水溶液體系中微粒的分布系數(shù)圖像分類例析

王 春

(北京教育學院)

水溶液體系微粒的分布系數(shù)試題是近年來全國高校自主招生考試和高考試題中考查的熱點內(nèi)容,這類試題通常以微粒的分布系數(shù)圖像為載體,考查復雜水溶液體系中微粒濃度的大小比較、電離常數(shù)及溶液pH 的計算等相關知識內(nèi)容.這類試題深層次地考查了學生的識圖能力和數(shù)據(jù)的提取及加工能力,充分考查了學生的宏觀辨識與微觀探析核心素養(yǎng),在備考過程中要給予高度重視與關注.本文對水溶液體系微粒分布系數(shù)圖像常見考查題型進行分類介紹,以供廣大考生進行考前復習參考.

1 基本知識梳理

分布曲線是指以pH 為橫坐標,分布分數(shù)(即組分的平衡濃度占總濃度的分數(shù))為縱坐標的關系曲線.本文以一元弱酸、二元弱酸和三元弱酸分布系數(shù)進行對比分析,并介紹如何利用分布系數(shù)圖像進行計算.

1.1 幾種常見的弱酸分布系數(shù)圖比較分析

幾種常見分布系數(shù)圖的比較如表1所示.

表1

1.2 用分布系數(shù)圖交點求Ka及pH

例如,H2A 為 二 元 弱 酸.20 ℃時,配 制 一 組c(H2A)＋c(HA－)＋c(A2－)＝0.100 mol·L－1的H2A 和NaOH 的混合溶液,溶液中部分微粒的物質的量濃度隨pH 的變化曲線如圖1所示.

圖1

2 典型例題精析

2.1 一元弱酸微粒分布系數(shù)的考查

圖2

A.曲線①代表δ(CH3COOH),曲線②代表δ(CH3COO－)

B.pH＝7時,

c(Na＋)＝c(CH3COO－)＋c(CH3COOH)

C.a點所示溶液中c(CH3COOH)＝c(CH3COO－)

D.該溫度下CH3COOH 溶液的電離平衡常數(shù)Ka＝10－4.7

依據(jù)圖像可知開始的時候CH3COOH 主要以分子形式存在,隨著CH3COOH 的增加,CH3COOH 分子分布系數(shù)減小,CH3COO－增加,故曲 線 ① 代 表δ(CH3COO－),曲 線 ② 代 表δ(CH3COOH),選 項 A 錯 誤;c(Na＋) ＝c(CH3COO－)＋c(CH3COOH)是CH3COONa溶液的物料守恒式,但是CH3COONa溶液顯堿性,選項B錯誤;由電荷守恒可以得出c(CH3COOH)＝c(CH3COO－),溶液應呈中性,但是由圖可知a溶液顯堿性,選項C錯誤;該溫度下CH3COOH 溶液的電離平衡常數(shù)

由圖可知曲線①與曲線②相交時c(CH3COO－)＝c(CH3COOH),則Ka＝c(H＋)≈10－4.7,選項D 正確.答案為D.

2.2 二元弱酸微粒分布系數(shù)的考查

例2 圖3 是 草 酸 溶 液 中H2C2O4、HC2O－4、C2O2－43種微粒的分布分數(shù)(某微粒物質的量濃度與3種微粒物質的量濃度和的比值)與pH 的關系,下列有關說法不正確的是( ).

圖3

A.H2C2O4?HC2O－4＋H＋,Ka＝10－a

B.NaHC2O4溶液中,c(Na＋)＞c(HC2O－4)＞c(H＋)＞c(C2O2－4)＞c(OH－)

C.向NaHC2O4溶液中加強酸至pH 與a點對應時,溶液中,c(Na＋)＋c(H＋)＝c(C2O2－4)＋c(HC2O－4)＋c(OH－)

D.為使溶液中c(HC2O－4)盡可能多一些,溶液的pH 最好控制在2.7左右

例3 向等物質的量濃度的Na2S、NaOH 混合溶液中滴加稀鹽酸至過量.其中含硫物種(H2S、HS－、S2－)的分布分數(shù)(平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數(shù))與滴加鹽酸體積的關系如圖4所示(忽略滴加過程H2S氣體的逸出).下列說法不正確的是( ).

圖4

A.X、Y為曲線的交點,由X點處的pH 可計算Ka1(H2S)的值

B.Y點對應溶液中c(Na＋)與含硫各微粒濃度的大小關系為

c(Na＋)＝3[c(H2S)＋c(HS－)＋c(S2－)]

C.X、Y點對應溶液中水的電離程度大小關系為X＞Y

D.已知NaHS呈堿性,若向溶液中加入CuSO4溶液至恰好完全反應,所得溶液呈強酸性.其原因是Cu2＋＋HS－＝CuS↓＋H＋

2.3 三元弱酸微粒分布系數(shù)的考查

A.H3AsO4的Kal為10－7

B.圖5-甲中m點:c(Na＋)＞c(H2AsO－3)＞c(H3AsO3)＞c(HAsO2－3)

圖5

C.圖5-乙 中pH ＝2.2 時,c(H3AsO4)＝

c(H2AsO－4)＝c(H＋)

D.把H3AsO3和H3AsO4的水溶液混合在一起時,H3AsO3的Ka1會變小

2.4 二元弱堿微粒分布系數(shù)的考查

例5 室溫下,某二元堿X(OH)2水溶液中相關組分的物質的量分數(shù)隨溶液pH 變化的曲線如圖6所示,下列說法錯誤的是( ).

圖6

A.Kb2的數(shù)量級為10－8

B.X(OH)NO3水溶液顯堿性

C.等物質的量的X(NO3)2和X(OH)NO3混合溶液中c(X2＋)＞c[X(OH)＋]

D.在X(OH)NO3水溶液中,c[X(OH)2]＋c(OH－)＝c(X2＋)＋c(H＋)

下列敘述正確的是( ).

圖7

A.圖中曲線Ⅲ對應的微粒為N2H4

B.聯(lián)氨的第一步電離平衡常數(shù)Kb1＝10－6

C.當溶液中c(N2H2＋6)∶c(N2H＋5)＝1∶1時,c(H＋)＝0.1mol·L－1

水溶液體系微粒的分布系數(shù)圖像是新型酸堿中和滴定圖像,是近幾年高校自主招生和高考命題的新熱點.本文結合典型實例分類介紹了幾種典型弱酸和弱堿的分布系數(shù)圖像試題,希望廣大考生進行參考,并掌握此類試題的特點及解題策略.