Question

20．（1）25℃下，0.1mol/L醋酸pH为4，则此温下，该浓度醋酸的电离度为0.1%；电离平衡常数为10^-7，水电离出的c（H⁺）=10^-10mol/L，加少量水稀释后，溶液中$\frac{c（C{H}_{3}COOH）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$的值减小（填“增大”或“减小”）
（2）pH值相同的 HCl（aq）、H₂SO₄（aq）、CH₃COOH（aq）各100mL
①三种溶液中物质的量浓度最大的是CH₃COOH；
②分别用0.1mol/L的NaOH（aq）中和，消耗NaOH（aq）的体积分别为V₁、V₂、V₃，它们由大到小的顺序是V₃＞V₁=V₂．
③反应开始时，反应速率D．（填A、HCl最快；B、H₂SO₄最快；C、CH₃COOH最快；D、一样快）
（3）下表是不同温度下水的离子积数据：

温度/℃	25	t1	t2
水的离子积常数	1×10-14	α	1×10-12

试回答下列问题：
①若25＜t₁＜t₂，则α＞1×10^-14（填“＞”“＜”或“=”）
②25℃下，某Na₂SO₄溶液中c（SO₄^2-）=5×10^-4 mol•L^-1，取该溶液1mL，加水稀释至10mL，则稀释后溶液中c （Na⁺）：c （OH^-）=1000：1
③t₂℃下，将pH=11的苛性钠溶液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，则V₁：V₂=9：11．此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^-）
（4）25℃时，若体积为V_a，pH=a的某一元强酸与体积为V_b，pH=b的某一元强碱混合，恰好中和，且已知V_a＜V_b和a=0.5b，则a的取值范围是$\frac{7}{2}$＜a＜$\frac{14}{3}$．

Answer 1

分析 （1）根据0.1mol/L醋酸pH为4的溶液中醋酸的初始浓度为C（CH₃COOH）=0.1mol/L，而氢离子和醋酸根的平衡浓度C（H⁺）=C（CH₃COO-）=10^-4mol/L，而醋酸的平衡浓度C（CH₃COOH）=0.1mol/L-10^-4mol/L≈0.1mol/L来计算；根据加水稀释，电离平衡常数K不变来分析；
（2）①硫酸是二元强酸，醋酸是一元弱酸，HCl是一元强酸，pH相等的这三种酸中，强电解质溶液浓度小于弱电解质，强电解质溶液中，酸浓度与其酸的元数成反比；
②分别用0.1 mol•L^-1的NaOH（aq）中和，消耗NaOH（aq）的体积与氢离子的物质的量成正比；
③反应速率与氢离子浓度成正比；
（3）①根据水的电离过程是吸热反应，温度升高，水的电离程度增大分析；
②硫酸钠溶液是显中性的；
③根据氢氧化钠溶液与硫酸溶液混合后溶液显示酸性计算出二者的体积；根据反应后溶液的组成分析各种离子的浓度大小．
（4）体积为V_a、pH=a的某一元强酸与体积V_b、pH=b的某一元强碱混合，恰好中和，则：V_a•10^-a=V_b•10^b-14，结合V_a＜V_b和a=0.5b进行计算和判断．

解答 解：（1）根据0.1mol/L醋酸pH为4的溶液中醋酸的初始浓度为C（CH₃COOH）=0.1mol/L，而氢离子和醋酸根的平衡浓度C（H⁺）=C（CH₃COO-）=10^-4mol/L，故醋酸的电离度=$\frac{1{0}^{-4}mol/L}{0.1mol/L}$×100%=0.1%；而由于醋酸的平衡浓度C（CH₃COOH）=0.1mol/L-10^-4mol/L≈0.1mol/L，故电离平衡常数K=$\frac{C（{H}^{+}）•C（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{C（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{1{0}^{-4}mol/L×1{0}^{-4}mol/L}{0.1mol/L}$=10^-7；在醋酸溶液中，氢离子主要来自于酸的电离，OH^-全部来自于水的电离，而溶液中的C（OH^-）=10^-10mol/L，而由水电离出的C（H⁺）=C（OH^-）=10^-10mol/L；加水稀释，电离平衡常数K=$\frac{C（{H}^{+}）•C（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{C（C{H}_{3}COOH）}$不变，而C（H⁺）变小，故$\frac{c（C{H}_{3}COOH）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$变小，
故答案为：0.1%，10^-7，10^-10mol/L，减小；
（2）①硫酸是二元强酸，醋酸是一元弱酸，HCl是一元强酸，pH相等的这三种酸中，强电解质溶液浓度小于弱电解质，强电解质溶液中，酸浓度与其酸的元数成反比，所以pH值相同的 HCl（aq）、H₂SO₄（aq）、CH₃COOH（aq）溶液其浓度大小顺序是CH₃COOH＞HCl＞H₂SO₄，则浓度最大的是，
故答案为：CH₃COOH；
②分别用0.1 mol•L^-1的NaOH（aq）中和，消耗NaOH（aq）的体积与氢离子的物质的量成正比，pH相等、体积相等的硫酸和盐酸中氢离子的物质的量相等，醋酸的物质的量浓度最大，则相同体积同pH的醋酸和盐酸，醋酸的物质的量大于盐酸，所以消耗氢氧化钠体积V₁=V₂＜V₃，
故答案为：V₁=V₂＜V₃；
③反应速率与氢离子浓度成正比，开始时，三种酸中氢离子浓度相等，所以其开始反应速率相等，
故答案为：D；
（3）①水是弱电解质，存在电离平衡，电离吸热，所以温度升高，水的电离程度增大，离子积增大，
故答案为：＞；
②25℃时，某Na₂SO₄溶液中c（SO₄^2-）=5×10^-4 mol/L，则溶液中钠离子浓度是1×10^-3 mol/L．如果稀释10倍，则钠离子浓度是1×10^-4 mol/L．但硫酸钠溶液是显中性的，所以c（Na⁺）：c（OH^-）=10^-4：10^-7=1000：1，
故答案为：1000：1；
③t₂℃下，水的离子积为1×10^-12，pH=11的苛性钠溶液，设体积为V₁，溶液中氢氧根离子浓度为：0.1mol/L；pH=1的硫酸溶液，设体积为V₂，氢离子浓度为：0.1mol/L，所得混合溶液的pH=2，说明稀硫酸过量，所以有$\frac{0.1mol/L{V}_{1}-0.1mol/L{V}_{2}}{{V}_{1}+{V}_{2}}$=0.01，解得V₁：V₂=9：11；
硫酸过量溶液显酸性，则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^-）．
（4）两溶液混合后溶液恰好为中性，则：V_a•c（H⁺）_a=V_b•c（OH^-）_b，
$\frac{{V}_{a}}{{V}_{b}}$=$\frac{C（O{H}^{-}）_{b}}{C（{H}^{+}）_{a}}$=$\frac{\frac{1{0}^{-14}}{C（{H}^{+}）_{b}}}{C（{H}^{+}）_{a}}$=10（a+b-14）＜1，
所以（a+b-14）＜0，而a=0.5b，
即3a＜14，a＜$\frac{14}{3}$，
又pH=b=2a＞7，a＞$\frac{7}{2}$，
所以$\frac{7}{2}$＜a＜$\frac{14}{3}$，
答：a的取值范围为：$\frac{7}{2}$＜a＜$\frac{14}{3}$．

点评 本题考查酸碱混合的定性判断和溶液PH的有关计算，题目难度较大，注意酸碱混合时酸碱物质的量的关系以及溶液PH与c（H⁺）、（OH^-）的关系．