核心素養下電解質溶液圖象問題大掃描

劉樹領 江蘇 李小君

山東

核心素養下電解質溶液圖象問題大掃描

劉樹領 江蘇 李小君

圖象題就是以圖象為載體來設計問題的一類試題，因其承載著較多的信息量、知識點，使得問題設計靈活而巧妙，并且能較好地考查識圖讀圖能力、靈活運用圖中隱含信息與所學知識解答具體問題的能力，也正好體現出證據推理與模型認知、宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想等化學核心素養所要求的內容，因而圖象題逐漸成為命題的主流。由于需要借助數學知識來分析圖象信息，使得圖象題成為難度較大、區分度較高的試題類型之一。

1.pH(或pOH)-體積的變化曲線

該類圖象題主要表示向某溶液中倒入或滴加另一溶液時，混合溶液的pH(或pOH)隨著混合溶液體積增大而發生變化的曲線，多以電解質溶液的加水稀釋、酸堿中和滴定、多元弱酸鹽與酸反應、銨鹽與堿反應等設計題材，圖象既可以是單曲線變化也有多曲線變化。解決問題的關鍵在于分析曲線的起點、恰好完全反應點、pH=7時對應的溶液組成，進而運用“兩弱三守恒”來分析具體問題。“兩弱”是指弱電解質的電離、鹽類的水解程度一般都較弱；“三守恒”是指電荷守恒(等式中無分子式)、物料守恒(等式中無氫離子與氫氧根離子)、質子守恒(等式中無金屬陽離子或銨根離子)。

例1：常溫下，用0.1 mol/L NaOH溶液分別滴定20.00 mL 濃度均為0.1 mol/L CH3COOH溶液和HCN溶液所得滴定曲線如圖所示。下列說法正確的是

( )

A.點①和點②所示溶液中：c(CH3COO-)

B.點③和點④所示溶液中：c(Na+)>c(OH-)>c(CH3COO-)>c(H+)

C.點①和點②所示溶液中：c(CH3COO-)-c(CN-)=c(HCN)-c(CH3COOH)

D.點②和點③所示溶液中都有：c(CH3COO-)+c(OH-)=c(CH3COOH)+c(H+)

【評析】本題屬于雙曲線圖象題，由兩個獨立的酸堿中和滴定曲線組合而成，主要考查一元弱酸的電離平衡規律、一元弱酸的強弱判斷、鹽類水解規律及三大守恒關系。①中溶質為等量的NaCN和HCN，②中溶質為等量的CH3COONa和CH3COOH。由圖象可知點①顯堿性(NaCN水解大于HCN電離)，點②顯酸性(CH3COOH電離大于CH3COONa水解)，故c(CH3COO-)>c(CN-)，所以A錯。點③pH=7，由電荷守恒可得c(Na+)=c(CH3COO-)>c(H+)=c(OH-)，而④中恰好生成CH3COONa，溶液中存在c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)，故B錯。點①和點②由物料守恒得c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=2c(Na+)、c(CN-)+c(HCN)=2c(Na+)，將兩式相減可得c(CH3COO-)-c(CN-)=c(HCN)-c(CH3COOH)，故C正確。點②和點③所示溶液中都存在電荷守恒c(CH3COO-)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+)，且c(Na+)>c(CH3COOH)，故c(CH3COO-)+c(OH-)>c(CH3COOH)+c(H+)，所以D不正確。

【答案】C

2.微粒分布分數(或系數)-pH(或pOH)的變化曲線

微粒的分布分數是指酸堿以各種形式存在的平衡濃度與其分析濃度的比值，也是各型體在總濃度中所占分數，又稱分布系數，與其總濃度(或分析濃度)無關，各種型體的分布系數之和為1。分布系數曲線是指溶液中溶質(或微粒)的百分含量隨溶液pH變化而變化的曲線圖象，隱含著微粒之間的系列轉化關系，常常會出現多條曲線及曲線相交現象。解題關鍵是理清溶質與酸或堿反應的先后順序，進而確定曲線的對應關系。

( )

A．pH=1.2時，c(H2A)=c(HA-)

B．lg[K2(H2A)]=-4.2

C．pH=2.7時，c(HA-)>c(H2A)=c(A2-)

D．pH=4.2時，c(HA-)=c(A2-)=c(H+)

3．濃度-濃度的變化曲線

例3水的電離平衡曲線如圖所示，下列說法中不正確的是

( )

A．圖中五點的Kw間的關系為B>C>A=D=E

B．若從A點到D點，可采用恒溫條件下，在水中加入少量的醋酸，提高溶液酸性

C．若從A點到C點，可采用恒溫條件下，在水中加入少量的醋酸銨，促進水的電離

D．100℃時，將pH=2的硫酸與0.01 mol/L的KOH溶液等體積混合后，溶液中c(H+)=c(OH-)=10-6mol/L

【評析】本題是兩條水的離子積變化曲線圖象題，考查的知識點有水的電離平衡影響因素(酸和鹽的影響)、水的離子積常數Kw和pH的計算以及溶液酸堿性的判斷。利用A點和B點可以計算出25℃曲線上的Kw=10-14、100℃曲線上的Kw=10-12。同一曲線上點的Kw是相等的，從A點到B點，水的電離是吸熱的，T升高，Kw也增大，故則有Kw大小關系為B>C>A=D=E，故A正確。從A點到D點，c(H+)增大，c(OH-)減小，且c(H+)>c(OH-)，溶液呈酸性，但由于溫度不變，Kw不會改變。所以加入醋酸后，可以滿足從A點到D點的轉移，故B正確。從A點到C點，c(H+)和c(OH-)均增大，Kw增大，所以溫度應升高。故不可能在恒溫條件下操作，所以C錯誤。由圖可知100℃時水的離子積常數Kw=10-12，pH=2的硫酸與0.01 mol/L的KOH溶液等體積混合后恰好完全反應生成K2SO4，溶液呈中性，故c(H+)=c(OH-)=10-6mol/L，pH=6，故D正確。

【答案】C

4．對數的變化曲線

例4常溫下將NaOH溶液添加到己二酸(H2X)溶液中，混合溶液的pH與離子濃度變化的關系如圖所示。下列敘述錯誤的是

( )

A．Ka2(H2X)的數量級為10-6

C．NaHX溶液中c(H+)>c(OH-)

D．當混合溶液呈中性時，c(Na+)>c(HX-)>c(X2-)>c(OH-)=c(H+)

【答案】D

5.溫度-體積變化曲線

該類圖象基于任何化學反應中一定伴隨著能量變化為基礎，描述電解質溶液之間混合時出現的溫度隨溶液體積變化而發生變化的關系，常以酸堿中和反應為素材來設計問題，解題的關鍵在于理解溫度曲線的最高點所表示的含義，即恰好完全反應，進而解答相關問題。

例5室溫下，將1.000 mol·L-1鹽酸滴入20.00 mL 1.000 mol·L-1氨水中，溶液pH和溫度隨加入鹽酸體積變化曲線如圖所示。下列有關說法正確的是

( )

A.a點由水電離出的c(H+)=1×10-14mol·L-1

D.d點后，溫度略下降的主要原因是NH3·H2O電離吸熱

【答案】C

6.導電能力(或電導率)-體積(或濃度)變化曲線

電解質溶液是通過自由移動的離子來實現導電的，其導電能力的強弱主要取決于離子濃度的大小，導電能力的大小常通過電導率來表示，因而就出現了溶液導電能力隨溶液體積(或濃度)變化而變化的曲線。解題的關鍵是找出導電曲線上的最高點，進而分析溶液的組成。

例6常溫下，向10 mL 0.1 mol/L的HR溶液中逐漸滴入0.1 mol/L的NH3·H2O溶液，所得溶液pH及導電性變化如圖。下列分析不正確的是

( )

A．a～b點導電能力增強，說明HR為弱酸

B．b點溶液，c(NH3·H2O)=c(R-)+c(H+)-c(OH-)

D．常溫下，HR和NH3·H2O的電離平衡常數相等

【答案】B

7.溶解度-溫度變化曲線

該類圖象題出現得較少，也比較簡單，實質上就是沉淀溶解平衡曲線。解答時只要抓住溶解度的含義，即可知溶解度曲線上的任一點均達到飽和狀態，對應的溶劑為100 g。

例7溴酸銀(AgBrO3)溶解度隨溫度變化曲線如圖所示，下列說法錯誤的是

( )

A．溴酸銀的溶解是放熱過程

B．溫度升高時溴酸銀溶解速率加快

C．60℃時溴酸銀的Ksp約等于6×10-4

D．若硝酸鉀中含有少量溴酸銀，可用重結晶方法提純

【答案】A

山東省北鎮中學，江蘇省前黃高級中學)