Question

根据水溶液中离子平衡原理回答下列问题：

I.明矾的化学式为____，明矾可用作净水剂，用离子方程式表示明矾的净水原理____

II.常温下有浓度均为0.01mol/L的下列溶液①HNO₃ ②H₂S ③ NaOH  ④NH₃·H₂O  ⑤NH₄Cl ⑥NH₄HSO₄  ⑦ NaCl。回答下列问题：

(1)①②③⑤五中溶液中由水电离出的H⁺的浓度由大到小的顺序为______（用序号表示，下同）

(2)④⑤⑥三种溶液中NH₄⁺浓度由大到小的顺序为__________________；

(3)①③④⑤⑥⑦六种溶液pH由大到小的顺序为_________________；

(4)等体积的③④分别与同浓度的盐酸反应至均呈中性，消耗盐酸的体积③_____④（填“大于”、“小于”、或“等于”）

(5)10mL ③与20mL⑤混合后，溶液呈_____性（填“酸”、“碱”或“中”），混合溶液中离子浓度由大到小的顺序为______。

Answer

KAl(SO4)2∙12H2O Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+ ⑤>②>①=③ ⑥>⑤>④ ③>④>⑦>⑤>①>⑥ 大于 碱 c(Cl-)>c(NH4+)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)

【解析】

I.明矾是十二水合硫酸铝钾，由于硫酸铝钾是强酸弱碱盐，在溶液中Al3+发生水解反应产生氢氧化铝胶体，用盐的水解规律分析判断；

II.(1)根据酸、碱对水的电离平衡起抑制作用，强酸弱碱盐水解促进水的电离；等浓度的H+、OH-对水的电离抑制程度相同分析判断；

(2)盐是强电解质，盐电离产生的离子浓度远大于弱电解质电离产生的离子浓度。NH4+在溶液中存在水解平衡，根据平衡移动原理，分析三种溶液中铵根离子浓度大小；

(3)溶液的酸性越强，pH越小，溶液的碱性越强，pH越大，结合pH=-lg c(H+)分析；

(4)结合生成盐是否水解判断消耗盐酸的体积；

(5)③是NaOH ⑤NH4Cl ，将二者按10mL ：20mL混合后发生反应，得到等物质的量浓度的NH3·H2O和NH4Cl、NaCl的的混合液，结合盐的水解及弱电解质电离程度分析比较溶液的酸碱性及离子浓度大小。

I.明矾是十二水合硫酸铝钾，其化学式为KAl(SO4)2∙12H2O；由于硫酸铝钾是强酸弱碱盐，在溶液中Al3+会发生水解反应，产生氢氧化铝胶体，水解的离子方程式为：Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+；胶体表面积大，吸附力强，可吸附水中悬浮的固体，使之形成沉淀，从而具有净水作用；

II.(1)水存在电离平衡：H2OH++OH-，外加酸或碱，会对水的电离平衡起抑制作用，0.01mol/L的①HNO3是一元强酸，电离产生的c(H+)=0.01mol/L；②H2S是二元弱酸，电离产生的c(H+)<0.01mol/L；③NaOH是一元强碱，电离产生的c(OH-)=0.01mol/L；根据水的电离平衡可知，这三种溶液对水的电离平衡起抑制作用，使水电离程度减小，离子浓度越大，抑制作用就越强，水电离产生的氢离子浓度就越小；而⑤NH4Cl是强酸弱碱盐，电离产生的NH4+发生水【解析】
NH4++H2ONH3·H2O+H+，水解消耗水电离产生的OH-，促进水的电离平衡正向移动， 水电离产生的氢离子浓度增大，所以这几种溶液中由水电离出的H+的浓度由大到小的顺序为⑤>②>①=③；

(2)④NH3·H2O是弱电解质，在溶液中存在电离平衡：NH3·H2O NH4++ OH-，电离产生的NH4+离子浓度远小于电解质的浓度；⑤NH4Cl ⑥NH4HSO4都是盐，电离产生的NH4+在溶液中存在水解平衡，NH4++H2ONH3·H2O+H+，由于NH4HSO4还会电离产生H+，对铵根的水解起抑制作用，使铵根离子水解程度减小，所以NH4+的浓度⑥>⑤>④；

(3)浓度均为0.01mol/L的①HNO3，pH=2；③NaOH是一元强碱，pH=12；④NH3·H2O是一元弱碱，7④>⑦>⑤>①>⑥；

(4)③NaOH ④NH3·H2O的浓度相等，若完全中和，消耗等浓度的盐酸的体积也相等，但NH3·H2O与HCl反应产生的盐NH4Cl水解使溶液显酸性，而NaOH与盐酸反应产生的NaCl不水解，所以要使反应后溶液显中性，则NH3·H2O消耗的盐酸的物质的量少，由于盐酸浓度相等，因此消耗盐酸的体积③>④；

(5)③是NaOH溶液 ⑤NH4Cl溶液 ，将二者按10mL：20mL混合后发生反应NaOH+NH4Cl=NH3·H2O+NaCl，根据方程式可知二者反应时物质的量的比是1:1，由于加入NaOH是10mL，NH4Cl是20mL，二者的浓度相等，所以NH4Cl溶液过量，最终得到等物质的量浓度的NH3·H2O和NH4Cl、NaCl的混合液，由于NH3·H2O的电离作用大于NH4Cl的水解作用，c(OH-)>c(H+)，所以溶液显碱性；根据物料守恒可得c(Cl-)=2c(Na+)；NH3·H2O电离产生NH4+，溶液中的NH4+由NH4Cl和NH3·H2O电离产生；导致溶液中c(NH4+)> c(Na+)，由于盐NaCl是强电解质，盐电离产生的离子浓度c(Na+)大于NH3·H2O电离产生的c(OH-)，所以该混合溶液中各种离子浓度大小关系为：c(Cl-)>c(NH4+)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)。