常温下,假设1L水溶液中 C o ^ 2 + 和 C _…——2025 高考化学第 15 题答案解析

2025_山东选择性考试

2025 山东 第 15 题 多选题 区分题
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15.常温下,假设1L水溶液中 $\mathrm { C o } ^ { 2 + }$ 和 $\mathrm { C } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 4 } ^ { 2 - }$ 初始物质的量浓度均为0.01mol·L1。平衡条件下,体系中全部四种含碳物种的摩尔分数随pH的变化关系如图所示(忽略溶液体积变化)。

已知:体系中含钴物种的存在形式为 $\mathrm { C o } ^ { 2 \cdot } , \mathrm { C o C } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 4 } ( \mathrm { s } )$ 和 Co(OHI)₂(s) ; $\mathrm { K } _ { \mathrm { s p } } \left( \mathrm { C o C } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 4 } \right) = 6 . 0 \times 1 0 ^ { - 8 }$ $\mathrm { K } _ { \mathrm { s p } } \left[ \mathrm { C o ( O H ) } _ { 2 } \right] = 5 . 9 \times 1 0 ^ { - 1 5 }$

下列说法正确的是()

A. 甲线所示物种为 $\mathrm { H C } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 4 } ^ { - }$
B. $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { C } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 4 }$ 的电离平衡常数 $\mathrm { K } _ { a 2 } = 1 0 ^ { - 8 }$
C. $\mathfrak { p } \mathrm { H } = \mathrm { a }$ 时, $\mathrm { C o } ^ { 2 + }$ 物质的量浓度为 $1 . 6 { \times } 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { m o l } { \cdot } \mathrm { L } ^ { - 1 }$
D. pH=b时,物质的量浓度: $\mathrm { c } \left( \mathrm { O H } ^ { - } \right) < \mathrm { c } \left( \mathrm { C } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 4 } ^ { 2 - } \right)$
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【答案】CD

【解析】本题考察了溶液中的各离子含量,及反应的随PH变化的图像问题。A选项:随着pH增大,溶液碱性增强, $H _ { 2 } C _ { 2 } O _ { 4 }$ 会逐渐失去 $H ^ { + }$ 。在酸性较强时,首先出现的含碳物种应该是 $H _ { 2 } C _ { 2 } O _ { 4 }$ ,随着 pH增大, $H _ { 2 } C _ { 2 } O _ { 4 }$ 电离出 $H ^ { + } 4$ 成 $H C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { - }$ ,所以甲线所示物种为 $H _ { 2 } C _ { 2 } O _ { 4 }$ ,A错误。B 选项:当 $p H = a$ 时, $H _ { 2 } C _ { 2 } O _ { 4 }$ 和 $C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - }$ 的摩尔分数均为0.08,则 $H C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { - }$ 的摩尔分数为$1 - 0 . 0 8 - 0 . 0 8 = 0 . 8 4$ $H _ { 2 } C _ { 2 } O _ { 4 }$ 的二级电离方程式为 $H C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { - } = H ^ { + } + C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - }$ $K _ { a 2 } = { \frac { c ( H ^ { + } ) \cdot c ( C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - } ) } { c ( H C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { - } ) } }$ 。由图可知此时 $p H = a , c ( H ^ { + } ) = 1 0 ^ { - a }$ ,根据摩尔分数与浓度的关系(在同一体系中,物质的量浓度之比等于摩尔分数之比),$K _ { a 2 } = \frac { c ( H ^ { + } ) \cdot c ( C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - } ) } { c ( H C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { - } ) } = c ( H ^ { + } ) \times \frac { 0 . 0 8 } { 0 . 8 4 }$ 。因为 $p H = \pmb { a } _ { \mathbb { H } } \dag$ $H _ { 2 } C _ { 2 } O _ { 4 }$ 和 $C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - }$ 的摩尔分数相等,根据 $H _ { 2 } C _ { 2 } O _ { 4 }$ 的电离 $H _ { 2 } C _ { 2 } O _ { 4 } = H ^ { + } + H C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { - } \quad , H C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { - } = H ^ { + } + C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - }$ $K _ { a 1 } \cdot K _ { a 2 } = { \frac { c ( H ^ { + } ) \cdot c ( C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - } ) } { c ( H C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { - } ) } }$ ,此时 $. c ( C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - } ) = c ( H _ { 2 } C _ { 2 } O _ { 4 } )$ ,所以

$K _ { a 1 } \cdot K _ { a 2 } = c ^ { 2 } ( H ^ { + } )$ 。又因为 $K _ { a 2 } = { \frac { c ( H ^ { + } ) \cdot c ( C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - } ) } { c ( H C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { - } ) } }$ ,当 $p H = a _ { \mathbb { H } } ,$

$K _ { a 2 } = 1 0 ^ { - a } \times \frac { 0 . 0 8 } { 0 . 8 4 } \neq 1 0 ^ { - 8 }$ ,B错误。

C 选项:当 $p H = a$ 时,溶液中存在 $C o C _ { 2 } O _ { 4 } ( \vartheta ) C o ^ { 2 + } ( a q ) + C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - } ( a q )$

$$ \mathbf { K } _ { s \mathrm { p } } ( \mathbf { C o C } _ { 2 } \mathbf { 0 } _ { 4 } ) = \mathbf { c } ( \mathbf { C o } ^ { 2 + } ) \cdot \mathbf { c } ( \mathbf { C } _ { 2 } \mathbf { 0 } _ { 4 } ^ { 2 - } ) = 6 . 0 \times 1 0 ^ { - 8 } $$

由前面分析可知 $| p H = a$ 时, $C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - }$ 的摩尔分数为0.08,初始 $C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - }$ 浓度为 $\phantom { } _ { j } 0 . 0 1 m o l / L$ ,则此$\mathbf { \boldsymbol { \mathbf { \mathit { H } } } } \mathbf { \boldsymbol { \mathbf { \mathit { C } } } } [ \mathbf { \boldsymbol { C } } _ { 2 } \mathbf { \boldsymbol { \mathbf { \mathit { 0 } } } } _ { 4 } ^ { 2 - } ] = 0 . 0 1 \mathbf { \bmod { \boldsymbol { \mathbf { \mathit { I } } } } } \mathbf { \boldsymbol { L } } \times 0 . 0 8 = \mathbf { \boldsymbol { \& } } \times 1 0 ^ { - 4 } \mathbf { \bmod { \boldsymbol { \mathbf { \mathit { I } } } } } \mathbf { \boldsymbol { L } }$ 0

所以 $\mathbf { c } \big ( \mathbf { C 0 } ^ { 2 + } \big ) = \frac { \mathbf { K } _ { \mathrm { s p } } \big ( \mathbf { C 0 C } _ { 2 } \mathbf { 0 } _ { 4 } \big ) } { \mathbf { c } \big ( \mathbf { C } _ { 2 } \mathbf { 0 } _ { 4 } ^ { 2 - } \big ) } = \frac { 6 . 0 \times 1 0 ^ { - 8 } } { 8 \times 1 0 ^ { - 4 } } = 1 . 6 \times 1 0 ^ { - 3 } \mathbf { m o l } / \mathbf { L }$ ,C 正确

D 选项:当 $P ^ { \large H } = b _ { \large \Pi \cdot } .$ $C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - } \chi _ { \parallel } H C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { - }$ 的摩尔分数相等,均为0.5,则 $\mathbf { c } ( \mathbf { C } _ { 2 } \mathbf { 0 } _ { 4 } ^ { 2 - } ) = \mathbf { \ } 0 . 0 1 \mathbf { m o l / L } \times 0 . 5 = 5 \times 1 0 ^ { - 3 } \mathbf { m o l / L }$

此时 $p H = b , c ( H ^ { + } ) = 1 0 ^ { - b } , c ( O H ^ { - } ) = \frac { K _ { w } } { c ( H ^ { + } ) }$ ,因为b值不确定,但从图中可知对应的溶液仍为酸性(pH小于7), $c ( O H ^ { - } ) < 1 0 ^ { - 7 } m o l / L$ ,所以 $c ( O H ^ { - } ) < c ( C _ { 2 } O _ { 4 } ^ { 2 - } )$ ,D正确。

【分值】4分

三、非选择题:本题共5小题,共60分。

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