Question

11．下表是不同溫度下水的離子積常數(shù)：

溫度/℃	25	T2
水的離子積常數(shù)	1×10-14	1×10-12

試回答以下問題：
（1）T₂℃時(shí)，將pH=11的苛性鈉溶液V₁L與pH=1的稀硫酸V₂L混合（設(shè)混合后溶液的體積為原兩溶液體積之和），所得混合溶液的pH=2，則V₁：V₂=9：11．此溶液中各種離子的濃度由大到小的順序是c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；．
（2）25℃時(shí)，用0.01mol/LNaOH溶液滴定0.02mol/L 的硫酸，中和后加蒸餾水稀釋到5mL，若滴定時(shí)終點(diǎn)判斷有誤差；①多加了1滴NaOH溶液②少加1滴NaOH溶液（設(shè)1滴為0.05mL），則①和②溶液中c（OH^-）之比是10⁶：1．
（3）25℃時(shí)，0.1mol/L的NaHCO₃溶液的pH為8，同濃度的NaAlO₂溶液的pH為11．將兩種溶液等體積混合，可能發(fā)生的現(xiàn)象白色沉淀，其主要原因是（用離子方程式表示）HCO₃^-+AlO₂^-+H₂O=Al（OH）₃↓+CO₃^2-．
（4）已知25℃時(shí)：

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

用廢電池的鋅皮制備ZnSO₄•7H₂O的過程中，需去除少量雜質(zhì)鐵，其方法是：加稀硫酸和H₂O₂溶解．當(dāng)加堿調(diào)節(jié)pH為2.7時(shí)，鐵剛好完全沉淀而鋅開始沉淀（離子濃度小于1×10^-5mol/L時(shí)，即可認(rèn)為該離子沉淀完全；假定Zn²⁺濃度為0.1mol/L）．若上述過程不加H₂O₂后果和原因是Zn²⁺和Fe²⁺分離不開，F(xiàn)e（OH）₂和Zn（OH）₂的Ksp相近．（lg²=0.3   lg³=0.48）

Answer 1

分析 （1）T₂℃時(shí)，pH=11的苛性鈉溶液中氫氧根的濃度是0.1mol/L，V₁ L與pH=1的稀硫酸V₂ L混合（設(shè)混合后溶液的體積為原兩溶液體積之和），所得混合溶液的pH=2，說明稀硫酸過量，則$\frac{{0.1{V_1}-0.1{V_2}}}{{{V_1}+{V_2}}}=0.01$，解得V₁：V₂=9：11．溶液顯酸性，則此溶液中各種離子的濃度由大到小的順序是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℃時(shí)，0.1mol/L的NaHCO₃溶液的pH為8，同濃度的NaAlO₂溶液的pH為11，這說明偏鋁酸根離子的水解程度大于碳酸氫根離子的水解程度，所以將兩種溶液等體積混合發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鈉和氫氧化鋁，離子方程式為HCO₃^-+AlO₂^-+H₂O=Al（OH）₃↓+CO₃^2-，可能發(fā)生的現(xiàn)象是由白色沉淀生成；
（4）雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能把鐵氧化為鐵離子，因此加入稀硫酸和雙氧水，溶解后鐵變?yōu)榱蛩徼F．根據(jù)氫氧化鐵的溶度積常數(shù)可知，當(dāng)鐵離子完全沉淀時(shí)溶液中鐵離子濃度為10^-5mol/L，則溶液中氫氧根的濃度=$\root{3}{{\frac{{{{10}^{---39}}}}{{{{10}^{---5}}}}}}=5×{10^{---12}}mol/L$，所以氫離子濃度是2×10^-3mol/L，pH=2.7，因此加堿調(diào)節(jié)pH為2.7時(shí)鐵剛好完全沉淀．Zn²⁺濃度為0.1mol/L，根據(jù)氫氧化鋅的溶度積常數(shù)可知開始沉淀時(shí)的氫氧根濃度為=$\sqrt{\frac{{{{10}^{-17}}}}{0.1}}$=10^-8mol/L，氫離子濃度是10^-6mol/L，pH=6，即繼續(xù)加堿調(diào)節(jié)pH為6時(shí)鋅開始沉淀．如果不加雙氧水，則鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵，由于氫氧化亞鐵和氫氧化鋅的溶度積常數(shù)接近，因此在沉淀鋅離子的同時(shí)亞鐵離子也沉淀，導(dǎo)致生成的氫氧化鋅不純，無法分離開Zn²⁺和Fe²⁺．

解答 解：（1）混合液的pH=2，酸過量，c（H⁺）=$\frac{n（{H}^{+}）-n（O{H}^{-}）}{{V}_{總}}$=$\frac{0.1mol/L×{V}_{2}L-0.1mol/L×{V}_{1}L}{{V}_{1}+{V}_{2}}$=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
硫酸過量溶液顯酸性，c 則（H⁺）＞c （OH^-），
故溶液中各種離子的濃度由大到小的排列順序是：c （Na⁺）＞c （SO₄^2-）＞c （H⁺）＞c （OH^-），
故答案為：9：11；c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（2）①多加了1滴NaOH溶液，為堿溶液，c（OH^-）=$\frac{0.05×0.01}{5}$=10^-4mol/L；②少加1滴NaOH溶液，為酸溶液，c（H⁺）=$\frac{0.025×0.02×2}{5}$=10^-4mol/L，c（OH^-）=10^-10mol/L，則①和②溶液中c（OH^-）之比是10⁶：1，
故答案為：10⁶：1；
（3）水解均顯堿性，由pH的大小可知，等體積混合時(shí)AlO₂^-促進(jìn)HCO₃^-的電離，發(fā)生AlO₂^-+HCO₃^-+H₂O=Al（0H）₃↓+CO₃^2-，觀察到白色沉淀，
故答案為：白色沉淀；AlO₂^-+HCO₃^-+H₂O=Al（0H）₃↓+CO₃^2-；
（4）鐵加入稀H₂SO₄和H₂O₂，可被氧化生成Fe³⁺，鐵剛好沉淀完全時(shí)離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1，因Ksp=10^-39，
則c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1{0}^{-39}}{1{0}^{-5}}}$mol/L≈0.5×10^-11mol/L，此時(shí)pH=2.7，如鋅開始沉淀，則c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-17}}{0.1}}$mol/L=10^-8mol/L，此時(shí)pH=6，由表中數(shù)據(jù)可知Zn（OH）₂、Fe（OH）₂的Ksp相近，如不加H₂O₂，則Zn²⁺和Fe²⁺分離不開，
故答案為：Fe³⁺；2.7；6；Zn²⁺和Fe²⁺分離不開；Fe（OH）₂和Zn（OH）₂的Ksp相近；

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池知識(shí)以及物質(zhì)的分離、提純，側(cè)重于原電池的工作原理以及實(shí)驗(yàn)基本操作和注意問題，題目難度中等，有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)．