水溶液體系中微粒的分布系數圖像分類例析

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容,這類試題通常以微粒的分布系數圖像為載體,考查復雜水溶液體系中微粒濃度的大小比較、電離常數及溶液pH 的計算等相關知識內容.這類試題深層次地考查了學生的識圖能力和數據的提取及加工能力,充分考查了學生的宏觀辨識與微觀探析核心素養,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(即組分的平衡濃度占總濃度的分數)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進行對比分析,并介紹如何利用分布系數圖像進行計算.

1.1 幾種常見的弱酸分布系數圖比較分析

幾種常見分布系數圖的比較如表1所示.

表1

1.2 用分布系數圖交點求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Ka＝10－4.7

依據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

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(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(平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數)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.聯氨的第一步電離平衡常數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.