水溶液体系中微粒的分布系数图像分类例析

王 春

(北京教育学院)

水溶液体系微粒的分布系数试题是近年来全国高校自主招生考试和高考试题中考查的热点内容,这类试题通常以微粒的分布系数图像为载体,考查复杂水溶液体系中微粒浓度的大小比较、电离常数及溶液pH 的计算等相关知识内容.这类试题深层次地考查了学生的识图能力和数据的提取及加工能力,充分考查了学生的宏观辨识与微观探析核心素养,在备考过程中要给予高度重视与关注.本文对水溶液体系微粒分布系数图像常见考查题型进行分类介绍,以供广大考生进行考前复习参考.

1 基本知识梳理

分布曲线是指以pH 为横坐标,分布分数(即组分的平衡浓度占总浓度的分数)为纵坐标的关系曲线.本文以一元弱酸、二元弱酸和三元弱酸分布系数进行对比分析,并介绍如何利用分布系数图像进行计算.

1.1 几种常见的弱酸分布系数图比较分析

几种常见分布系数图的比较如表1所示.

表1

1.2 用分布系数图交点求Ka及pH

例如,H2A 为 二 元 弱 酸.20 ℃时,配 制 一 组c(H2A)＋c(HA－)＋c(A2－)＝0.100 mol·L－1的H2A 和NaOH 的混合溶液,溶液中部分微粒的物质的量浓度随pH 的变化曲线如图1所示.

图1

2 典型例题精析

2.1 一元弱酸微粒分布系数的考查

图2

A.曲线①代表δ(CH3COOH),曲线②代表δ(CH3COO－)

B.pH＝7时,

c(Na＋)＝c(CH3COO－)＋c(CH3COOH)

C.a点所示溶液中c(CH3COOH)＝c(CH3COO－)

D.该温度下CH3COOH 溶液的电离平衡常数Ka＝10－4.7

依据图像可知开始的时候CH3COOH 主要以分子形式存在,随着CH3COOH 的增加,CH3COOH 分子分布系数减小,CH3COO－增加,故曲 线 ① 代 表δ(CH3COO－),曲 线 ② 代 表δ(CH3COOH),选 项 A 错 误;c(Na＋) ＝c(CH3COO－)＋c(CH3COOH)是CH3COONa溶液的物料守恒式,但是CH3COONa溶液显碱性,选项B错误;由电荷守恒可以得出c(CH3COOH)＝c(CH3COO－),溶液应呈中性,但是由图可知a溶液显碱性,选项C错误;该温度下CH3COOH 溶液的电离平衡常数

由图可知曲线①与曲线②相交时c(CH3COO－)＝c(CH3COOH),则Ka＝c(H＋)≈10－4.7,选项D 正确.答案为D.

2.2 二元弱酸微粒分布系数的考查

例2 图3 是 草 酸 溶 液 中H2C2O4、HC2O－4、C2O2－43种微粒的分布分数(某微粒物质的量浓度与3种微粒物质的量浓度和的比值)与pH 的关系,下列有关说法不正确的是( ).

图3

A.H2C2O4⇌HC2O－4＋H＋,Ka＝10－a

B.NaHC2O4溶液中,c(Na＋)＞c(HC2O－4)＞c(H＋)＞c(C2O2－4)＞c(OH－)

C.向NaHC2O4溶液中加强酸至pH 与a点对应时,溶液中,c(Na＋)＋c(H＋)＝c(C2O2－4)＋c(HC2O－4)＋c(OH－)

D.为使溶液中c(HC2O－4)尽可能多一些,溶液的pH 最好控制在2.7左右

例3 向等物质的量浓度的Na2S、NaOH 混合溶液中滴加稀盐酸至过量.其中含硫物种(H2S、HS－、S2－)的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与滴加盐酸体积的关系如图4所示(忽略滴加过程H2S气体的逸出).下列说法不正确的是( ).

图4

A.X、Y为曲线的交点,由X点处的pH 可计算Ka1(H2S)的值

B.Y点对应溶液中c(Na＋)与含硫各微粒浓度的大小关系为

c(Na＋)＝3[c(H2S)＋c(HS－)＋c(S2－)]

C.X、Y点对应溶液中水的电离程度大小关系为X＞Y

D.已知NaHS呈碱性,若向溶液中加入CuSO4溶液至恰好完全反应,所得溶液呈强酸性.其原因是Cu2＋＋HS－＝CuS↓＋H＋

2.3 三元弱酸微粒分布系数的考查

A.H3AsO4的Kal为10－7

B.图5-甲中m点:c(Na＋)＞c(H2AsO－3)＞c(H3AsO3)＞c(HAsO2－3)

图5

C.图5-乙 中pH ＝2.2 时,c(H3AsO4)＝

c(H2AsO－4)＝c(H＋)

D.把H3AsO3和H3AsO4的水溶液混合在一起时,H3AsO3的Ka1会变小

2.4 二元弱碱微粒分布系数的考查

例5 室温下,某二元碱X(OH)2水溶液中相关组分的物质的量分数随溶液pH 变化的曲线如图6所示,下列说法错误的是( ).

图6

A.Kb2的数量级为10－8

B.X(OH)NO3水溶液显碱性

C.等物质的量的X(NO3)2和X(OH)NO3混合溶液中c(X2＋)＞c[X(OH)＋]

D.在X(OH)NO3水溶液中,c[X(OH)2]＋c(OH－)＝c(X2＋)＋c(H＋)

下列叙述正确的是( ).

图7

A.图中曲线Ⅲ对应的微粒为N2H4

B.联氨的第一步电离平衡常数Kb1＝10－6

C.当溶液中c(N2H2＋6)∶c(N2H＋5)＝1∶1时,c(H＋)＝0.1mol·L－1

水溶液体系微粒的分布系数图像是新型酸碱中和滴定图像,是近几年高校自主招生和高考命题的新热点.本文结合典型实例分类介绍了几种典型弱酸和弱碱的分布系数图像试题,希望广大考生进行参考,并掌握此类试题的特点及解题策略.