對高考化學熱點試題——酸堿型體分布圖的思考

周偉華

湖南

課題《基于微信公眾平臺的高中化學微課程設計與應用》簡介：收集高中教學過程中不同層次學生遇到的化學問題，結合學生的學習需求，設計出特定主題的微課程資源，如論文、微專題、微課，利用微信公眾平臺的平臺優勢，進行推送和應用，打破地域與時間的限制，讓更多孩子享受到更好的優質教育資源，為一線教師今后設計開發微課程提供參考，打造化學教育品牌。現就課題中關于弱酸與強堿反應體系中酸堿型體分布圖的教學文章展示如下，供同仁參考。

弱酸與強堿反應體系中酸堿型體分布圖類的試題一直是高考化學試題中的熱點題型，是化學核心素養“證據推理與模型認知”“變化觀念與平衡思想”考查的重要載體，本文詳細剖析了幾則典型試題，從知識儲備、題型特征、數據獲取與解讀、模型認知、常見考點等角度進行了分析。建議：在教學中要注重引導學生建構知識體系，把化學基礎知識考點與不同信息呈現形式整合起來，梳理歸納常見考點問題解決的思維模型以及思考角度和方法，掃除認知障礙，改善思維品質，將陳述性知識轉換為程序性知識，將程序化知識自動化，幫助學生形成“證據推理與模型認知”的關鍵能力，跳出題海戰術的魔咒，使復習備課更有針對性。

一、問題的提出

弱酸與強堿反應體系中微粒分布分數圖或微粒濃度分布圖(本文中統稱為酸堿型體分布圖)類試題情境新穎、曲線簡潔直觀、設問角度深刻，對思維能力要求高，最早可以追溯到2010年浙江卷第26題，目前酸堿型體分布圖已經成為了高考化學試題中的熱點題型。

酸堿型體分布圖在高考中呈現的結果統計如下表1：

續表

二、酸堿型體分布圖知識儲備

1.以醋酸為例，介紹醋酸與強堿混合時的酸堿型體分布圖相關知識儲備

(1)酸堿型體：以醋酸為例，它在水溶液中以CH3COOH和CH3COO-兩種型體存在。

(2)分析濃度與平衡濃度：CH3COOH和CH3COO-兩種型體總濃度稱為分析濃度，設為c總, CH3COOH和CH3COO-的平衡濃度分別為c(CH3COOH)和c(CH3COO-)。三者關系為c總= [CH3COOH]+ [CH3COO-]。

(4)分布系數：溶液中某酸堿組分型體的平衡濃度占其總濃度的分數，即為該型體的分布系數，用符號δ表示。分布系數δ(CH3COOH)、δ(CH3COO-)推導如下：

當溶液的pH發生變化時，平衡隨之移動，以致酸堿存在形式的分布情況也跟著變化, 結合表達式可知：δ(CH3COOH)+δ(CH3COO-)=1；對于給定弱酸，分布系數僅與pH有關，與酸的分析濃度c無關；對指定酸堿而言, 物質的量分數是c(H+)的函數,控制溶液pH, 就可以控制溶液中各型體的濃度。

(6)對數函數的性質與“化學證據”的整合：如設pC為溶液中粒子物質的量濃度的負對數,即pC(微粒)=-lgc(微粒), 則需要引導學生意識到：

①pC是一個減函數，微粒濃度大的pC數值小；微粒濃度小的pC數值大。

②掌握pC函數運算的基本規則，如pC(微粒A)=pC(微粒B)，則c(微粒A)=c(微粒B)；pC(微粒)=a， 則c(微粒)=10-amol/L。

③ 分析圖象時，需要將pC數值與pC曲線變化趨勢與微粒在水溶液中的行為聯系起來，綜合考慮電離與水解平衡、三大守恒等化學學科知識。

三、酸堿型體分布圖試題題型特征及考點

酸堿型體分布系數圖的試題，多以弱酸與強堿反應體系為載體，通常指以pH為橫坐標，以分布系數即組分的平衡濃度占總濃度的分數為縱坐標，或組分濃度為縱坐標，即分布系數與溶液pH之間的關系曲線。

此類試題情境新穎、曲線簡潔直觀、設問角度新穎且深刻，對思維能力要求高，綜合性強，難度大，能加深學生對微粒在水溶液中行為以及電解質溶液基本原理的認識。重點考查學生對圖象數據獲取以及解讀能力，是落實模型認知素養的重要載體。思考的起點在于微粒在水溶液中的行為以及電解質溶液基本原理，即需要綜合考慮水解和電離平衡并進行物料守恒和電荷守恒關系式判斷、離子濃度大小比較、平衡常數的表達式書寫和計算。

1.變式常為如下幾種類型

(1)弱酸的類型變化：一元弱酸與強堿混合→二元弱酸與強堿混合→三元弱酸與強堿混合。

(2)縱坐標變化：由分布分數更改為組分濃度或者 pC(溶液中粒子物質的量濃度的負對數) 。

2.常見的考點包括

(1)平衡常數的計算及表達式，如平衡常數的數量級、平衡常數的數值等。

(2)溶液中離子濃度大小比較, 如某pH時，溶液中離子濃度大小比較等。

(3)弱酸強堿酸式鹽溶液酸堿性的判斷。

(4)曲線對應微粒型體的判斷。

(5)基于電解質基本原理的不等式與等式的判斷。

(6)調節pH制備某些物質。

3.以某二元弱酸H2R的酸堿型體分布圖為例，常見考點問題解決的模型如下

(1)酸堿不同型體曲線的判斷：

同時引導學生關注二元弱酸H2R與強堿混合體系中存在的平衡體系，引導學生推導出平衡常數之間的關系，為平衡常數的求解掃除認知障礙，將陳述性知識轉換為程序性知識，將程序性知識轉為自動化處理。

(2)平衡常數的求解：

圖象平衡常數的計算思維模型酸堿型體分布圖(H2R)Ka1先寫出Ka1的表達式,尋找特殊的數據代入表達式計算,c(HR-)=c(H2R)時,Ka1=c(H+) Ka2先寫出Ka2的表達式,尋找曲線上特殊的數據代入表達式計算c(HR-)=c(H2R)時,Ka2=c(H+)Kh1先求出Ka2, 利用水解平衡常數與電離平衡常數的關系求解Kh1=KwKa2Kh2先求出Ka1, 利用水解平衡常數與電離平衡常數的關系求解Kh2=KwKa1其他K先寫出K的表達式,先嘗試用曲線上特殊的數據能否求解,或嘗試將Ka2、Kh1、Kh2 、Ka1的表達式變形求未知K值

(3)二元弱酸的酸式鹽NaHR溶液的酸堿性判斷：

圖象考點思維模型酸堿型體分布圖NaHR溶液的酸堿性判斷讀取溶質主要是NaHR時對應的pH比較HR-電離程度與水解程度的相對大小

某pH時，離子濃度的大小，通常需要先分析對應pH的溶質組成情況，借助圖象讀取數據直接比較濃度大小，必要時需要綜合考慮三大守恒進行數學邏輯推理證明得出結論。

四、典型試題分析與啟示

例一.(2018衡陽二模)設pC為溶液中粒子物質的量濃度的負對數，即：pC=- lgc。25℃時，某濃度的H2R水溶液中，pC(H2R)、pC(HR-)、pC(R2-)隨溶液pH的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是

( )

A.曲線Ⅰ表明，c(R2-)隨著pH增大而逐漸增大

B.pH=1.3時，3c(R2-)+c(OH-)=10-1.3mol·L-1

C.NaHR水溶液中：c(Na+)>c(HR-)>c(OH-)>c(H+)

[答案]D

[解析]根據圖象中曲線的變化趨勢判斷出曲線代表的微粒、熟知對數函數性質和運算規則以及從圖象獲取數據、解釋數據是解此類試題的三大關鍵。

具體解析：H2R溶液中存在電離平衡：

H2R溶液中，R元素的型體中H2R含量最多，其次是HR-，pH增加促進電離平衡正向移動，R2-逐漸增多，結合pC的函數性質可知：

微粒濃度大的pC數值小；微粒濃度小的pC數值大。

因此可以判定：曲線Ⅰ是p[HR-]；曲線Ⅱ是p[H2R]；曲線Ⅲ是p[R2-]。

A項，由上述分析可知A錯誤。

B項，考查電荷守恒關系式，c(HR-)+2c(R2-)+c(OH-)=c(H+)，同時由圖象可知：c(HR-)>c(R2-)，因此3c(R2-)+c(OH-)<10-1.3mol/L。

易錯答案：B、C

易錯提示：根據圖象中曲線的變化趨勢判斷出曲線代表的微粒以及熟知pC函數性質和運算規則是解題兩大關鍵。

A項，從平衡移動角度分析，但是學生由于忽略了pC函數性質, 不能準確判斷三條曲線代表的微粒。

B項，學生沒有意識到該題是考查電荷守恒的變式，亦不知道如何進行數學放縮證明。

D項，學生將方程式平衡常數K的表達式寫出來，嘗試將平衡常數表達式中的各種微粒濃度數值代入求解，但是從圖象上獲取微粒的具體濃度數值較為困難，同時缺乏拼湊已知K的表達式，變形求未知K的敏感性，因此在匆忙之間，放棄解題，隨意選擇了一個答案應付了事。

考點定位：

本題考查了弱電解質電離平衡影響因素、平衡常數的計算、二元弱酸的酸式鹽的酸堿性的判斷、數據獲取及數據解釋能力以及模型認知能力。

啟示：

在教學中要注重引導學生建構知識體系，梳理歸納常見考點問題解決的思維模型以及思考角度和方法，掃除認知障礙，將陳述性知識轉換為程序性知識，才能打破題海戰術的魔咒。

例二.[2017年浙江選考23題]25℃時，在含CH3COOH和CH3COO-的溶液中，CH3COOH、CH3COO-二者中各自所占的物質的量分數(α)隨溶液pH變化的關系如圖所示。

下列說法不正確的是

( )

A.在pH<4.76的溶液中，c(CH3COO-)

B.在pH=7的溶液中，α(CH3COOH)=0，α(CH3COO-)=1.0

C.在pH>4.76的溶液中，c(CH3COO-)與c(OH-)之和可大于c(H+)

D.在pH=4.76的溶液中加鹽酸，α(CH3COOH)與α(CH3COO-)之和保持不變

[答案]B

[解析]A項，根據圖象可判斷pH<4.76時，c(CH3COO-)

B項，在溶液中存在醋酸根的水解平衡以及醋酸的電離平衡，在pH=7的溶液中，醋酸分子的濃度接近0，但不為0，B錯誤。

C項，溶液中的離子，除了醋酸根、氫離子、氫氧根離子外，還有K+或Na+等陽離子, 不然哪來的醋酸根。根據電荷守恒可知，c(CH3COO-)+c(OH-)=c(H+)+nc(Mn+)，因此c(CH3COOH)與c(OH-)之和大于c(H+)。

D項，根據物料守恒可知，α(CH3COOH)與α(CH3COO-)之和保持不變。

易錯答案：B、C

易錯提示：

若直接看酸堿型體分布圖，忽視微粒在水溶液中的行為，容易對B、C選項出現誤判。B選項，由圖可知醋酸分子的濃度數值接近0，考慮微粒在水溶液中的行為，數值不為0，α(CH3COO-)數值接近于1，但不等于1。

五、教學啟示與思考

此類試題曲線簡潔直觀、設問角度深刻，對思維能力要求高，考試時間緊，需要日常教學中引領學生關注微粒在水溶液中的行為，搭建認知模型，整合“化學證據”和“數學模型”，如離子濃度大小比較、平衡常數的求解、強堿弱酸鹽酸堿性判斷等均需要綜合考慮水解與電離平衡以及物料守恒和電荷守恒，甚至必要時需要用數學放縮法、反證法進行選項不等式判斷。

本文系湖南省教育科學“十三五”規劃2018年度立項課題《基于微信公眾平臺的高中化學微課程設計與應用》(課題立項編號：XJK18QJC007)的研究成果