數形結合解決水溶液中的離子平衡圖象問題

2019-07-08 10:30:28云南

教學考試(高考化學) 2019年3期

云南

電解質水溶液中的離子平衡問題，是學生學習的難點，更是高考熱點中的難點。多年以來全國高考化學試卷幾乎年年涉及。題型考查的知識點多，靈活性、綜合性較強，有較好的區(qū)分度，能有效地測試出學生對強弱電解質、電離平衡、水的電離、pH、離子反應、鹽類水解等基本概念的掌握程度以及對這些知識的綜合運用能力。圍繞鹽類水解的類型和規(guī)律的應用試題在高考中常有涉及。

水溶液中的離子平衡圖象這類題型常見的考點有：①強弱電解質的比較；②勒夏特列原理在“三大平衡”中的應用；③水的離子積常數、電離常數的應用與計算；④溶液酸堿性的判斷；⑤pH的簡單計算與應用(包括pH的變化規(guī)律、pH的大小比較)；⑥微觀粒子數的大小比較與計算(三大守恒的應用)；⑦溶度積常數的計算與應用等。

解決此類題常用三步法，進行數形結合，可輕松解答。

第一步——識圖象：看清橫坐標軸和縱坐標軸的含義，弄清曲線上的點(起點、交點、拐點、終點)、線(曲線)表達的意義。

第二步——思原理：根據信息明確涉及哪些反應原理，并與相關數據結合起來。解決這類題目必須掌握的知識基礎有：掌握強弱電解質判斷及其電離，鹽類的水解，化學平衡理論(電離平衡、水解平衡)，電離與水解的競爭反應，以及化學反應類型，化學計算，質量守恒、電子守恒等來求解。

第三步——巧結合：將圖象與原理結合起來思考，找準切入點，分析并解決問題。

這類題型較常見的有以下幾種類型：

一、題中直接給出曲線所對應的粒子

【例1】(2018·全國卷Ⅲ·12)用0.100 mol·L-1AgNO3滴定50.0 mL 0.050 0 mol·L-1Cl-溶液的滴定曲線如圖所示。下列有關描述錯誤的是

( )

A.根據曲線數據計算可知Ksp(AgCl)的數量級為10-10

B.曲線上各點的溶液滿足關系式c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp(AgCl)

C.相同實驗條件下，若改為0.040 0 mol·L-1Cl-，反應終點c移到a

D.相同實驗條件下，若改為0.050 0 mol·L-1Br-，反應終點c向b方向移動

【答案】C

【點撥】本題應該從題目所給的圖象入手，尋找特定數據判斷題目中的沉淀滴定的具體過程，依溶度積定義及滴定終點數據分析圖象是解答本題的關鍵。(1)識圖象：橫坐標是加入硝酸銀溶液的體積，縱坐標是氯離子濃度的負對數。c點在曲線上，是滴定終點；b、c點橫坐標相同，a、c點縱坐標相同。(2)思原理：沉淀滴定、Ksp的計算、鹵化銀的溶解性、圖象分析、對數函數等。(3)巧結合：根據圖象變化與相關原理分析，本題雖然選擇學生不太熟悉的滴定過程——沉淀滴定，但其內在原理實際和酸堿中和滴定是一樣的，即理論終點都應該是恰好反應的點，這樣就能判斷溶液發(fā)生改變的時候，滴定終點如何變化了。

【解析】A.用0.100 mol·L-1AgNO3滴定50.0 mL 0.050 0 mol·L-1Cl-溶液，達到滴定終點時消耗AgNO3溶液25.0 mL，此點對應的縱坐標值-lg(Cl-)約等于5，即：c(Cl-)≈10-5mol·L-1，而此時：c(Cl-)=c(Ag+)，Ksp(AgCl)=c(Cl-)·c(Ag+)≈10-10，A正確；

B.由于Ksp(AgCl)極小，所以向溶液滴加硝酸銀就會有沉淀析出，形成氯化銀的飽和溶液，所以曲線上各點的溶液滿足關系式c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp(AgCl)，B正確；

C.達到滴定終點時，一定有n(Cl-)=n(Ag+)，故將50 mL 0.05 mol·L-1的Cl-溶液改為50 mL 0.04 mol·L-1的Cl-溶液后，達到滴定終點需要加入硝酸銀的量也是原來的0.8倍，因此應該由c點的25 mL變?yōu)?5×0.8=20 mL，而a點對應的是15 mL，C錯誤；

D.鹵化銀從氟化銀到碘化銀的溶解度逐漸減小，Ksp(AgCl)大于Ksp(AgBr)，將50 mL 0.05 mol·L-1的Cl-溶液改為50 mL 0.05 mol·L-1的Br-溶液，達到滴定終點時，一定有n(Br-)=n(Ag+)，所以滴定終點的橫坐標不變，但是因為溴化銀更難溶，所以終點時，c(Br-)應該比原終點時c(Cl-)更小，反應終點從曲線上的c點向b點方向移動，D正確。

( )

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+)

【答案】D

【點撥】(1)識圖象：橫坐標是pH，縱坐標是各粒子的物質的量分數δ(X)，pH=1.2時δ(H2A)=δ(HA-)，pH=2.7時δ(H2A)=δ(A2-)，pH=4.2時δ(HA-)=δ(A2-)；隨pH增大，δ(H2A)逐漸減小，δ(HA-)先增大后減小，δ(A2-)逐漸增大。(2)思原理：弱電解質的電離、對數函數、電離平衡常數的計算等。(3)巧結合：該題綜合性強，該題解答時注意利用守恒的思想解決問題，結合電離平衡常數以及題給相關數據，根據縱坐標比較各粒子濃度大小。