摘 要：溶液中離子平衡圖像是高考化學(xué)的必考題型，圖像多具有復(fù)雜多變的特征，且每年都有所創(chuàng)新，故而成為學(xué)生解題的痛點(diǎn)之處.文章總結(jié)了幾種常見的離子平衡典型圖像，結(jié)合例題，對圖像解題方法進(jìn)行分析，旨在為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)提供一定幫助.

關(guān)鍵詞：離子平衡；溶液微粒；圖像

中圖分類號：G632"" 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)二級教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

離子平衡是高考化學(xué)的重要考點(diǎn)之一，涉及化學(xué)物質(zhì)在溶液中的行為以及離子間的相互作用.這些反應(yīng)不僅是理解化學(xué)反應(yīng)類型和化學(xué)平衡的基礎(chǔ)，也是學(xué)生理解日常生活中許多化學(xué)現(xiàn)象的關(guān)鍵.離子平衡圖像考查的難點(diǎn)在于如何準(zhǔn)確解讀圖像，理解反應(yīng)物之間的相互作用及產(chǎn)物形成過程，學(xué)生需要具備較強(qiáng)的化學(xué)概念理解能力和反應(yīng)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(xué)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(biāo)（V），以中和反應(yīng)后溶液的pH為縱坐標(biāo)（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(diǎn)（即酸堿恰好中和時的點(diǎn)）的位置.常見的類型有強(qiáng)酸與強(qiáng)堿互相滴定、強(qiáng)酸滴定弱堿或強(qiáng)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(guān)說法正確的是（" ）.

解析 向NaHCO3溶液中滴加鹽酸，圖像橫坐標(biāo)代表滴加鹽酸體積，縱坐標(biāo)代表溶液的pH變化.A選項，在a點(diǎn)時，此時溶液中未滴入鹽酸，NaHCO3在水中會發(fā)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(diǎn)，溶液中存在的物質(zhì)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(diǎn)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(zhì)有Na+、HCO-3、H+、OH-、H2CO3、CO2-3和Cl-.根據(jù)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(diǎn)處，滴加HCl的體積為5 mL，則n（HCl）=12n（NaHCO3），該點(diǎn)為反應(yīng)的一半點(diǎn)，此時溶液的pH小于7，溶液呈酸性.NaHCO3和HCl發(fā)生的反應(yīng)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(diǎn)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(diǎn)評 對于中和滴定圖像，首先結(jié)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(diǎn)有不同階段溶液成分的判斷、電離反應(yīng)、水解反應(yīng)以及電荷守恒.

2 分布系數(shù)圖像

分布系數(shù)圖像描述了在不同的pH環(huán)境下，弱電解質(zhì)的物料分布情況，典型的分布系數(shù)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(xiàn)此消彼長的狀態(tài).

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(qiáng)

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(dāng)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(dāng)pH為4.6時，根據(jù)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(qiáng)，B選項正確.C選項，As（OH）3曲線對應(yīng)左坐標(biāo)讀數(shù)，當(dāng)pH=3.1時，其濃度為0.5×10-3 mol·L-1.[As（OH）2T]-

曲線對應(yīng)右坐標(biāo)讀數(shù)，當(dāng)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(jù)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于As（OH）3的第一步電離，所以，酒石酸的酸性要遠(yuǎn)大于As（OH）3酸性.另外總As的濃度也小于總T的濃度，當(dāng)pH=7.0時，溶液中濃度最高的物種不是As（OH）3，錯誤.

點(diǎn)評 A選項求解電離平衡常數(shù)，需要理解在分布系數(shù)圖像中，兩個曲線的交點(diǎn)代表電離平衡，找到交點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)值，結(jié)合公式進(jìn)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(shù)大小即可.C選項，找出曲線對應(yīng)的特定值進(jìn)行比較即可.D選項，需要結(jié)合信息，分析微粒的濃度大小.由此可知，對于分布圖像，“交點(diǎn)”可用于計算電離平衡常數(shù)；找準(zhǔn)各曲線代表的意義和對應(yīng)的濃度是關(guān)鍵.

3 對數(shù)圖像

在高考化學(xué)中，對數(shù)圖像是常見的一種考查形式.對數(shù)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(shù)，然后與溶液中的pH或溶液的體積等關(guān)系作出的圖像，該圖像多呈現(xiàn)一次函數(shù)關(guān)系.

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

A.由a點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)對應(yīng)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(dāng)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(dāng)c（Fe3+）=10-5 mol·L-1時，根據(jù)圖中信息，對應(yīng)pH＜3，此時Fe3+已經(jīng)完全沉淀.當(dāng)c（Al3+）=0.01 mol·L-1時，pM=2，對應(yīng)的pH值約為3.7.因此，可以Fe3+完全沉淀后，Al3+再開始發(fā)生沉淀，兩者可以進(jìn)行分步分離，C項正確.D選項，當(dāng)c（Al3+）=10-5 mol·L-1

時，根據(jù)圖中信息，對應(yīng)pH約為4.7，此時Al3+已經(jīng)完全沉淀.溶液在該pH值時，對應(yīng)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(jīng)開始沉淀，因此，兩者會發(fā)生同時沉淀，D項錯誤.答案為C.

點(diǎn)評 A選項，求解Ksp[Fe（OH）3]，需要從題干中找出c（OH-）和c（Fe3+），結(jié)合a點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)，即可進(jìn)行求解.B選項，求解Al3+溶解度，即需找出pH=4時，圖像中對應(yīng)的pM.C選項，判斷兩種離子能否分步分離，關(guān)鍵在于通過圖像，找到其完全沉淀時對應(yīng)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(yīng)的pH.由此可見，該對數(shù)圖像的關(guān)鍵，在于找出對應(yīng)的特殊點(diǎn)，利用橫縱坐標(biāo)的值進(jìn)行分析判斷.

4 結(jié)束語

離子反應(yīng)圖像將反應(yīng)過程與數(shù)據(jù)處理相結(jié)合，通過圖像的形式，學(xué)生可以進(jìn)行推理和判斷.這種方式不僅能提高學(xué)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(yīng)圖像還能夠促使學(xué)生深度理解和掌握“曲線表征”的功能與價值，進(jìn)一步認(rèn)識到圖像的本質(zhì)，從而發(fā)展他們的高階思維.

參考文獻(xiàn)：

［1］高濤，高建偉.“離子平衡圖像題”專題復(fù)習(xí)教學(xué)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2024（17）：67-69.

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

［責(zé)任編輯：季春陽］