专题突破(十)-水溶液中离子平衡的两类特殊图像及分析(教案).doc

专题突破(十)　水溶液中离子平衡的两类特殊图像及分析

近几年，高考试题中关于水溶液中离子平衡的图像考查较多，两类特殊图像(对数图像、分布系数图像)更是备受命题专家的青睐，此类试题的信息量较大，且都隐藏于图像中，对考生的综合能力要求较高，体现《中国高考评价体系》对以解决实际问题为核心的实践操作能力的要求，要求考生合理分析图像，识别有效证据，获取有效信息，科学推理论证，处理转化数据，能够有效解决有关电解质溶液图像的实际问题。
1．对数图像
(1)对数图像的含义
将溶液中某一微粒的浓度[如c(A)]或某些微粒浓度的比值取常用对数，即lg c(A)或lg，与溶液中的pH或溶液的体积等关系作出的图像称为对数图像。图中数据的含义为：
①若c(A)＝1时，lgc(A)＝0。
②若c(A)＞1时，lg c(A)取正值且c(A)越大，lg c(A)越大。
③若c(A)＜1时，lg c(A)取负值，且c(A)越大，lg c(A)越大，但数值越小。
(2)常考对数图像的类型
图像种类
具体类型
含义
变化规律
对数图像
lg
生成物与反应物离子浓度比的常用对数
lg越大，反应向正反应方向进行的程度越大
lg
稀释后与稀释前体积比的常用对数
lg越大，稀释程度越大
AG＝lg
氢离子与氢氧根离子浓度比的常用对数
AG越大，酸性越强，中性时，＝1
负对数图像
pH＝－lg c(H＋)
氢离子浓度的常用对数负值
pH越大，c(H＋)越小，溶液的碱性越强
pC＝－lg c(C)
C离子浓度的常用对数负值
pC越大，c(C)越小
2.分布系数图像
分布曲线是指以pH为横坐标，分布系数即组分的平衡浓度占总浓度的分数为纵坐标，分布系数与溶液pH之间的关系曲线。
举例
一元弱酸(以CH3COOH为例)
二元酸(以草酸为例)
三元酸(以H3PO4为例)
弱电解质分布系数图

δ
δ0、δ1分别为CH3COOH、CH3COO－分布系数
δ0为H2C2O4分布系数、δ1为HC2O分布系数、δ2为C2O分布系数
δ0为H3PO4分布系数、δ1为H2PO分布系数、δ2为HPO分布系数、δ3为PO分布系数
含义
当pH＜pKa时，主要存在形式是CH3COOH；当pH＞pKa时，主要存在形式是CH3COO－。δ0与δ1曲线相交在δ0＝δ1＝0.5处，此时c(CH3COOH)＝c(CH3COO－)，即pH＝pKa
当溶液的pH＝1.2时δ0＝δ1，pH＝4.2时δ1＝δ2，当pH＜1.2 时，H2C2O4占优势；在1.2＜pH＜4.2区间，HC2O占优势，而当pH＞4.2时，C2O为主要存在形式
当溶液的pH＝2时，δ0＝δ1，pH＝7.1时δ1＝δ2，pH＝12.2时δ2＝δ3；当pH＜2时，H3PO4占优势；在2＜pH＜7.1区间，H2PO占优势；在7.1＜pH＜12.2区间，HPO占优势；而当pH＞12.2时，PO为主要存在形式
离子方程式
pH由2到6发生反应的离子方程式：CH3COOH＋OH－===CH3COO－＋H2O
pH由4到6发生反应的离子方程式：HC2O＋OH－===C2O＋H2O
pH由11到14发生反应的离子方程式：HPO＋OH－===PO＋H2O
求lg K
K(CH3COOH)＝，从图可知，c(CH3COO－)＝c(CH3COOH)时，pH＝pK＝4.76。K(CH3COOH)＝c(H＋)＝10－4.76，lg K(CH3COOH)＝－4.76
K2(H2C2O4)＝，从图可知，c(C2O)＝c(HC2O)时pH＝4.2，K2＝c(H＋)＝10－4. 2，lg K2＝－4.2
K3(H3PO4)＝，从图可知，c(HPO)＝c(PO)时pH＝12.2，K3＝c(H＋)＝10－12.2，lg Ka＝－12.2

(2021·山东聊城质检)25 ℃时，用0.10 mol·L－1的氨水滴定10.00 mL 0.05 mol·L－1的二元酸H2A的溶液，滴定过程中加入氨水的体积(V)与溶液中lg的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．H2A的电离方程式为H2A⇌H＋＋HA－
B．B点溶液中，水电离出氢离子浓度为1.0×10－8 mol·L－1
C．C点溶液中，c(NH)＋c(NH3·H2O)＝2c(A2－)
D．25 ℃时，氨水的电离平衡常数为Kb＝

D　 [25 ℃时，A点lg＝－12，结合Kw＝c(OH－)·c(H＋)＝1×10－14，解得c(H＋)＝0.1 mol/L，说明0.05 mol H2A完全电离，则电离方程式为H2A===2H＋＋A2－，A错误。B点加入10 mL氨水，恰好完全反应生成(NH4)2A，此时lg＝－2，则有c(H＋)＝1×10－6mol/L，而H＋全部来源于水的电离，故水电离出的c(H＋)＝1×10－6mol/L，B错误。C点溶液是(NH4)2A和NH3·H2O混合液，lg＝0，则有c(OH－)＝c(H＋)，根据电荷守恒可得：c(H＋)＋c(NH)＝c(OH－)＋2c(A2－)，则有c(NH)＝2c(A2－)，C错误。C点溶液中c(NH)＝2c(A2－)＝0.1 mol/L×，由c(NH)＋c(NH3·H2O)＝0.1 mol/L×可得，c(NH3·H2O)＝0.1 mol/L×；C点溶液lg＝0，c(OH－)＝c(H＋)＝10－7 mol/L，求出25℃时NH3·H2O的电离常数为Kb＝，D正确。]
(2021·湖北武汉部分校联考)亚砷酸(H3AsO3)是三元弱酸，可以用于治疗白血病。H3AsO3水溶液中含砷微粒的分布分数(平衡时某微粒的浓度占各含砷微粒浓度之和的分数)与pH的关系如下图所示。下列说法正确的是(　　)

A.H3AsO3的电离方程式为：H3AsO3⇌3H＋＋AsO
B．H3AsO3第一步的电离常数为Ka1，则有Ka1＝10－9.2
C．H3AsO3溶液的pH约为9.2
D．pH＝12时，溶液中c(H2AsO)＋2c(HAsO)＋3c(AsO)＋c(OH－)＝c(H＋)

B　 [由图可知，H3AsO3水溶液中存在H3AsO3、H2AsO、HAsO等，则H3AsO3是三元弱酸，分步发生电离，以第一步电离为主，电离方程式为H3AsO3⇌H＋＋H2AsO，A错误。H3AsO3第一步的电离常数为Ka1＝，由图可知，H3AsO3和H2AsO的分布分数相等时，溶液的pH＝9.2，即c(H3AsO3)＝c(H2AsO)时c(H＋)＝10－9.2 mol·L－1，则有Ka1＝ c(H＋)＝10－9.2，B正确。H3AsO3溶液呈酸性，则其pH＜7，C错误。pH＝12时，H3AsO3溶液中加入NaOH溶液等碱液，结合电荷守恒推知，溶液中c(H2AsO)＋2c(HAsO)＋3c(AsO)＋c(OH－)＞c(H＋)，D错误。]

1．(2021·江西九江六校联考)常温下，向25.00 mL 0.1 mol·L－1 HSCN溶液中滴入0.1 mol·L－1 NaOH溶液，溶液中由水电离出的c(H＋)的负对数[－lg c水(H＋)]与所加NaOH溶液体积的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．常温下，Ka(HSCN)约为1×10－3
B．b＝25.00
C．R、Q两点溶液对应的pH＝7
D．N点溶液中：c(Na＋)＜c(SCN－)
B　[由图可知，未加入NaOH溶液时，0.1 mol·L－1 HSCN溶液中水电离产生的c水(H＋)＝1×10－11 mol·L－1，此时溶液中c(SCN－)≈c(H＋)＝1×10－3 mol·L－1，c(HSCN)＝(0.1－10－3) mol·L－1，则有Ka(HSCN)＝1×10－5，A错误。N点时－lg c水(H＋)最小，此时水的电离程度最大，说明HSCN和NaOH溶液恰好完全反应生成NaSCN，由于两溶液的浓度相同，则有b＝25.00，B正确。图中R点溶液呈中性，N点HSCN与NaOH溶液恰好完全反应，Q点NaOH溶液过量，此时溶液为NaSCN和NaOH的混合溶液，溶液呈碱性，C错误。N点为NaSCN溶液，由于SCN－发生水解而使溶液呈碱性，则有c(OH－)＞c(H＋)；据电荷守恒可得关系：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(SCN－)＋ c(OH－)，则有c(Na＋)＞c(SCN－), D错误。]
2．(2021·山西汾阳中学检测)H2X和H2Y均为二元弱酸，常温下，将NaOH溶液分别滴加到H2X和H2Y的溶液中，不同pH环境下不同形态的粒子(即酸、酸式酸根、酸根离子)的组成分数如图所示：

下列说法正确的是(　　)
A．在pH＝7的溶液中HX－、X2－、HY－和Y2－能大量共存
B．向Na2X溶液中加入少量H2Y溶液，发生反应：X2－＋H2Y===HX－＋HY－
C．1 L 0.1 mol·L－1 NaHY溶液中：n(HY－)＋2n(Y2－)＋n(H2Y)＝0.1mol
D．HX－的水解平衡常数为Kh＝10－7
D　[根据图中信息可知，pH＝7时，c(H2X)＝c(HX－)，则有Ka1(H2X)＝c(H＋)＝10－7mol·L－1；pH＝11时，c(HX－)＝c(X2－)，Ka2(H2X)＝c(H＋)＝10－11mol·L－1。pH＝1时，c(H2Y)＝c(HY－)，则有Ka1(H2Y)＝c(H＋)＝0.1 mol·L－1；pH＝4时，c(HY－)＝c(Y2－)，Ka2(H2Y)＝c(H＋)＝10－4mol·L－1。根据电离平衡常数可得，Ka1(H2Y)＞Ka2(H2Y)＞Ka1(H2X)＞Ka2(H2X)，则酸性：H2Y＞HY－＞H2X＞HX－。HY－和HX－、X2－发生反应而不能大量共存，A错误。向Na2X溶液中加入少量H2Y溶液，发生反应：2X2－＋H2Y===2HX－＋Y2－，B错误。根据物料守恒可得，1 L 0.1 mol·L－1 NaHY溶液中：n(HY－)＋n(Y2－)＋n(H2Y)＝0.1 mol，C错误。HX－的水解方程式为：HX－＋H2O⇌H2X＋OH－，平衡常数为Kh(HX－)＝[c(H2X)·c(OH－)]/c(HX－)＝c(H＋)＝10－7mol·L－1，D正确。]
3．(2021·四川成都七中检测)室温下，浓度均为0.1 mol·L－1、体积均为V0的NaX、NaY溶液分别加水稀释至体积V。已知pOH＝－lg c(OH－)，pOH与lg的变化关系如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．HX、HY都是弱酸，且Ka(HX)＞Ka(HY)
B．图中pOH随lg 变化始终满足直线关系
C．lg＝3时，NaX溶液中所含离子总数小于NaY溶液
D．分别向稀释前的两种溶液加盐酸至pH＝7时，c(X－)＝ c(Y－)
A　[室温下，0.1 mol·L－1 NaX和NaY溶液的pOH均小于7，则溶液中c(OH－)均大于10－7 mol·L－1，则NaX和NaY均发生水解，故HX和HY都是弱酸；0.1 mol·L－1 NaY溶液的碱性强于0.1 mol·L－1 NaX，则酸性：HX＞HY，则有Ka(HX)＞Ka(HY)，A正确。加水无限稀释时，NaX和NaY溶液均接近于中性，故pOH随lg变化并非始终满足直线关系，B错误。lg＝3时，NaX溶液的pOH大于NaY溶液，此时NaX溶液中c(H＋)大于NaY溶液；据电荷守恒可得：c(Na＋)＋ c(H＋)＝ c(OH－)＋c(R－)(R－＝X－、Y－)，由于两溶液中c(Na＋)相等，则c(Na＋)＋c(H＋)：NaX＞NaY，故NaX溶液中离子总浓度大于NaY溶液，前者所含离子总数大于后者，C错误。分别向稀释前的两种溶液加盐酸至pH＝7时，则有c(H＋)＝c(OH－)；据电荷守恒可得c(Na＋)＝c(X－)＋c1(Cl－)＝c(Y－)＋c2(Cl－)，由于稀释前NaY溶液的碱性强于NaX溶液，则NaY溶液加入盐酸的体积大于NaX溶液，故c(X－)≠c(Y－)，D错误。]
4．(2021·福建泉州质检)柠檬酸(用H3R表示)可用作酸洗剂。常温下，向0.1 mol·L－1H3R溶液中加入少量NaOH固体(忽略溶液体积的变化)，H3R、H2R－、HR2－和R3－的含量与pH的关系如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．图中b曲线表示HR2－的变化
B．HR2－的电离平衡常数为Ka3＝1×10－6
C．pH＝7时，c(Na＋)＝c(HR2－)＋c(H2R－)＋c(R3－)
D．pH＝5时，c(HR2－)＋c(H2R－)＋c(R3－)＝0.1 mol·L－1
B　[H3R溶液中加入NaOH，先反应生成NaH2R，再生成Na2HR，最后生成Na3R，则图中曲线a、b、c、d分别代表H3R、H2R－、HR2－和R3－，A错误。HR2－的电离平衡常数为Ka3＝，由图可知，HR2－和R3－的含量相等时，溶液的pH＝6，则有Ka3＝c(H＋)＝1×10－6，B正确。常温下pH＝7时，溶液呈中性，则有c(H＋)＝c(OH－)，结合电荷守恒推知，c(Na＋)＝2c(HR2－)＋c(H2R－)＋3c(R3－)，C错误。由图可知，pH＝5时溶液中存在H3R、H2R－、HR2－和R3－，据物料守恒可得c(HR2－)＋c(H2R－)＋c(R3－)＋ c(H3R)＝0.1 mol·L－1，D错误。]