溶液中離子濃度大小的比較及其定量關(guān)系1.電解質(zhì)溶液中的離子之間存在著3種定量關(guān)系(1)微粒數(shù)守恒關(guān)系(即物料守恒)如純堿溶液中c(Na+)=2c(C?)變化前=2c(C?)+2c(HC?)+2c(H2CO3)。NaH2PO4溶液中c(Na+)=c(H2P?)變化前=c(H2P?)+c(HP?)+c(P?)+c(H3PO4)。(2)電荷數(shù)守恒關(guān)系(即電荷守恒)如小蘇打溶液中c(Na+)+c(H+)=c(HC?)+2c(C?)+c(OH-)。Na2HPO4溶液中c(Na+)+c(H+)=c(H2P?)+2c(HP?)+3c(P?)+c(OH-)。
注意????1 ml C?帶有2 ml 負電荷,所以電荷濃度應(yīng)等于2c(C?),同理P?的電荷濃度等于3c(P?)?！　?3)水電離的離子數(shù)守恒關(guān)系(即質(zhì)子守恒)如純堿溶液中c(H+)水=c(OH-)水,c(H+)水=c(HC?)+2c(H2CO3)+c(H+),所以c(OH-)水=c(HC?)+2c(H2CO3)+c(H+)?，F(xiàn)以Na2CO3和NaHCO3溶液為例,用以下圖示幫助我們來理解質(zhì)子守恒:?所以c(OH-)=c(HC?)+2c(H2CO3)+c(H3O+),即c(OH-)=c(HC?)+2c(H2CO3)+
c(H+);?NaHCO3溶液所以c(OH-)+c(C?)=c(H2CO3)+c(H+)。另外,還可將鹽溶液中的電荷守恒式和物料守恒式聯(lián)立,通過代數(shù)運算推 出質(zhì)子守恒式。2.離子濃度大小比較的方法
點撥?、偃蹼娊赓|(zhì)的電離是微弱的,②弱酸酸根離子或弱堿陽離子的水 解是微弱的。
例????(2020日照高三6月校際聯(lián)考,14)(雙選)25℃時,將V mL 0.10 ml·L-1的 NaOH溶液逐滴滴入到20.00 mL 0.10 ml·L-1的醋酸溶液中,溶液pH隨所 加V(NaOH)的變化而變化(忽略混合時溶液體積變化),數(shù)據(jù)如下表所示:
下列說法正確的是?(　　)A.①中存在c(CH3COO-)>c(Na+)=0.05 ml·L-1B.②中存在c(CH3COOH)c(CH3COOH),但c(Na+)=?≈0.03 ml·L-1,A錯誤;②溶液pH=7,c(H+)=c(OH-),根據(jù)電荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(CH3 COO-)+c(OH-),則c(Na+)=c(CH3COO-),此時c(Na+)>c(CH3COOH),且c(Na+)= ?=?ml·L-1,B正確;③中溶液存在電荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-),物料守恒c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH), 兩者聯(lián)立得c(H+)+c(CH3COO-)=c(OH-),所以③中c(Na+)+c(H+)-c(OH-)+c (CH3COOH)=c(Na+)=?=0.05 ml·L-1,C正確;①中溶液pH=
4.7,則Ka=?≈c(H+)=10-4.7,即醋酸電離平衡常數(shù)的數(shù)量級是10-5,D錯誤;故選BC。
題目價值　通過該題讓學生對恰好完全反應(yīng)與反應(yīng)至溶液呈中性,以及 混合溶液中溶質(zhì)的電離與水解程度大小比較等有了更深刻的理解,考查 了變化觀念與平衡思想的學科核心素養(yǎng)。
溶液中有關(guān)離子平衡的圖像水溶液中的離子平衡是高考中的熱點,涉及電離平衡、水解平衡、沉淀 溶解平衡等考點,考題多以能力立意,常以圖像形式命題,綜合度與難度相 對比較大,思維能力要求也較高,一般會側(cè)重考查圖像分析、信息處理、 理解問題的能力,體現(xiàn)了變化觀念與平衡思想的學科核心素養(yǎng)。
一、解題技巧1.識圖像①分析坐標軸數(shù)據(jù)的含義。要明確坐標軸的意義(有時是雙縱坐標),進而 理解整個圖像的含義。②把握曲線變化的趨勢。曲線變化的趨勢代表了某一類物質(zhì)的某一參 數(shù)在坐標系中的變化情況,通過分析曲線的變化趨勢判斷參數(shù)的變化原 因,分析某成分改變的影響因素。③關(guān)注特殊點。起點,定量或定性判斷酸、堿的相對強弱;反應(yīng)一半、中 性、恰好反應(yīng),這些點主要是確定在不同階段各反應(yīng)物與生成物的量的 關(guān)系,進而分析溶液中各粒子濃度關(guān)系;交點,某條件下的兩個值是相等 的,交點的分析往往是解決問題的關(guān)鍵點。
2.想原理根據(jù)題中、圖中信息,并與相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合起來,有效地做到數(shù)形結(jié)合,這里 往往會用到電離平衡常數(shù)、KW、水解平衡常數(shù)等來進行數(shù)據(jù)分析,并運 用溶液中的電荷守恒、物料守恒和質(zhì)子守恒分析出溶液中各離子的濃 度關(guān)系。3.巧整合在識圖像、想原理的基礎(chǔ)上,將圖像與原理結(jié)合起來思考,找準切入點。
二、熟練掌握幾種高考中熱點圖像的解題策略1.對數(shù)圖像(1)先確定圖像的類型是對數(shù)圖像還是負對數(shù)圖像。(2)再弄清楚圖像中橫坐標和縱坐標的含義,是濃度對數(shù)還是比值對數(shù)。(3)抓住圖像中的特殊點,如pH=7、lgx=0、交點等。(4)理清圖像中曲線的變化趨勢及含義,根據(jù)含義判斷線上、線下的點所 表示的意義。(5)將圖像中數(shù)據(jù)或曲線的變化與所學知識對接,作出正誤判斷。
例1????(2020聊城一模,14)
25 ℃時,在20 mL 0.1 ml·L-1一元弱酸HA溶液中滴加0.1 ml·L-1NaOH溶 液,溶液中l(wèi)g?與pH關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是?(　　)A.25 ℃時,HA的電離常數(shù)為1.0×10-5.3B.A點對應(yīng)溶液中:c(Na+)>c(A-)>c(H+)>c(OH-)
C.B點對應(yīng)的NaOH溶液體積為10 mLD.對C點溶液加熱(不考慮揮發(fā)),則?一定減小
解析　由圖可知,pH=5.3時,lg ?=0,即c(A-)=c(HA),HA的電離常數(shù)Ka=?=c(H+)=10-5.3,A正確;A點對應(yīng)溶液顯酸性,即c(H+)>c(OH-),溶液中存在電荷守恒:c(Na+)+c(H+)=c(A-)+c(OH-),所以c(A-)>c(Na+),鹽電離產(chǎn)生 的離子濃度大于弱電解質(zhì)電離產(chǎn)生的離子濃度,所以溶液中離子濃度關(guān) 系為c(A-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-),B錯誤;加入10 mL NaOH溶液時,得到等 濃度的HA和NaA混合溶液,由于Ka=10-5.3>?=?=Kh,所以混合溶液以電離為主,c(A-)>c(HA),即lg?>0,故B點對應(yīng)的加入NaOH溶液的體積小于10 mL,C錯誤;A-的水解常數(shù)Kh隨溫度升高而增大,所以?=
?隨溫度升高而減小,D正確;故選AD。
2.弱電解質(zhì)“分布系數(shù)” 圖像(1)總體讀圖,通過觀察弄清坐標的含義及單位,弄清各微粒濃度變化。(2)識圖,分析特殊點的圖像含義,如曲線的起點、終點、交點、極值點、 轉(zhuǎn)折點等,分析曲線的變化趨勢如斜率的大小及升降等。(3)分析,進行信息提取,挖掘隱含信息、排除干擾信息、提煉有用信息,在 統(tǒng)攝信息的基礎(chǔ)上進行邏輯推理或運用數(shù)據(jù)計算分析。
例2????(2020濱州二模,15)
檸檬酸(用H3R表示)是一種高效除垢劑。常溫時,用一定濃度的檸檬酸溶 液去除水垢,溶液中H3R、H2R-、HR2-、R3-的物質(zhì)的量百分數(shù)隨pH的變化 如圖所示。下列說法正確的是?(　　)A.由a點判斷H3R的第一步電離常數(shù)?(H3R)的數(shù)量級為10-3
B.若b點溶液中金屬陽離子只有Na+,則有c(Na+)=c(R3-)+c(HR2-)+c(H2R-)+c (H3R)C.pH=6時,c(R3-)=c(HR2-)>c(H+)>c(OH-)D.反應(yīng)2H2R-?H3R+HR2-在該溫度下的平衡常數(shù)K=10x-y
解析　由題圖可知,在a點時,c(H2R-)=c(H3R),第一步電離常數(shù)?(H3R)=?=c(H+)=10-x,3c(H+),故c(R3-)=c(HR2-)>c(H+)>c(OH-),C正確。H3R ?H2R-+H+的電離平衡常數(shù)?(H3R)=?=c(H+)=10-x,H2R-?HR2-+H+的電離平衡常數(shù)?(H3R)=?=c(H+)=10-y,反應(yīng)2H2
R-?H3R+HR2-在該溫度下的平衡常數(shù)K=?=?=10x-y,D正確。故選CD。
3.沉淀溶解平衡曲線圖像(1)明確圖像中縱、橫坐標的含義。縱、橫坐標通常是難溶物溶解后電 離出的離子濃度,或離子濃度的對數(shù)等。(2)理解圖像中線上點、線外點的含義。曲線上任意一點都達到了沉淀 溶解平衡狀態(tài),此時Qc=Ksp。(3)根據(jù)Ksp的特點,結(jié)合選項分析判斷。
點撥　溶度積常數(shù)只是溫度的函數(shù),與溶液中溶質(zhì)的離子濃度無關(guān),在同 一曲線上的點,溶度積常數(shù)相同。
例3????(2020鄒城一中五模,12)
某溫度時硫酸鹽MSO4(M:Pb2+、Ba2+、Sr2+)的沉淀溶解平衡曲線如圖所 示。已知p(M)=-lgc(M),p(S?)=-lgc(S?)。下列說法正確的是?(　　)A.向BaSO4懸濁液中加入濃度較大的Pb(NO3)2溶液可能轉(zhuǎn)化成PbSO4
B.X、Y兩點對應(yīng)的SrSO4均是飽和溶液,不能繼續(xù)溶解SrSO4C.蒸發(fā)Z點的BaSO4溶液可得到C點狀態(tài)的BaSO4溶液D.溶度積:Ksp(SrSO4)

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