解答電解質溶液圖像問題應具備的四個意識

寧夏 王開山

水溶液中的離子平衡，包括弱電解質的電離、水的電離和溶液的酸堿性、鹽類的水解、難溶電解質的沉淀溶解平衡，是中學化學重要的基本概念和基礎理論，對學生微粒觀、平衡觀、守恒觀和定量觀的培養有很重要的作用，也是教學的重點、難點和高考考查的熱點。

近年來，以圖像為信息呈現方式來綜合考查電解質溶液中離子平衡的題目考頻較高。試題以電離平衡、水解平衡、難溶電解質沉淀溶解平衡為載體，通過設置常數計算、離子濃度大小比較、溶液酸堿性判斷、水的電離程度變化等問題，考查學生信息提取能力、數形結合分析能力、數據處理能力等。筆者在教學中通過強化學生的四個意識，有效提升了學生解答電解質溶液圖像類試題的能力，取得了很好的教學效果，分享如下。

一、常數意識

1.電解質溶液中的常數主要包括弱電解質的電離常數(Ka)、水的電離常數(Kw)、弱酸陰離子或弱堿陽離子的水解常數(Kh)、難溶電解質的沉淀溶解平衡常數(Ksp)。常數揭示了電解質溶液中不同微粒之間的定量關系。

2.常數的大小與濃度、外加試劑等因素無關，只與溫度有關。一般來說，溫度升高，常數的數值增大。

電解質溶液的圖像呈現的是一個動態的變化過程，但影響常數大小的因素只有溫度。強化常數意識可以根據圖像的變化趨勢，選取圖像中的特殊點快速計算常數，解題時一般選取曲線上的交點進行計算。

二、守恒意識

1.電解質溶液中的守恒主要包括：電荷守恒、元素守恒、質子守恒。

2.電荷守恒體現了溶液不帶電的特征。只要溶液中離子的種類確定，電荷守恒式就不變。元素守恒表明了溶液中兩種或多種元素之間的定量關系。質子守恒揭示了電解質溶液中質子轉移的守恒關系。

守恒關系體現了電解質溶液中微粒之間的等量關系。強化守恒意識可以快速解答溶液中離子濃度大小的比較問題和溶液的酸堿性變化等問題。

三、平衡意識

電解質溶液中的平衡主要包括電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡。溶液酸堿性的改變或外加試劑都會引起平衡的移動，移動方向符合勒夏特列原理。強化平衡意識可以根據平衡移動過程中微粒濃度的變化，快速確定曲線代表的含義，以及曲線上各個點的水的電離程度的大小比較問題等。

四、函數意識

1.常數的表達式都可表示為兩個變量的乘積關系，即滿足xy=k(x>0，y>0)的反比例函數關系，圖像為反比例曲線。

2.對常數的數值和常數的兩個乘積變量分別取以10為底的對數或負對數，將乘積關系轉變為加和關系，滿足x+y=k的一次函數關系，圖像為直線。

3.當對某一物理量取以10為底的對數時，數軸數值變化與所取對數的變化是正比關系；當取以10為底的負對數時，數軸數值變化與所取對數的變化是反比關系。

強化函數意識可以通過圖中的曲線或直線函數關系快速計算常數的數值及反應過程中直線或曲線上點的移動軌跡等綜合性問題。

真題賞析

圖1

下列敘述正確的是

( )

A.曲線①代表δ(H2A)，曲線②代表δ(HA-)

B.H2A溶液的濃度為0.200 0 mol·L-1

C.HA-的電離常數Ka=1.0×10-2

D.滴定終點時，溶液中c(Na+)<2c(A2-)+c(HA-)

【答案】C

【圖像分析】該圖像呈現了二元酸中微粒分布系數和溶液pH隨NaOH溶液體積增加的變化過程。整個變化過程中二元酸中的電離常數不變，NaOH溶液滴加后溶液中離子種類不變，即電荷守恒式不變。所以解答該題需要學生具備常數意識和守恒意識。

①常數意識：根據電離平衡常數的表達式和圖中粒子的分布系數隨NaOH的滴入出現的交點個數可以確定H2A的電離過程和曲線代表的微粒。

②守恒意識：根據電荷守恒式可以解答滴定終點時溶液中的離子濃度排序問題。

【例2】(2019·全國卷Ⅱ·12)絢麗多彩的無機顏料的應用曾創造了古代繪畫和彩陶的輝煌。硫化鎘(CdS)是一種難溶于水的黃色顏料，其在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖2所示。下列說法錯誤的是

圖2

( )

A.圖中a和b分別為T1、T2溫度下CdS在水中的溶解度

B.圖中各點對應的Ksp的關系為：Ksp(m)=Ksp(n)

C.向m點的溶液中加入少量Na2S固體，溶液組成由m沿mpn線向p方向移動

D.溫度降低時，q點的飽和溶液的組成由q沿qp線向p方向移動

【答案】B

【圖像分析】該圖像呈現了c(S2-)和c(Cd2+)反比例關系。不同的曲線代表不同的溫度，曲線上的不同點代表同一溫度下不同濃度的c(S2-)和c(Cd2+)。解答該題需要學生具備常數意識、函數意識和平衡意識。

①常數意識、函數意識：CdS的沉淀溶解平衡曲線符合xy=k(x>0，y>0)的反比例函數，即c(Cd2+)×c(S2-)=Ksp(CdS)，根據c(Cd2+)與c(S2-)的反比例關系可以綜合解答曲線及曲線上各點表示的意義。

②平衡意識：根據外加試劑對沉淀溶解平衡移動的影響，可以解答曲線上點的移動軌跡問題。

【例3】(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3所示。下列有關描述錯誤的是

圖3

( )

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

【圖像分析】該圖像以曲線的方式呈現了c(Ag+)和c(Cl-)的反比關系，通過曲線上的點可以計算Ksp(AgCl)，進而進行后續的分析。解答該題需要學生具備常數意識、函數意識和平衡意識。

①常數意識：根據AgCl的沉淀溶解平衡常數表達式：Ksp(AgCl)=c(Ag+)×c(Cl-)可以計算AgCl的溶度積常數和曲線上點的移動問題。

②函數意識：縱軸為-lgc(Cl-)，縱軸的數據與-lgc(Cl-)成反比關系。

③平衡意識：根據沉淀溶解平衡可以解答外加試劑對沉淀溶解平衡移動的影響問題。

【例4】(2017·全國卷Ⅰ·13)常溫下將NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中，混合溶液的pH與離子濃度變化的關系如圖4所示。下列敘述錯誤的是

圖4

( )

A.Ka2(H2X)的數量級為10-6

C.NaHX溶液中c(H+)>c(OH-)

D.當混合溶液呈中性時，c(Na+)>c(HX-)>c(X2-)>c(OH-)=c(H+)

【答案】D

【圖像分析】該圖像以直線的方式呈現了一定溫度下二元弱酸的第一步電離常數和第二步電離常數。直線上的點可以計算電離常數的大小。根據溶液中的守恒式可以確定溶液中離子濃度大小的比較等。解答該題需要學生具備常數意識、函數意識、守恒意識和平衡意識。

①常數意識：己二酸(H2X)是二元弱酸，存在第一步電離和第二步電離，且第一步電離常數大于第二步電離常數。

②函數意識：將常數表達式的兩部分分別取以10為底的負對數和以10為底的對數，可以得到圖中的兩條直線。橫軸取以10為底的對數，橫軸的數據與所取的對數成正比關系。

③平衡意識：NaHX溶液既存在電離平衡也存在水解平衡，根據兩個平衡常數的大小比較可以解答NaHX溶液的酸堿性問題。

電解質溶液圖像問題作為高考的高頻考點，在平時的復習過程中一定要結合圖像多從常數(電離常數、水解常數)、守恒(電荷守恒、元素守恒、質子守恒)、平衡移動、微粒之間存在的函數關系等角度多思考和分析，不斷提高學生對圖像信息捕捉的精準性，以此培養學生思維的有序性、完整性、敏銳性和連貫性，最終實現問題的高效解答和綜合素養整體提升的目標。