ③H 2SO 3+HCO 3-=HSO 3-+CO 2↑+H 2O 。

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H 2SO 3的二级电离平衡常数大于H 2CO 3的一级电离平衡常数，故H 2SO 3溶液和NaHCO 3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H 2SO 3+HCO 3-

＝HSO 3-+CO 2↑+H 2O 。

【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AgNO 3溶液，

当AgCl 开始沉淀时，溶液中)

()(--Cl c I c 为：_____________，已知K sp （AgCl ）=1.8×10-10，K sp （AgI ）=8.5×10-

17。

【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，MnO 2，ZnCl 2和NH 4Cl 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

Zn （OH ）2 Fe （OH ）2 Fe （OH ）3 Ksp 近似值

10-17 10-17 10-

39 回答下列问题：

（4）用废电池的锌皮制备ZnSO 4·7H 2O 的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H 2O 2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Zn 2＋浓度为0.1mol /L ）。若上述过程不加H 2O 2后果是 ，原因是 。

【答案】（4）Fe 3＋；2.7；6；Zn 2＋和Fe 2＋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＝L /mol 1051010123539———＝?，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。Zn 2＋

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＝1.01017

-＝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

Zn 2＋和Fe 2＋。

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。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）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，0.1mol/L NaClO溶液的pH0.1mol/L Na2SO3溶液的pH（选填“大于”、“小于”或“等于”）。浓度均为0.1mol/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：H2SO3K i1=1.54×10-2K i2=1.02×10-7

HClO K i1=2.95×10-8

H2CO3K i1=4.3×10-7K i2=5.6×10-11

【答案】（5）大于；SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–。

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+Mg2+Fe3+

开始沉淀时的pH11.99.11.9

完全沉淀时的pH13.911.13.2加入NH3·H2O调节pH=8可除去（填离子符号），滤渣Ⅱ中含（填化学式）。加入H2C2O4时应避免过量，原因是。

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：K sp[Al(OH)3]=1×10－33，K sp[Fe(OH)3]=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

【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：K sp[Al(OH)3]=1×

10－33=c(Al3＋)×c3(OH－)，c(Al3＋)=1×10－6mol·L－1，得出：c(OH－)=1×10－9mol·L －1，

c(H＋)=K w/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

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－)=________[用c(SO42－)、Ksp(CaSO3)和Ksp(CaSO4)表示]；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）K sp(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K sp(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mol·L-1，pH 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（用离子方程式表示），0．1mol·L-1的氨水中加入少量的NH4Cl固体，溶液的PH（填“升高”或“降低”）；若加入少量的明矾，溶液中的NH4+的浓度（填“增大”或“减小”）。

【答案】（1）NH3·H2O NH4++OH-减小；