溶液中離子平衡典型圖像題賞析

摘 要：溶液中離子平衡圖像是高考化學的必考題型，圖像多具有復雜多變的特征，且每年都有所創新，故而成為學生解題的痛點之處.文章總結了幾種常見的離子平衡典型圖像，結合例題，對圖像解題方法進行分析，旨在為學生學習化學提供一定幫助.

關鍵詞：離子平衡；溶液微粒；圖像

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2024）34-0133-03

收稿日期：2024-09-05

作者簡介：邱榕琴（1986.11—），女，福建省泉州人，本科，中學二級教師，從事高中化學教學研究.

離子平衡是高考化學的重要考點之一，涉及化學物質在溶液中的行為以及離子間的相互作用.這些反應不僅是理解化學反應類型和化學平衡的基礎，也是學生理解日常生活中許多化學現象的關鍵.離子平衡圖像考查的難點在于如何準確解讀圖像，理解反應物之間的相互作用及產物形成過程，學生需要具備較強的化學概念理解能力和反應過程分析能力，才能正確解答這類問題[1].文章通過對離子平衡典型圖像題的剖析，期待提高學生的解題技巧.

1 中和滴定圖像

中和滴定圖像用于展示酸堿中和滴定過程中溶液pH值隨滴定劑加入量的變化.該圖像常以所滴入的酸或堿溶液的體積為橫坐標（V），以中和反應后溶液的pH為縱坐標（pH）而繪制，能夠直觀地反映出滴定過程中溶液酸堿性的變化，以及滴定終點（即酸堿恰好中和時的點）的位置.常見的類型有強酸與強堿互相滴定、強酸滴定弱堿或強堿滴定弱酸.

例1 25 ℃時，向體積為10.00 mL濃度為

0.100 0 mol·L-1的NaHCO3溶液中滴加濃度為

0.100 0 mol·L-1的鹽酸，溶液的pH隨加入的鹽酸的體積V變化如圖1所示.下列有關說法正確的是（" ）.

解析 向NaHCO3溶液中滴加鹽酸，圖像橫坐標代表滴加鹽酸體積，縱坐標代表溶液的pH變化.A選項，在a點時，此時溶液中未滴入鹽酸，NaHCO3在水中會發生電離和水解.NaHCO3的電離方程式為：

NaHCO3Na++HCO-3

HCO-3H++CO2-3

水解方程式為：

HCO-3+H2OH2CO3+OH-

因此，在a點，溶液中存在的物質有Na+、HCO-3、H+、OH-、H2CO3和CO2-3，溶液呈堿性，說明HCO3-水解程度大于電離程度，A選項正確；B選項，b點處，加入一定體積的鹽酸，此時NaHCO3過量，溶液呈中性.溶液中存在的物質有Na+、HCO-3、H+、OH-、H2CO3、CO2-3和Cl-.根據電荷守恒，可得c（H+）+c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（Cl-）+c（OH-）.因為溶液呈中性，所以有c（H+）=c（OH-）.因此，c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（Cl-），B選項正確.c點處，滴加HCl的體積為5 mL，則n（HCl）=12n（NaHCO3），該點為反應的一半點，此時溶液的pH小于7，溶液呈酸性.NaHCO3和HCl發生的反應為：NaHCO3+HClNaCl+H2CO3，溶液中的H+主要來自H2CO3的電離，并非HCO3-的電離.d點處，此時鹽酸加入的體積為10 mL，則溶液的總體積大約為20 mL.因此，c（Na+）=c（Cl-）=0.050 00 mol·L-1，選項錯誤.故答案為AB.

點評 對于中和滴定圖像，首先結合題意，判斷圖像的含義，如在該題中，圖像所代表的是鹽酸滴加入NaHCO3溶液中時溶液pH的變化.考查的重點有不同階段溶液成分的判斷、電離反應、水解反應以及電荷守恒.

2 分布系數圖像

分布系數圖像描述了在不同的pH環境下，弱電解質的物料分布情況，典型的分布系數圖像常以共軛酸堿對為情境[2]，隨著pH的變化，物料分布呈現此消彼長的狀態.

例2 圖2是亞砷酸As（OH）3和酒石酸（H2T，lgKa1=-3.04，lgKa2=-4.37）混合體系中部分物種的c-pH圖（濃度：總As為5.0×10-4 mol·L-1，總T為1.0×10-3 mol·L-1）.下列說法錯誤的是（" ）.

A.As（OH）3的lgKa1為-9.1

B.［As（OH）2T］-的酸性比As（OH）3的強

C.pH=3.1時，As（OH）3的濃度比［As（OH）2T］-的高

D.pH=7.0時，溶液中濃度最高的物種為Ag（OH）3

解析 As（OH）3的電離方程式為：

As（OH）3［As（OH）2O］-+H+，則Ka1=c{［As（OH）2O］-}×c（H+）c［As（OH）3］，當pH=9.1時，c{［As（OH）2O］-}=c［As（OH）3］，因此Ka1=c{［As（OH）2O

］-}×c（H+）c［As（OH）3］=c（H+）=10-9.1，則lgKa1=-9.1，選項A正確.B選項，[As（OH）2T]-電離方程式為［As（OH）2T］-［AsO（OH）T］2-+H+，當pH為4.6時，根據圖像可知，此時Ka=10-4.6，而As（OH）3的Ka1=10-9.1，因此

[As（OH）2T]-的酸性比As（OH）3的強，B選項正確.C選項，As（OH）3曲線對應左坐標讀數，當pH=3.1時，其濃度為0.5×10-3 mol·L-1.[As（OH）2T]-

曲線對應右坐標讀數，當pH=3.1時，其濃度為2×10-6" mol·L-1，因此，As（OH）3的濃度比[As（OH）2T]-的高，選項C正確；D選項，根據題意，已知酒石酸Ka1=10-3.04，Ka2=10-4.37，而As（OH）3的Ka1=10-9.1.因此，酒石酸的第一步電離要遠遠大于As（OH）3的第一步電離，所以，酒石酸的酸性要遠大于As（OH）3酸性.另外總As的濃度也小于總T的濃度，當pH=7.0時，溶液中濃度最高的物種不是As（OH）3，錯誤.

點評 A選項求解電離平衡常數，需要理解在分布系數圖像中，兩個曲線的交點代表電離平衡，找到交點對應的數值，結合公式進行計算即可.B選項，比較兩者的酸性大小以及兩者的電離平衡常數大小即可.C選項，找出曲線對應的特定值進行比較即可.D選項，需要結合信息，分析微粒的濃度大小.由此可知，對于分布圖像，“交點”可用于計算電離平衡常數；找準各曲線代表的意義和對應的濃度是關鍵.

3 對數圖像

在高考化學中，對數圖像是常見的一種考查形式.對數圖像指的是將溶液中某一微粒的濃度或某些微粒濃度的比值取常用對數，然后與溶液中的pH或溶液的體積等關系作出的圖像，該圖像多呈現一次函數關系.

例3 下圖3為Fe（OH）3、Al（OH）3和Cu（OH）2在水中達沉淀溶解平衡時的pM-pH關系圖{pM=-lg［c（M）/（mol·L-1）］;c（M）≤10-5mol·L-1可認為M離子沉淀完全}.下列敘述正確的是（" ）.

A.由a點可求得Ksp［Fe（OH）3］=10-8.5

B.pH=4時Al（OH）3的溶解度過

（10-10/3） mol·L-1

C.濃度均為0.01 mol·L-1的Al3+和Fe3+可通過分步沉淀進行分離

D.Al3+、Cu2+混合溶液中c（Cu2+）=0.2 mol·L-1時二者不會同時沉淀

解析 A選項，a點對應pM=2.5，pH=2，則此時c（H+）=10-2 mol·L-1，-lg［c（Fe3+）=2.5 mol·L-1可得，c（OH-）=10-12 mol·L-1，c（Fe3+）=10-2.5 mol·L-1，因此Ksp［Fe（OH）3］=

c（Fe3+）·c3（H+）=10-38.5，A項錯誤.B選項，當pH=4時，-lg［c（Al3+）=3 mol·L-1，此時c（Al3+）=10-3mol·L-1，因此，Al（OH）3的溶解度為10-3 mol·L-1，B項錯誤；C選項，當c（Fe3+）=10-5 mol·L-1時，根據圖中信息，對應pH＜3，此時Fe3+已經完全沉淀.當c（Al3+）=0.01 mol·L-1時，pM=2，對應的pH值約為3.7.因此，可以Fe3+完全沉淀后，Al3+再開始發生沉淀，兩者可以進行分步分離，C項正確.D選項，當c（Al3+）=10-5 mol·L-1

時，根據圖中信息，對應pH約為4.7，此時Al3+已經完全沉淀.溶液在該pH值時，對應的c（Cu2+）=0.1 mol·L-1＜0.2 mol·L-1，即在Al3+未完全沉淀時，Cu2+已經開始沉淀，因此，兩者會發生同時沉淀，D項錯誤.答案為C.

點評 A選項，求解Ksp[Fe（OH）3]，需要從題干中找出c（OH-）和c（Fe3+），結合a點對應的坐標，即可進行求解.B選項，求解Al3+溶解度，即需找出pH=4時，圖像中對應的pM.C選項，判斷兩種離子能否分步分離，關鍵在于通過圖像，找到其完全沉淀時對應的pH.D選項，判斷二者會不會同時沉淀，仍需要通過圖像，判斷找到其完全沉淀時對應的pH.由此可見，該對數圖像的關鍵，在于找出對應的特殊點，利用橫縱坐標的值進行分析判斷.

4 結束語

離子反應圖像將反應過程與數據處理相結合，通過圖像的形式，學生可以進行推理和判斷.這種方式不僅能提高學生的圖像閱讀和解讀能力，同時也能鍛煉他們的邏輯推理能力以及分析和解決問題的能力.離子反應圖像還能夠促使學生深度理解和掌握“曲線表征”的功能與價值，進一步認識到圖像的本質，從而發展他們的高階思維.

參考文獻：

［1］高濤，高建偉.“離子平衡圖像題”專題復習教學[J].中學化學教學參考，2024（17）：67-69.

[2] 羅科學.水溶液圖像命題特點與解題策略分析[J].高中數理化，2024（11）：75-79.

［責任編輯：季春陽］