高考中離子平衡圖像分析題模型探究

黑龍江 崔廣龍

溶液中離子平衡的圖像往往是從多角度動(dòng)態(tài)地描述了電離平衡、鹽類水解平衡、沉淀溶解平衡等變化，體現(xiàn)了“變化觀念與平衡思想”的核心素養(yǎng)的考查；通過(guò)分析推理等方法認(rèn)識(shí)電離平衡、鹽類水解平衡、沉淀溶解平衡的本質(zhì)特征；通過(guò)建立平衡模型，突出了“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的考查。此類試題的主要命題點(diǎn)有水的電離程度的比較、離子濃度的大小關(guān)系、電離常數(shù)的計(jì)算、pH的計(jì)算、溶度積的計(jì)算，側(cè)重學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的考查。解答好此類題目必須準(zhǔn)確把握平衡的本質(zhì)和規(guī)律、內(nèi)涵與外延，移動(dòng)與平衡之間的聯(lián)系,建構(gòu)認(rèn)知模型和思維模式，從而揭示圖像表征背后所隱含的平衡規(guī)律和事物本質(zhì)。

一、酸堿中和滴定曲線

鹽酸滴定等濃度等體積的氫氧化鈉、氨水的滴定曲線氫氧化鈉滴定等濃度等體積的鹽酸、醋酸的滴定曲線提醒:①兩個(gè)圖像曲線的起點(diǎn)不同:酸滴定堿的曲線高起點(diǎn)低落點(diǎn);堿滴定酸的曲線低起點(diǎn)高結(jié)點(diǎn)②曲線的pH突躍范圍不同:強(qiáng)酸與強(qiáng)堿滴定的突躍范圍最大;弱酸或弱堿滴定的曲線突躍范圍變窄③達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí),pH不一定等于7:強(qiáng)酸與強(qiáng)堿滴定終點(diǎn)pH=7;強(qiáng)酸與弱堿滴定終點(diǎn)的pH<7;強(qiáng)堿與弱酸滴定終點(diǎn)的pH>7

二、Kw和Ksp曲線

1.Kw曲線

不同溫度下水溶液中c(H+)與c(OH-)的變化曲線曲線變形:pH-pOH曲線提醒: ①A、B兩點(diǎn)為中性,Kw(B) 大于Kw(A)②C點(diǎn)為堿性溶液,D點(diǎn)為酸性溶液,Kw(A)=Kw(C)=Kw(D)③AB直線左上方均為堿性溶液,右下方均為酸性溶液提醒:①A、B兩點(diǎn)為中性,Kw(B)大于Kw(A)②C點(diǎn)為堿性溶液,D點(diǎn)為酸性溶液,Kw(A)=Kw(C)=Kw(D) ③AB直線左上方均為酸性溶液,右下方均為堿性溶液

2.Ksp曲線

常溫下,CaSO4在水中的溶解平衡曲線(Ksp=9×10-6)曲線變形:pMpR曲線①a、c兩點(diǎn)在曲線上,a→c的變化為增大c(SO2-4),例如向溶液中加入Na2SO4固體,但線上所有點(diǎn)的Ksp不變②b點(diǎn)在曲線的上方,Qc(b)>Ksp,為過(guò)飽和溶液,將有沉淀生成③d點(diǎn)在曲線的下方,Qc(d)Ksp(CaCO3) ②a、c兩點(diǎn)在Ⅰ曲線上,為CaCO3的飽和溶液③b點(diǎn)在Ⅰ曲線的下方,Qc(b)>Ksp(CaCO3),為過(guò)飽和溶液,將有沉淀生成;b點(diǎn)在Ⅱ曲線的上方,Qc(b)

三、溶液稀釋的圖像

1.相同體積、相同濃度的鹽酸和醋酸

加水稀釋相同的倍數(shù),醋酸的pH大加水稀釋相同的pH,鹽酸加的水多

2.相同體積、相同pH的鹽酸和醋酸

加水稀釋相同的倍數(shù),鹽酸的pH大加水稀釋到相同的pH,醋酸加水多

3.pH與稀釋倍數(shù)的線性關(guān)系

四、各組分分布曲線

命題角度1 酸堿中和滴定曲線

【例1】用一定濃度NaOH溶液滴定某醋酸溶液。滴定終點(diǎn)附近溶液pH和導(dǎo)電能力的變化分別如圖所示(利用溶液導(dǎo)電能力的變化可判斷滴定終點(diǎn)；溶液總體積變化忽略不計(jì))。下列說(shuō)法不正確的是

( )

A.a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶液中：c(CH3COO-)=c(Na+)

B.a→b過(guò)程中，n(CH3COO-)不斷增大

C.c→d溶液導(dǎo)電性增強(qiáng)的主要原因是c(OH-)和c(Na+) 增大

D.根據(jù)溶液pH和導(dǎo)電能力的變化可判斷：V2

【答案】C

【解題思路】a點(diǎn)溶液pH=7，則c(H+)=c(OH-)，而電解質(zhì)溶液中存在電荷守恒：c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)，故c(Na+)=c(CH3COO-)，A項(xiàng)正確；a→b的過(guò)程中，溶液中的CH3COOH逐漸被中和，溶液中的CH3COO-的物質(zhì)的量逐漸增大，B項(xiàng)正確；達(dá)到滴定終點(diǎn)前，溶液中的c(CH3COO-)、c(Na+)逐漸增大是溶液導(dǎo)電性逐漸增強(qiáng)的主要原因，C項(xiàng)錯(cuò)誤；d點(diǎn)以后溶液導(dǎo)電能力增長(zhǎng)速率更快，說(shuō)明V(NaOH)=V3時(shí)CH3COOH和NaOH完全反應(yīng)，達(dá)到滴定終點(diǎn)，而pH=7時(shí)溶液中溶質(zhì)為CH3COONa和CH3COOH，故V2

命題角度2Kw曲線變形：pH-pOH曲線

【例2】已知：pH=-lgc(H+)，pOH=-lgc(OH-)。常溫下，向某濃度的鹽酸中滴加NaOH溶液，所得溶液pOH和pH變化如圖所示。下列說(shuō)法正確的是

( )

A.鹽酸與NaOH溶液的濃度相等

B.升高溫度，滴定過(guò)程中pOH+pH>14

C.將滴加NaOH溶液改為滴加氨水，該圖曲線不變

D.B點(diǎn)和D點(diǎn)水的電離程度相同

【答案】C

【解題思路】由題圖可知，未滴加NaOH溶液時(shí)，鹽酸的pH=0，則c(H+)=1 mol·L-1，即c(HCl)=1 mol·L-1，最終pH=14，則c(OH-)=1 mol·L-1，由于最終所得溶液是NaCl和NaOH的混合溶液，相當(dāng)于對(duì)原NaOH溶液進(jìn)行稀釋，故c(NaOH)>1 mol·L-1，A項(xiàng)錯(cuò)誤；升高溫度，水的離子積Kw增大，即c(H+)·c(OH-)>10-14，pH=-lgc(H+)，pOH=-lgc(OH-)，故pOH+pH<14，B項(xiàng)錯(cuò)誤；若將滴加NaOH溶液改為滴加氨水，由于NH3·H2O為弱堿，而飽和氨水的pH約為12，故最終所得溶液pH不可能為14，C項(xiàng)錯(cuò)誤；B點(diǎn)、D點(diǎn)水的電離均受到抑制，且由水電離出的c(H+)=c(OH-)=10-10mol·L-1，D項(xiàng)正確。

命題角度3Ksp曲線變形：pM-pR曲線

【例3】已知pA=-lgc(A)。三種金屬硫化物在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是

( )

A.a點(diǎn)無(wú)ZnS沉淀析出

B.可用MnS除去MnCl2溶液中混有的少量ZnCl2

C.向CuS懸濁液中加入少量水，平衡向CuS溶解的方向移動(dòng)，c(S2-)增大

【答案】C

命題角度4 分布曲線

( )

A.pH=1.2的溶液中：c(K+)+c(H+)=c(OH-)+c(H2C2O4)

C.常溫下，將相同物質(zhì)的量的KHC2O4和K2C2O4固體完全溶于水所得混合液的pH為4.2

D.向pH=1.2的溶液中加KOH溶液使pH增大至4.2的過(guò)程中水的電離度一直增大

【答案】C

雙縱坐標(biāo)類試題的解題思維模型

注：圖像中橫坐標(biāo)和雙縱坐標(biāo)所代表的物理意義可能涉及離子濃度、pH、轉(zhuǎn)化率、溫度、分布系數(shù)、濃度等物理量，需仔細(xì)甄別，還需要注意曲線與縱坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。