突破水溶液中的離子反應與平衡圖像問題

翟金玲

(山東省沂源縣第一中學)

高考試題對水溶液中的離子反應與平衡圖像考查主要有三個方面:1)宏觀考查電離平衡、水解平衡、溶解平衡的移動及平衡常數,體現平衡觀;2)微觀考查溶液中微粒的濃度,體現變化觀、主次觀和守恒觀;3)數形結合,考查理解與辨析、分析與推測的能力.這類圖像題是學生感覺難度較大的高考選擇題,情境復雜,圖像多變.本文給出思維模型并結合例題進行分析,以幫助學生復習備考.

1 識圖、辨圖、用圖

1)識圖思維模型:一面二線三看點→結合情境想規律→針對問題做判斷.

2)辨圖思維模型:分析離子反應中的物質變化→分析平衡移動產生的物質變化.

3)用圖思維模型:定性分析線的變化趨勢→定量讀取點的坐標.

例1(2021年遼寧卷)用0.1000mol?L－1鹽酸滴定20.00mLNa2A 溶液,溶液中H2A、HA－、A2－的分布分數δ隨pH 變化曲線及滴定曲線如圖1所示.下列說法正確的是( ).

圖1

A.H2A 的Ka1為10－10.25

B.c點:c(HA－)＞c(A2－)＞c(H2A)

C.第一次突變,可選酚酞作指示劑

D.c(Na2A)＝0.2000mol?L－1

分析1)識圖:明確坐標含義.橫坐標從原點向左表示組分分布分數逐漸增大,從原點向右表示HCl溶液體積逐漸增大,縱坐標表示pH.2)辨圖:分析物質變化.加入鹽酸發生反應:Na2A ＋HCl＝NaCl＋NaHA;NaHA＋HCl＝NaCl＋H2A.pH 較大時A2－的分布分數最大,隨著pH 的減小,A2－的分布分數逐漸減小,HA－的分布分數逐漸增大,恰好生成NaHA之后,HA－的分布分數逐漸減小,H2A 的分布分數逐漸增大.3)用圖:從問題出發思考如何用圖.根據H2A的Ka1表達式分析,圖中c(HA－)＝c(H2A)的交點對應的c(H＋)即為Ka1,由圖可知d點pH＝6.38,故Ka1＝10－6.38,選項A 錯誤.由c點可以直接比較出c(HA－)＞c(H2A)＞c(A2－),選項B錯誤.第一次突變終點時的物質為NaCl和NaHA 混合液,利用圖中δ(HA－)最大時讀取其pH＝8.32,溶液呈堿性,選用酚酞作指示劑,選項C正確.根據e點可知,當加入鹽酸40mL時,20mL Na2A 恰好完全反應生成H2A:Na2A＋2HCl＝2NaCl＋H2A,計算可知,c(Na2A)＝0.1000mol?L－1,選項D 錯誤.答案為C.

2 微粒關系判斷

判斷微粒關系的思維模型如下.

例2(2021 年湖南卷)常溫下,用0.1000 mol?L－1的鹽酸分別滴定20.00mL濃度均為0.2000 mol?L－1的3種一元弱酸的鈉鹽(NaX、NaY、NaZ)溶液,滴定曲線如圖2所示.下列判斷錯誤的是( ).

圖2

A.該 NaX 溶液中:c(Na＋)＞c(X－)＞c(OH－)＞c(H＋)

B.3 種一元弱酸的電離常數:Ka(HX)＞Ka(HY)＞Ka(HZ)

C.當pH＝7 時,3種溶液中:c(X－)＝c(Y－)＝c(Z－)

D.分別滴加20.00mL鹽酸后,再將3種溶液混合:c(X－)＋c(Y－)＋c(Z－)＝c(H＋)－c(OH－)

分析1)確定溶質比大小時,定性分析其主次關系.NaX 溶液中存在反應:NaX＝Na＋＋X－(主);X－＋H2O?HX＋OH－(次);H2O?H＋＋OH－(再次).分析主次關系可得濃度關系:c(Na＋)＞c(X－)＞c(OH－)＞c(H＋),選項A 正確.

2)圖中滴定終點的pH:NaZ＞NaY＞NaX,故HX、HY、HZ3 種一元弱酸的酸性依次減弱,可得Ka(HX)＞Ka(HY)＞Ka(HZ),選項B正確.

3)已知酸堿性的等式關系判斷時,優先考慮電荷守恒.pH＝7 時,用A－表示X,Y,Z,溶液中存在c(Na＋)＋c(H＋)＝c(A－)＋c(OH－)＋c(Cl－),c(H＋)＝c(OH－)時c(Na＋)＝c(A－)＋c(Cl－),酸越弱,向鹽溶液中加入鹽酸的體積越大,酸根離子的濃度越小.選項C錯誤.

4)判斷等式關系時,考慮電荷與物料守恒.滴加20.00mL鹽酸均為恰好反應,溶質為等濃度NaCl和HA 的混合溶液,將3種溶液混合后,存在電荷守恒:

物料守恒:c(Na＋)＝c(Cl－),兩式聯立約去c(Cl－)可得c(X－)＋c(Y－)＋c(Z－)＝c(H＋)－c(OH－),選項D 正確.

綜上所述該題選C.

例3人體血液中存在等緩沖對.常溫下,水溶液中各緩沖對的微粒濃度之比的對數值或與pH 的關系如圖3 所示.已知碳酸pKa1＝6.4、磷酸pKa2＝7.2(pKa＝－lgKa).則下列說法正確的是( ).

圖3

C.a→b的過程中水的電離程度逐漸減小

D.c點時,溶液中

分析1)相同變量不同變化趨勢時,定性辨圖.pH增大,c(OH－)增大,c(H2CO3)減小時,增大,故減小,同理增大,曲線Ⅰ表示與pH的變化關系,選項A 錯誤.

2)K的表達式中處于分子和分母的溶質微粒,可以借助K恒溫為定值,根據圖像進行比較.

c點時,pH ＞7.2,則,即,所以,選項D正確.

綜上分析,該題答案為D.

水溶液中的離子反應與平衡圖像題還包括圖像中常數計算,解題時可采用如下思維模型:求數找點→找明確坐標點(起點、終點、交點等)→結合表達式特點和圖像信息找到該點→利用坐標值計算.

(完)