溶液中离子平衡典型图像题赏析

摘 要：溶液中离子平衡图像是高考化学的必考题型，图像多具有复杂多变的特征，且每年都有所创新，故而成为学生解题的痛点之处.文章总结了几种常见的离子平衡典型图像，结合例题，对图像解题方法进行分析，旨在为学生学习化学提供一定帮助.

关键词：离子平衡；溶液微粒；图像

中图分类号：G632"" 文献标识码：A"" 文章编号：1008-0333（2024）34-0133-03

收稿日期：2024-09-05

作者简介：邱榕琴（1986.11—），女，福建省泉州人，本科，中学二级教师，从事高中化学教学研究.

离子平衡是高考化学的重要考点之一，涉及化学物质在溶液中的行为以及离子间的相互作用.这些反应不仅是理解化学反应类型和化学平衡的基础，也是学生理解日常生活中许多化学现象的关键.离子平衡图像考查的难点在于如何准确解读图像，理解反应物之间的相互作用及产物形成过程，学生需要具备较强的化学概念理解能力和反应过程分析能力，才能正确解答这类问题[1].文章通过对离子平衡典型图像题的剖析，期待提高学生的解题技巧.

1 中和滴定图像

中和滴定图像用于展示酸碱中和滴定过程中溶液pH值随滴定剂加入量的变化.该图像常以所滴入的酸或碱溶液的体积为横坐标（V），以中和反应后溶液的pH为纵坐标（pH）而绘制，能够直观地反映出滴定过程中溶液酸碱性的变化，以及滴定终点（即酸碱恰好中和时的点）的位置.常见的类型有强酸与强碱互相滴定、强酸滴定弱碱或强碱滴定弱酸.

例1 25 ℃时，向体积为10.00 mL浓度为

0.100 0 mol·L-1的NaHCO3溶液中滴加浓度为

0.100 0 mol·L-1的盐酸，溶液的pH随加入的盐酸的体积V变化如图1所示.下列有关说法正确的是（" ）.

解析 向NaHCO3溶液中滴加盐酸，图像横坐标代表滴加盐酸体积，纵坐标代表溶液的pH变化.A选项，在a点时，此时溶液中未滴入盐酸，NaHCO3在水中会发生电离和水解.NaHCO3的电离方程式为：

NaHCO3Na++HCO-3

HCO-3H++CO2-3

水解方程式为：

HCO-3+H2OH2CO3+OH-

因此，在a点，溶液中存在的物质有Na+、HCO-3、H+、OH-、H2CO3和CO2-3，溶液呈碱性，说明HCO3-水解程度大于电离程度，A选项正确；B选项，b点处，加入一定体积的盐酸，此时NaHCO3过量，溶液呈中性.溶液中存在的物质有Na+、HCO-3、H+、OH-、H2CO3、CO2-3和Cl-.根据电荷守恒，可得c（H+）+c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（Cl-）+c（OH-）.因为溶液呈中性，所以有c（H+）=c（OH-）.因此，c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（Cl-），B选项正确.c点处，滴加HCl的体积为5 mL，则n（HCl）=12n（NaHCO3），该点为反应的一半点，此时溶液的pH小于7，溶液呈酸性.NaHCO3和HCl发生的反应为：NaHCO3+HClNaCl+H2CO3，溶液中的H+主要来自H2CO3的电离，并非HCO3-的电离.d点处，此时盐酸加入的体积为10 mL，则溶液的总体积大约为20 mL.因此，c（Na+）=c（Cl-）=0.050 00 mol·L-1，选项错误.故答案为AB.

点评 对于中和滴定图像，首先结合题意，判断图像的含义，如在该题中，图像所代表的是盐酸滴加入NaHCO3溶液中时溶液pH的变化.考查的重点有不同阶段溶液成分的判断、电离反应、水解反应以及电荷守恒.

2 分布系数图像

分布系数图像描述了在不同的pH环境下，弱电解质的物料分布情况，典型的分布系数图像常以共轭酸碱对为情境[2]，随着pH的变化，物料分布呈现此消彼长的状态.

例2 图2是亚砷酸As（OH）3和酒石酸（H2T，lgKa1=-3.04，lgKa2=-4.37）混合体系中部分物种的c-pH图（浓度：总As为5.0×10-4 mol·L-1，总T为1.0×10-3 mol·L-1）.下列说法错误的是（" ）.

A.As（OH）3的lgKa1为-9.1

B.［As（OH）2T］-的酸性比As（OH）3的强

C.pH=3.1时，As（OH）3的浓度比［As（OH）2T］-的高

D.pH=7.0时，溶液中浓度最高的物种为Ag（OH）3

解析 As（OH）3的电离方程式为：

As（OH）3［As（OH）2O］-+H+，则Ka1=c{［As（OH）2O］-}×c（H+）c［As（OH）3］，当pH=9.1时，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，则lgKa1=-9.1，选项A正确.B选项，[As（OH）2T]-电离方程式为［As（OH）2T］-［AsO（OH）T］2-+H+，当pH为4.6时，根据图像可知，此时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的强，B选项正确.C选项，As（OH）3曲线对应左坐标读数，当pH=3.1时，其浓度为0.5×10-3 mol·L-1.[As（OH）2T]-

曲线对应右坐标读数，当pH=3.1时，其浓度为2×10-6" mol·L-1，因此，As（OH）3的浓度比[As（OH）2T]-的高，选项C正确；D选项，根据题意，已知酒石酸Ka1=10-3.04，Ka2=10-4.37，而As（OH）3的Ka1=10-9.1.因此，酒石酸的第一步电离要远远大于As（OH）3的第一步电离，所以，酒石酸的酸性要远大于As（OH）3酸性.另外总As的浓度也小于总T的浓度，当pH=7.0时，溶液中浓度最高的物种不是As（OH）3，错误.

点评 A选项求解电离平衡常数，需要理解在分布系数图像中，两个曲线的交点代表电离平衡，找到交点对应的数值，结合公式进行计算即可.B选项，比较两者的酸性大小以及两者的电离平衡常数大小即可.C选项，找出曲线对应的特定值进行比较即可.D选项，需要结合信息，分析微粒的浓度大小.由此可知，对于分布图像，“交点”可用于计算电离平衡常数；找准各曲线代表的意义和对应的浓度是关键.

3 对数图像

在高考化学中，对数图像是常见的一种考查形式.对数图像指的是将溶液中某一微粒的浓度或某些微粒浓度的比值取常用对数，然后与溶液中的pH或溶液的体积等关系作出的图像，该图像多呈现一次函数关系.

例3 下图3为Fe（OH）3、Al（OH）3和Cu（OH）2在水中达沉淀溶解平衡时的pM-pH关系图{pM=-lg［c（M）/（mol·L-1）］;c（M）≤10-5mol·L-1可认为M离子沉淀完全}.下列叙述正确的是（" ）.

A.由a点可求得Ksp［Fe（OH）3］=10-8.5

B.pH=4时Al（OH）3的溶解度过

（10-10/3） mol·L-1

C.浓度均为0.01 mol·L-1的Al3+和Fe3+可通过分步沉淀进行分离

D.Al3+、Cu2+混合溶液中c（Cu2+）=0.2 mol·L-1时二者不会同时沉淀

解析 A选项，a点对应pM=2.5，pH=2，则此时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项错误.B选项，当pH=4时，-lg［c（Al3+）=3 mol·L-1，此时c（Al3+）=10-3mol·L-1，因此，Al（OH）3的溶解度为10-3 mol·L-1，B项错误；C选项，当c（Fe3+）=10-5 mol·L-1时，根据图中信息，对应pH＜3，此时Fe3+已经完全沉淀.当c（Al3+）=0.01 mol·L-1时，pM=2，对应的pH值约为3.7.因此，可以Fe3+完全沉淀后，Al3+再开始发生沉淀，两者可以进行分步分离，C项正确.D选项，当c（Al3+）=10-5 mol·L-1

时，根据图中信息，对应pH约为4.7，此时Al3+已经完全沉淀.溶液在该pH值时，对应的c（Cu2+）=0.1 mol·L-1＜0.2 mol·L-1，即在Al3+未完全沉淀时，Cu2+已经开始沉淀，因此，两者会发生同时沉淀，D项错误.答案为C.

点评 A选项，求解Ksp[Fe（OH）3]，需要从题干中找出c（OH-）和c（Fe3+），结合a点对应的坐标，即可进行求解.B选项，求解Al3+溶解度，即需找出pH=4时，图像中对应的pM.C选项，判断两种离子能否分步分离，关键在于通过图像，找到其完全沉淀时对应的pH.D选项，判断二者会不会同时沉淀，仍需要通过图像，判断找到其完全沉淀时对应的pH.由此可见，该对数图像的关键，在于找出对应的特殊点，利用横纵坐标的值进行分析判断.

4 结束语

离子反应图像将反应过程与数据处理相结合，通过图像的形式，学生可以进行推理和判断.这种方式不仅能提高学生的图像阅读和解读能力，同时也能锻炼他们的逻辑推理能力以及分析和解决问题的能力.离子反应图像还能够促使学生深度理解和掌握“曲线表征”的功能与价值，进一步认识到图像的本质，从而发展他们的高阶思维.

参考文献：

［1］高涛，高建伟.“离子平衡图像题”专题复习教学[J].中学化学教学参考，2024（17）：67-69.

[2] 罗科学.水溶液图像命题特点与解题策略分析[J].高中数理化，2024（11）：75-79.

［责任编辑：季春阳］