水溶液中的離子平衡典型圖像題評析及復(fù)習(xí)策略

林增輝

水溶液中的離子平衡是高考的熱門考點(diǎn)，主要以選擇題的形式出現(xiàn)，偶爾出現(xiàn)在填空題中，分值一般是6分，屬于難度較大的題目?！吨袊呖荚u價體系》指出，高考題要體現(xiàn)“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性”的要求，需要通過真實(shí)的問題情境，考查學(xué)生解決問題的能力。對于水溶液中的離子平衡這類理論性比較強(qiáng)的題目，創(chuàng)設(shè)直觀的問題情境便顯得更有意義，近年來這類題目常以圖像的形式呈現(xiàn)問題背景，考查同學(xué)們的圖文信息處理能力。但由于水溶液中的離子平衡考查知識點(diǎn)多，圖像復(fù)雜，要“一網(wǎng)打盡”是不容易的。筆者通過分析近幾年的高考題，對典型圖像題進(jìn)行了歸類，總結(jié)了相應(yīng)的解題方法，希望能對同學(xué)們的復(fù)習(xí)備考有所幫助。

一、核心知識回顧

雖然每一年高考題的內(nèi)容和形式都有創(chuàng)新，但其考查的核心內(nèi)容是基本不變的，因此在了解題型之前，同學(xué)們需要先掌握水溶液中離子平衡的核心知識，才能“以不變應(yīng)萬變”。水溶液中的離子平衡主要考查弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽類水解平衡和沉淀溶解平衡，考查溫度、稀釋、相同離子等因素對平衡移動的影響;在設(shè)問中，主要考查平衡常數(shù)的應(yīng)用、pH的計算、離子濃度大小關(guān)系、物料守恒、質(zhì)子守恒和電荷守恒等知識點(diǎn)。同學(xué)們要結(jié)合具體的問題，逐一理解上述的基本概念，夯實(shí)基礎(chǔ)知識。只有掌握了扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，才能深入理解高考題，掌握解題的方法和規(guī)律。

二、典型圖像題評析

水溶液中的離子平衡圖像形式多樣，但按其考查的內(nèi)容來看，可以分為稀釋圖像、酸堿中和圖像和難溶物溶解平衡圖像三大類。

1. 弱電解質(zhì)稀釋圖像。

【例1】（2019·天津）某溫度下，HNO2和CH3COOH的電離常數(shù)分別為5.0×10-4和1.7×10-5。將pH和體積均相同的兩種酸溶液分別稀釋，其pH隨加水體積的變化如圖1所示。下列敘述正確的是（ ）

A. 曲線Ⅰ代表HNO2溶液

B. 溶液中水的電離程度：b點(diǎn)>c點(diǎn)

C. 從c點(diǎn)到d點(diǎn)，溶液中 保持不變（其中HA、A-分別代表相應(yīng)的酸和酸根離子）

D. 相同體積a點(diǎn)的兩溶液分別與NaOH恰好中和后，溶液中n（Na+）相同

分析：CH3COOH的電離常數(shù)較小，酸性較弱。pH相同的酸溶液，稀釋相同倍數(shù)時，酸性越弱，pH變化越小，故曲線Ⅰ代表CH3COOH溶液，A項(xiàng)錯誤;酸溶液中c（H+） 越大，對水的電離抑制越強(qiáng)，b點(diǎn)的c（H+） 較大，水的電離程度較小，B項(xiàng)錯誤;溶液中 = = ，在恒溫度條件下，Kw、Ka（HA）都是常數(shù)，故 不變，C項(xiàng)正確;相同體積a點(diǎn)的兩溶液中，由于c（CH3COOH）>c（HNO2），故n（CH3COOH）>n（HNO2），CH3COOH會中和較多的NaOH，溶液中n（Na+）較大，D項(xiàng)錯誤。

這類題目主要是分析弱電解質(zhì)在稀釋過程中pH的變化，判斷弱電解質(zhì)和曲線的對應(yīng)關(guān)系，其考查核心依然是弱電解質(zhì)的電離平衡;一般來說，電解質(zhì)越弱（電離常數(shù)越?。?，在稀釋過程中，pH的變化輻度越小。另外，本題中對于Kw、Ka（HA）和水解常數(shù)的相互轉(zhuǎn)化，也是一個常見的考點(diǎn)，同學(xué)們應(yīng)熟練掌握。

2. 酸堿中和圖像。

酸堿中和圖像是高考中最為常見的形式，這類題目以酸堿中和為背景，綜合考查弱電解質(zhì)的電離平衡、pH計算和鹽類水解平衡等知識點(diǎn)，為了更清晰地呈現(xiàn)題目的設(shè)問視角，筆者從以下幾個角度進(jìn)行分類。

角度一：微粒分布系數(shù)圖像

【例2】（2020·全國I）以酚酞為指示劑，用0.1000 mol·L-1的NaOH溶液滴定20.00 mL未知濃度的二元酸H2A溶液。溶液中，pH、分布系數(shù)？啄隨滴加NaOH溶液體積VNaOH的變化關(guān)系如圖2所示。

[比如A2-的分布系數(shù)：？啄（A2-）= ]

下列敘述正確的是（ ）

A. 曲線①代表？啄（H2A），曲線②代表？啄（HA-）

B. H2A溶液的濃度為0.2000 mol·L-1

C. HA- 的電離常數(shù)Ka=1.0×10-2

D. 滴定終點(diǎn)時，溶液中c（Na+）<2c（A2-）+c（HA-）

分析：根據(jù)圖像，當(dāng)加入40mLNaOH溶液時，pH發(fā)生突躍，而未加入NaOH時，pH略小于1，可知H2A第一步完全電離，第二步部分電離，根據(jù)反應(yīng)2NaOH+H2A=Na2A+2H2O，c（H2A）= =0.1000mol/L，結(jié)合曲線①②的起點(diǎn)及變化趨勢，可知曲線①代表δ（HA-），曲線②代表δ（A2-），因此可知A、B項(xiàng)錯誤;HA-的電離平衡常數(shù)Ka= ，當(dāng)HA- 和A2- 的分布系數(shù)相同時，pH=2，c（H+）=10-2，則C項(xiàng)正確;用酚酞作指示劑，終點(diǎn)時溶液呈堿性，c（OH-）>c（H+），結(jié)合電荷守恒c（Na+）+c（H+）=2c（A2-）+c（HA-）+c（OH-），則c（Na+）>2c（A2-）+c（HA-），D項(xiàng)錯誤。

【例3】（2020·全國？域）次氯酸為一元弱酸，具有漂白和殺菌作用，其電離平衡體系中各成分的組成分?jǐn)?shù)δ[δ（X）= ，X為HClO或ClO-]與pH的關(guān)系如圖3所示。HClO的電離常數(shù)Ka值為______。

HClO的電離常數(shù)Ka= ，根據(jù)曲線，當(dāng)HClO和ClO-組成分?jǐn)?shù)相等時，溶液的pH為7.5，c（H+）=10-7.5，因此Ka值為10-7.5。

例2和例3都考查了利用組分分布曲線計算電離常數(shù)，其突破口都是組分分布曲線的交點(diǎn)，因?yàn)樵诮稽c(diǎn)處，組分相等，比值為1，這時只需確定溶液的pH或c（H+）即可計算電離常數(shù)。

角度二：函數(shù)型圖像

【例4】（2017·全國I）常溫下將NaOH溶液添加到己二酸（H2X）溶液中，混合溶液的pH與離子濃度變化的關(guān)系如圖4所示。下列敘述錯誤的是（ ）

A. Ka2（H2X）的數(shù)量級為10-6

B. 曲線N表示pH與lg 的變化關(guān)系

C. NaHX溶液中c（H+）>c（OH-）

D. 當(dāng)混合溶液呈中性時，c（Na+）>c（HX-）>c（X2-）>c（OH-）=c（H+）

分析：二元弱酸第二步電離程度遠(yuǎn)小于第一步，選擇對數(shù)值為0.0的特殊點(diǎn)，此時曲線M的pH約為5.4，N的pH約為4.4，可知曲線N是己二酸的第一步電離，M為己二酸的第二步電離，此時Ka2（H2X）= ，當(dāng)lg = 0.0，即? =1.0時，c（H+）≈10-5.4 mol·L-1，由此可得Ka2（H2X）≈10-5.4，A、B項(xiàng)正確;在NaHX溶液中，HX-既存在電離，也存在水解，電離平衡為HX-？葑H+ + X2-，水解平衡為HX-+ H2O？葑H2X+OH-，Kh=Kw/Ka1=10-9.6c（OH-），故C項(xiàng)正確。根據(jù)Ka2（H2X）≈10-5.4，當(dāng)混合溶液呈中性時， = ≈101.6>0，即溶液中c（X2-）> c（HX-），D項(xiàng)錯誤。

對于函數(shù)型圖像題，除了要明確橫座標(biāo)、縱座標(biāo)和曲線的意義，抓住特殊的座標(biāo)點(diǎn)是非常關(guān)鍵的，例4中對數(shù)值為0的點(diǎn)便是解題的突破口之一。

角度三：導(dǎo)電能力圖像

【例5】（2019·全國Ⅰ）NaOH溶液滴定鄰苯二甲酸氫鉀（鄰苯二甲酸H2A的Kal=1.1×10-3，Ka2=3.9×10-6）溶液，混合溶液的相對導(dǎo)電能力變化曲線如圖所示，其中b點(diǎn)為反應(yīng)終點(diǎn)。下列敘述錯誤的是（ ）

A. 混合溶液的導(dǎo)電能力與離子濃度和種類有關(guān)

B. Na+與A2- 的導(dǎo)電能力之和大于HA-的

C. b點(diǎn)的混合溶液pH=7

D. c點(diǎn)的混合溶液中，c（Na+）>c（K+）>c（OH-）

分析：溶液的導(dǎo)電能力與溶液中的離子濃度、離子種類有關(guān)，離子濃度越大、離子所帶電荷越多，其導(dǎo)電能力越強(qiáng)，A項(xiàng)正確;滴定至終點(diǎn)時，發(fā)生反應(yīng)2NaOH+2KHA=K2A+Na2A+2H2O，HA-逐漸轉(zhuǎn)化為A2-，溶液的相對導(dǎo)電能力逐漸增強(qiáng)，B項(xiàng)正確;b點(diǎn)為反應(yīng)終點(diǎn)，生成A2-，由于鄰苯二甲酸是弱酸，所以溶液呈堿性，pH>7，C項(xiàng)錯誤;滴定終點(diǎn)時，c（K+）=c（Na+），a點(diǎn)到b點(diǎn)加入NaOH溶液的體積大于b點(diǎn)到c點(diǎn)的，故c點(diǎn)時c（K+）>c（OH-），所以c（Na+）>c（K+）>c（OH-），D項(xiàng)正確。

對于導(dǎo)電能力圖像的題目，關(guān)鍵是抓住導(dǎo)電能力和離子濃度的對應(yīng)關(guān)系，將導(dǎo)電能力的變化轉(zhuǎn)化為離子濃度的變化，回歸離子濃度的問題。

3. 難溶物的溶解平衡圖像

【例6】（2018·全國？芋）用0.100 mol·L-1 AgNO3滴定50.0 mL 0.0500 mol·L-1 Cl- 溶液的滴定曲線如圖6所示。下列有關(guān)描述錯誤的是

A. 根據(jù)曲線數(shù)據(jù)計算可知Ksp（AgCl）的數(shù)量級為10-10

B. 曲線上各點(diǎn)的溶液滿足關(guān)系式c（Ag+）·c（Cl-）=Ksp（AgCl）

C. 相同實(shí)驗(yàn)條件下，若改為0.0400 mol·L-1 Cl-，反應(yīng)終點(diǎn)c移到a

D. 相同實(shí)驗(yàn)條件下，若改為0.0500 mol·L-1 Br-，反應(yīng)終點(diǎn)c向b方向移動

分析：根據(jù)Ag++Cl-=AgCl↓可知，當(dāng)?shù)稳?0.0 mLAgNO3溶液時，c（Cl-）約為10-8 mol·L-1，溶液中c（Ag+）=

=2.5×10-2 mol·L-1，故Ksp（AgCl）=c（Ag+）·c（Cl-）≈2.5×10-2×10-8=2.5×10-10，A項(xiàng)正確;由圖像可知，從滴入2.5mLAgNO3溶液開始，c（Cl-）降低，有沉淀生成，曲線上各點(diǎn)均處于溶解平衡狀態(tài)，均滿足c（Ag+）·c（Cl-）=Ksp（AgCl），B項(xiàng)正確;根據(jù)反應(yīng)物的比例關(guān)系，若改為0.0400 mol·L-1 Cl-，消耗AgNO3溶液的體積為 =20.0 mL，C項(xiàng)錯誤;由于Ksp（AgBr）

難溶物的溶解平衡圖像題也是?？嫉男问?，除了上述例題，2019年全國？域卷也以圖像的形式考查了CdS在不同溫度下的溶解平衡，同學(xué)們也應(yīng)重視這類題目的訓(xùn)練。

三、復(fù)習(xí)備考建議

水溶液中的離子平衡圖像題形式多樣，同學(xué)們在復(fù)習(xí)過程中，要講究戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略，避免題海戰(zhàn)術(shù)，事倍功半，在此筆者給同學(xué)們提幾點(diǎn)建議：

1. 夯實(shí)基礎(chǔ)知識。水溶液中的離子平衡可以看成是化學(xué)平衡理論的遷移，要透徹理解電離平衡、水解平衡和溶解平衡的基本概念，掌握判斷平衡移動的基本方法，學(xué)會運(yùn)用平衡常數(shù)解決問題。這是對同學(xué)們最基本的要求。

2. 重視總結(jié)提煉。同學(xué)們應(yīng)認(rèn)真分析各種圖像類型，了解不同類型題目的設(shè)問特點(diǎn)，學(xué)會尋找解題的突破口，掌握解題的基本方法。通過總結(jié)提煉，能讓同學(xué)們從宏觀上掌握各類圖像題的特點(diǎn)，提高復(fù)習(xí)備考的有效性。

3. 打破思維慣性。對往年高考題的研究，能明確我們復(fù)習(xí)的方向性，找到一些命題的規(guī)律。例如，在酸堿中和反應(yīng)的題目中，近年來，常常是以NaOH與二元酸反應(yīng)為背景。但我們也應(yīng)看到，高考題不斷推陳出新，例如2020年的全國I卷，雖然選擇了二元酸，但第一步卻是完全電離的，這與以往是不同的;還有，2019年全國I卷還以導(dǎo)電能力作為設(shè)問角度，這也是很新穎的。因此，我們在備考過程中，應(yīng)該在掌握扎實(shí)基礎(chǔ)知識和解題技巧的基礎(chǔ)上，隨時接受新挑戰(zhàn)。

責(zé)任編輯? ?李平安