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態地描述了電離平衡、鹽類水解平衡、沉淀溶解平衡等變化，體現了“變化觀念與平衡思想”的核心素養的考查；通過分析推理等方法認識電離平衡、鹽類水解平衡、沉淀溶解平衡的本質特征；通過建立平衡模型，突出了“證據推理與模型認知”核心素養的考查。此類試題的主要命題點有水的電離程度的比較、離子濃度的大小關系、電離常數的計算、pH的計算、溶度積的計算，側重學生分析問題、解決問題能力的考查。解答好此類題目必須準確把握平衡的本質和規律、內涵與外延，移動與平衡之間的聯系,建構認知模型和思維模式，從而揭示圖像表征背后所隱含的平衡規律和事物本質。

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:①兩個圖像曲線的起點不同:酸滴定堿的曲線高起點低落點;堿滴定酸的曲線低起點高結點②曲線的pH突躍范圍不同:強酸與強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達到滴定終點時,pH不一定等于7:強酸與強堿滴定終點pH=7;強酸與弱堿滴定終點的pH<7;強堿與弱酸滴定終點的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兩點為中性,Kw(B) 大于Kw(A)②C點為堿性溶液,D點為酸性溶液,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兩點為中性,Kw(B)大于Kw(A)②C點為堿性溶液,D點為酸性溶液,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,但線上所有點的Ksp不變②b點在曲線的上方,Qc(b)>Ksp,為過飽和溶液,將有沉淀生成③d點在曲線的下方,Qc(d)Ksp(CaCO3) ②a、c兩點在Ⅰ曲線上,為CaCO3的飽和溶液③b點在Ⅰ曲線的下方,Qc(b)>Ksp(CaCO3),為過飽和溶液,將有沉淀生成;b點在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,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,鹽酸的pH大加水稀釋到相同的pH,醋酸加水多

3.pH與稀釋倍數的線性關系

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。滴定終點附近溶液pH和導電能力的變化分別如圖所示(利用溶液導電能力的變化可判斷滴定終點；溶液總體積變化忽略不計)。下列說法不正確的是

( )

A.a點對應的溶液中：c(CH3COO-)=c(Na+)

B.a→b過程中，n(CH3COO-)不斷增大

C.c→d溶液導電性增強的主要原因是c(OH-)和c(Na+) 增大

D.根據溶液pH和導電能力的變化可判斷：V2

【答案】C

【解題思路】a點溶液pH=7，則c(H+)=c(OH-)，而電解質溶液中存在電荷守恒：c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)，故c(Na+)=c(CH3COO-)，A項正確；a→b的過程中，溶液中的CH3COOH逐漸被中和，溶液中的CH3COO-的物質的量逐漸增大，B項正確；達到滴定終點前，溶液中的c(CH3COO-)、c(Na+)逐漸增大是溶液導電性逐漸增強的主要原因，C項錯誤；d點以后溶液導電能力增長速率更快，說明V(NaOH)=V3時CH3COOH和NaOH完全反應，達到滴定終點，而pH=7時溶液中溶質為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點和D點水的電離程度相同

【答案】C

【解題思路】由題圖可知，未滴加NaOH溶液時，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，相當于對原NaOH溶液進行稀釋，故c(NaOH)>1 mol·L-1，A項錯誤；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項錯誤；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項錯誤；B點、D點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。下列說法不正確的是

( )

A.a點無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，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的過程中水的電離度一直增大

【答案】C

雙縱坐標類試題的解題思維模型

注：圖像中橫坐標和雙縱坐標所代表的物理意義可能涉及離子濃度、pH、轉化率、溫度、分布系數、濃度等物理量，需仔細甄別，還需要注意曲線與縱坐標的對應關系。