数形结合解决水溶液中的离子平衡图象问题

2019-07-08 10:30云南

教学考试(高考化学) 2019年3期

云南

电解质水溶液中的离子平衡问题，是学生学习的难点，更是高考热点中的难点。多年以来全国高考化学试卷几乎年年涉及。题型考查的知识点多，灵活性、综合性较强，有较好的区分度，能有效地测试出学生对强弱电解质、电离平衡、水的电离、pH、离子反应、盐类水解等基本概念的掌握程度以及对这些知识的综合运用能力。围绕盐类水解的类型和规律的应用试题在高考中常有涉及。

水溶液中的离子平衡图象这类题型常见的考点有：①强弱电解质的比较；②勒夏特列原理在“三大平衡”中的应用；③水的离子积常数、电离常数的应用与计算；④溶液酸碱性的判断；⑤pH的简单计算与应用(包括pH的变化规律、pH的大小比较)；⑥微观粒子数的大小比较与计算(三大守恒的应用)；⑦溶度积常数的计算与应用等。

解决此类题常用三步法，进行数形结合，可轻松解答。

第一步——识图象：看清横坐标轴和纵坐标轴的含义，弄清曲线上的点(起点、交点、拐点、终点)、线(曲线)表达的意义。

第二步——思原理：根据信息明确涉及哪些反应原理，并与相关数据结合起来。解决这类题目必须掌握的知识基础有：掌握强弱电解质判断及其电离，盐类的水解，化学平衡理论(电离平衡、水解平衡)，电离与水解的竞争反应，以及化学反应类型，化学计算，质量守恒、电子守恒等来求解。

第三步——巧结合：将图象与原理结合起来思考，找准切入点，分析并解决问题。

这类题型较常见的有以下几种类型：

一、题中直接给出曲线所对应的粒子

【例1】(2018·全国卷Ⅲ·12)用0.100 mol·L-1AgNO3滴定50.0 mL 0.050 0 mol·L-1Cl-溶液的滴定曲线如图所示。下列有关描述错误的是

( )

A.根据曲线数据计算可知Ksp(AgCl)的数量级为10-10

B.曲线上各点的溶液满足关系式c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp(AgCl)

C.相同实验条件下，若改为0.040 0 mol·L-1Cl-，反应终点c移到a

D.相同实验条件下，若改为0.050 0 mol·L-1Br-，反应终点c向b方向移动

【答案】C

【点拨】本题应该从题目所给的图象入手，寻找特定数据判断题目中的沉淀滴定的具体过程，依溶度积定义及滴定终点数据分析图象是解答本题的关键。(1)识图象：横坐标是加入硝酸银溶液的体积，纵坐标是氯离子浓度的负对数。c点在曲线上，是滴定终点；b、c点横坐标相同，a、c点纵坐标相同。(2)思原理：沉淀滴定、Ksp的计算、卤化银的溶解性、图象分析、对数函数等。(3)巧结合：根据图象变化与相关原理分析，本题虽然选择学生不太熟悉的滴定过程——沉淀滴定，但其内在原理实际和酸碱中和滴定是一样的，即理论终点都应该是恰好反应的点，这样就能判断溶液发生改变的时候，滴定终点如何变化了。

【解析】A.用0.100 mol·L-1AgNO3滴定50.0 mL 0.050 0 mol·L-1Cl-溶液，达到滴定终点时消耗AgNO3溶液25.0 mL，此点对应的纵坐标值-lg(Cl-)约等于5，即：c(Cl-)≈10-5mol·L-1，而此时：c(Cl-)=c(Ag+)，Ksp(AgCl)=c(Cl-)·c(Ag+)≈10-10，A正确；

B.由于Ksp(AgCl)极小，所以向溶液滴加硝酸银就会有沉淀析出，形成氯化银的饱和溶液，所以曲线上各点的溶液满足关系式c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp(AgCl)，B正确；

C.达到滴定终点时，一定有n(Cl-)=n(Ag+)，故将50 mL 0.05 mol·L-1的Cl-溶液改为50 mL 0.04 mol·L-1的Cl-溶液后，达到滴定终点需要加入硝酸银的量也是原来的0.8倍，因此应该由c点的25 mL变为25×0.8=20 mL，而a点对应的是15 mL，C错误；

D.卤化银从氟化银到碘化银的溶解度逐渐减小，Ksp(AgCl)大于Ksp(AgBr)，将50 mL 0.05 mol·L-1的Cl-溶液改为50 mL 0.05 mol·L-1的Br-溶液，达到滴定终点时，一定有n(Br-)=n(Ag+)，所以滴定终点的横坐标不变，但是因为溴化银更难溶，所以终点时，c(Br-)应该比原终点时c(Cl-)更小，反应终点从曲线上的c点向b点方向移动，D正确。

( )

A.pH=1.2时，c(H2A)=c(HA-)

B.lg[K2(H2A)]=-4.2

C.pH=2.7时，c(HA-)>c(H2A)=c(A2-)

D.pH=4.2时，c(HA-)=c(A2-)=c(H+)

【答案】D

【点拨】(1)识图象：横坐标是pH，纵坐标是各粒子的物质的量分数δ(X)，pH=1.2时δ(H2A)=δ(HA-)，pH=2.7时δ(H2A)=δ(A2-)，pH=4.2时δ(HA-)=δ(A2-)；随pH增大，δ(H2A)逐渐减小，δ(HA-)先增大后减小，δ(A2-)逐渐增大。(2)思原理：弱电解质的电离、对数函数、电离平衡常数的计算等。(3)巧结合：该题综合性强，该题解答时注意利用守恒的思想解决问题，结合电离平衡常数以及题给相关数据，根据纵坐标比较各粒子浓度大小。