2022～2023学年高三化学单元自学提升知识汇第3章 第4节 能力课时6 突破水溶液中的两类离子反应图像(学案)

PAGE1PAGE能力课时6突破水溶液中的两类离子反应图像探究任务能利用所学知识综合分析各类图像问题，形成解决此类题目的思维模式。题型一对数图像1．对数图像的含义将溶液中某一微粒的浓度[如c(A)]或某些微粒浓度的比值eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(如\f(cA,cB)))取常用对数，即lgc(A)或lgeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(cA,cB)))，与溶液中的pH或溶液的体积等关系作出的图像称为对数图像。图像中数据的含义为①若c(A)＝1eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(或\f(cA,cB)＝1))时，lgc(A)＝0eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(或lg\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(cA,cB)))＝0))。②若c(A)＞1eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(或\f(cA,cB)＞1))时，lgc(A)eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(或lg\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(cA,cB)))))取正值且c(A)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(或\f(cA,cB)))越大，lgc(A)eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(或lg\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(cA,cB)))))越大。③若c(A)＜1eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(或\f(cA,cB)＜1))时，lgc(A)eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(或lg\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(cA,cB)))))取负值，且c(A)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(或\f(cA,cB)))越大，lgc(A)eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(或lg\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(cA,cB)))))越大，但数值越小。2．常考对数图像的类型图像种类具体类型含义变化规律对数图像lgeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(cHX－,cH2X)))生成物与反应物离子浓度比的常用对数lgeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(cHX－,cH2X)))越大，反应向正反应方向进行的程度越大lgeq\f(V,V0)稀释后与稀释前体积比的常用对数lgeq\f(V,V0)越大，稀释程度越大AG＝lgeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(cH＋,cOH－)))氢离子与氢氧根离子浓度比的常用对数AG越大，酸性越强，中性时，eq\f(cH＋,cOH－)＝1，AG＝0负对数图像pH＝－lgc(H＋)氢离子浓度的常用对数负值pH越大，c(H＋)越小，溶液的碱性越强pC＝－lgc(C)C离子浓度的常用对数负值pC越大，c(C)越小例如，有关沉淀溶解平衡的对数图像分析如下：对数图像含义已知：pM＝－lgc(M)(M：Mg2＋、Ca2＋、Mn2＋)，p(COeq\o\al(2－,3))＝－lgc(COeq\o\al(2－,3))横坐标数值越大，c(COeq\o\al(2－,3))越小纵坐标数值越大，c(M)越小线上方的点为不饱和溶液线上的点为饱和溶液线下方的点表示有沉淀生成线上任意点，坐标数值越大，其对应的离子浓度越小【例】(2018·全国卷Ⅲ)用0.100mol·L－1AgNO3滴定50.0mL0.0500mol·L－1Cl－溶液的滴定曲线如图所示。下列有关描述错误的是()A．根据曲线数据计算可知Ksp(AgCl)的数量级为10－10B．曲线上各点的溶液满足关系式c(Ag＋)·c(Cl－)＝Ksp(AgCl)C．相同实验条件下，若改为0.0400mol·L－1Cl－，反应终点c移到点aD．相同实验条件下，若改为0.0500mol·L－1Br－，反应终点c向点b方向移动[图解过程]C[根据滴定曲线，当加入25mLAgNO3溶液时，Ag＋与Cl－刚好完全反应，AgCl处于沉淀溶解平衡状态，此时溶液中c(Ag＋)＝c(Cl－)＝10－4.75mol·L－1，Ksp(AgCl)＝c(Ag＋)·c(Cl－)＝10－9.5≈3.16×10－10，A项正确；曲线上各点都处于沉淀溶解平衡状态，故符合c(Ag＋)·c(Cl－)＝Ksp(AgCl)，B项正确；根据图示，Cl－浓度为0.0500mol·L－1时消耗25mLAgNO3溶液，则Cl－浓度为0.0400mol·L－1时消耗20mLAgNO3溶液，a点对应AgNO3溶液体积为15mL，所以反应终点不可能由c点移到a点，C项错误；由于AgBr的Ksp小于AgCl的Ksp，初始c(Br－)与c(Cl－)相同时，反应终点时消耗的AgNO3溶液体积相同，但Br－浓度小于Cl－浓度，即反应终点从曲线上的c点向b点方向移动，D项正确。]对数图像的解题策略(1)先确定图像的类型是对数图像还是负对数图像。(2)再弄清楚图像中横坐标和纵坐标的含义，是浓度对数还是比值对数。(3)抓住图像中特殊点：如pH＝7、lgx＝0，交叉点。(4)理清图像中曲线的变化趋势及含义，根据含义判断线上、线下的点所表示的意义。(5)将图像中数据或曲线的变化与所学知识对接，作出选项的正误判断。[跟踪练习]已知：pAg＝－lgc(Ag＋)，Ksp(AgCl)＝1×10－12，Ksp(AgI)＝1×10－16。如图是向10mLAgNO3溶液中逐滴滴入0.1mol·L－1的NaCl溶液时，pAg随着加入NaCl溶液的体积变化的图像(实线)。下列叙述正确的是()A．原AgNO3溶液的物质的量浓度为0.1mol·L－1B．图中x点表示溶液中Ag＋恰好完全沉淀C．图中x点的坐标为(10,6)D．若把NaCl溶液换成0.1mol·L－1NaI溶液，则图像在终点后变为虚线部分B[图中原点pAg＝0，则Ag＋的浓度为：c(Ag＋)＝1mol·L－1，即原AgNO3溶液的物质的量浓度为1mol·L－1,A错误；x点c(Ag＋)＝1×10－6mol·L－1，一般认为溶液中离子浓度小于10－5mol·L－1完全沉淀，B正确；x点c(Ag＋)＝1×10－6mol·L－1，一般认为溶液中离子浓度小于10－5mol·L－1，即沉淀完全，则AgNO3与NaCl恰好反应，由A求得原AgNO3溶液的物质的量浓度为1mol·L－1，则有：n(NaCl)＝n(AgNO3)＝0.01L×1mol·L－1＝0.01mol，所以V(NaCl)＝100mL，即x点的坐标为(100,6),C错误；与AgCl相比，碘化银的Ksp(AgI)更小，所以把NaCl换成0.1mol·L－1NaI，则溶液中c(Ag＋)更小，则pAg更大，图像不符，D错误。]题型二分布系数图像分布曲线是指以pH为横坐标，分布系数即组分的平衡浓度占总浓度的分数为纵坐标，分布系数与溶液pH之间的关系曲线。举例一元弱酸(以CH3COOH为例)二元酸(以草酸为例)三元酸(以H3PO4为例)弱电解质分布系数图δδ0、δ1分别为CH3COOH、CH3COO－分布系数δ0为H2C2O4分布系数、δ1为HC2Oeq\o\al(－,4)分布系数、δ2为C2Oeq\o\al(2－,4)分布系数δ0为H3PO4分布系数、δ1为H2POeq\o\al(－,4)分布系数、δ2为HPOeq\o\al(2－,4)分布系数、δ3为POeq\o\al(3－,4)分布系数含义当pH＜pKa时，主要存在形式是CH3COOH；当pH＞pKa时，主要存在形式是CH3COO－。δ0与δ1曲线相交在δ0＝δ1＝0.5处，此时c(CH3COOH)＝c(CH3COO－)，即pH＝pKa当溶液的pH＝1.2时δ0＝δ1，pH＝4.2时δ1＝δ2；当pH＜1.2时，H2C2O4占优势；在1.2＜pH＜4.2区间，HC2Oeq\o\al(－,4)占优势；而当pH＞4.2时，C2Oeq\o\al(2－,4)为主要存在形式当溶液的pH＝2时δ0＝δ1，pH＝7.1时δ1＝δ2，pH＝12.2时δ2＝δ3；当pH＜2时，H3PO4占优势；在2＜pH＜7.1区间，H2POeq\o\al(－,4)占优势；在7.1＜pH＜12.2区间，HPOeq\o\al(2－,4)占优势；而当pH＞12.2时，POeq\o\al(3－,4)为主要存在形式离子方程式pH由2到6发生反应的离子方程式：CH3COOH＋OH－=CH3COO－＋H2OpH由4到6发生反应的离子方程式：HC2Oeq\o\al(－,4)＋OH－=C2Oeq\o\al(2－,4)＋H2OpH由11到14发生反应的离子方程式：HPOeq\o\al(2－,4)＋OH－=POeq\o\al(3－,4)＋H2O求lgKK(CH3COOH)＝eq\f(cCH3COO－·cH＋,cCH3COOH)，从图可知，c(CH3COO－)＝c(CH3COOH)时pH＝pK＝4.76。K(CH3COOH)＝c(H＋)＝10－4.76，lgK(CH3COOH)＝－4.76K2(H2C2O4)＝eq\f(cC2O\o\al(2－,4)·cH＋,cHC2O\o\al(－,4))，从图可知，c(C2Oeq\o\al(2－,4))＝c(HC2Oeq\o\al(－,4))时pH＝4.2，K2＝c(H＋)＝10－4.2，lgK2＝－4.2K3(H3PO4)＝eq\f(cPO\o\al(3－,4)·cH＋,cHPO\o\al(2－,4))，从图可知，c(HPOeq\o\al(2－,4))＝c(POeq\o\al(3－,4))时pH＝12.2，K3＝c(H＋)＝10－12.2，lgKa＝－12.2【例】常温下，0.1mol·L－1的H2C2O4溶液中H2C2O4、HC2Oeq\o\al(－,4)、C2Oeq\o\al(2－,4)三者所占物质的量分数(分布系数)随pH变化的关系如图所示。下列表述不正确的是()H2C2O4溶液中三种微粒分布曲线A．HC2Oeq\o\al(－,4)H＋＋C2Oeq\o\al(2－,4)，Ka2＝1×10－4.3B．将等物质的量的NaHC2O4和Na2C2O4溶于水中，所得溶液pH恰好为4.3C．常温下HF的Ka＝1×10－3.4，将少量H2C2O4溶液加入足量NaF溶液中，发生的反应为H2C2O4＋F－=HF＋HC2Oeq\o\al(－,4)D．在0.1mol·L－1NaHC2O4溶液中，各离子浓度大小关系为c(Na＋)＞c(HC2Oeq\o\al(－,4))＞c(H＋)＞c(C2Oeq\o\al(2－,4))＞c(OH－)B[由HC2Oeq\o\al(－,4)H＋＋C2Oeq\o\al(2－,4)，可知Ka2＝eq\f(cH＋·cC2O\o\al(2－,4),cHC2O\o\al(－,4))，pH＝4.3时，c(C2Oeq\o\al(2－,4))＝c(HC2Oeq\o\al(－,4))，所以Ka2＝1×10－4.3，A项正确；将等物质的量的NaHC2O4和Na2C2O4溶于水中，HC2Oeq\o\al(－,4)的电离程度大于C2Oeq\o\al(2－,4)的水解程度，溶液中c(C2Oeq\o\al(2－,4))＞c(HC2Oeq\o\al(－,4))，则溶液pH大于4.3，B项错误；结合题图及A项的分析，可知常温下H2C2O4的Ka1＝1×10－1.3、Ka2＝1×10－4.3，又因为HF的Ka＝1×10－3.4，则酸性强弱关系：H2C2O4＞HF＞HC2Oeq\o\al(－,4)，所以将少量H2C2O4溶液加入足量NaF溶液中，发生的反应为H2C2O4＋F－=HF＋HC2Oeq\o\al(－,4)，C项正确；结合图像知：NaHC2O4溶液显酸性，HC2Oeq\o\al(－,4)的电离程度大于水解程度，在溶液中HC2Oeq\o\al(－,4)部分电离，则各离子浓度大小关系为c(Na＋)＞c(HC2Oeq\o\al(－,4))＞c(H＋)＞c(C2Oeq\o\al(2－,4))＞c(OH－)，D项正确。][跟踪练习]已知H2A为二元弱酸。室温时，配制一组c(H2A)＋c(HA－)＋c(A2－)＝0.10mol·L－1的H2A和NaOH混合溶液，溶液中部分微粒的物质的量浓度随pH的变化曲线如图所示。下列指定溶液中微粒的物质的量浓度关系不正确的是()A．pH＝7的溶液中：c(Na＋)＞2c(A2－)B．E点溶液中：c(Na＋)－c(HA－)＜0.10mol·L－1C．c(Na＋)＝0.10mol·L－1的溶液中：c(H＋)＋c(H2A)＝c(OH－)＋c(A2－)D．pH＝2的溶液中c(H2A)＋c(A2－)＞c(HA－)D[根据电荷守恒，pH＝7的溶液中，c(Na＋)＝2c(A2－)＋c(HA－)，即c(Na＋)>2c(A2－)，A正确；根据电荷守恒c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(A2－)＋c(HA－)＋c(OH－)，c(Na＋)＝2c(A2－)＋c(HA－)＋c(OH－)－c(H＋)，E点溶液中c(A2－)＝c(HA－)，c(OH－)＜c(H＋)，所以c(Na＋)－c(HA－)＝c(HA－)＋c(A2－)＋c(OH－)－c(H＋)＜0.10mol·L－1，B正确；根据电荷守恒，c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(A2－)＋c(HA－)＋c(OH－)，c(Na＋)＝0.10mol·L－1，即c(H2A)＋c(HA－)＋c(A2－)＝c(Na＋)，所以c(H＋)＋c(H2A)＝c(OH－)＋c(A2－)，C正确；根据图像pH＝2的溶液中，c(H2A)＋c(A2－)＜c(HA－)，D错误。]1．25℃时，Fe(OH)2和Cu(OH)2的饱和溶液中，金属阳离子的物质的量浓度的负对数[－lgc(M2＋)]与溶液pH的变化关系如图所示，已知该温度下Ksp[Cu(OH)2]<Ksp[Fe(OH)2]。下列说法正确的是()A．曲线a表示Fe(OH)2饱和溶液中的变化关系B．除去CuSO4溶液中含有的少量Fe2＋，可加入适量CuOC．当Fe(OH)2和Cu(OH)2沉淀共存时，溶液中c(Fe2＋)∶c(Cu2＋)＝104.6∶1D．向X点对应的饱和溶液中加入少量NaOH固体，可转化为Y点对应的溶液C[25℃时Ksp[Cu(OH)2]<Ksp[Fe(OH)2]，则其饱和溶液中c(Fe2＋)>c(Cu2＋)；c(M2＋)越大，则－lgc(M2＋)的值越小，则相同条件下，Fe(OH)2饱和溶液中c(Fe2＋)较大，－lgc(Fe2＋)的值较小，故曲线a表示Cu(OH)2饱和溶液，曲线b表示Fe(OH)2饱和溶液，A错误；由于Ksp[Cu(OH)2]<Ksp[Fe(OH)2]，则Cu(OH)2比Fe(OH)2的溶解度小，更易生成沉淀，在含Fe2＋的CuSO4溶液中加入适量CuO，不能生成Fe(OH)2沉淀，故不能除去Fe2＋，B错误；由图可知，当pH＝10时，－lgc(Cu2＋)＝11.7，则有Ksp[Cu(OH)2]＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝10－11.7×(10－4)2＝10－19.7；pH＝8时，－lgc(Fe2＋)＝3.1，则有Ksp[Fe(OH)2]＝c(Fe2＋)·c2(OH－)＝10－3.1×(10－6)2＝10－15.1，故Fe(OH)2和Cu(OH)2沉淀共存时，溶液中eq\f(cFe2＋,cCu2＋)＝eq\f(Ksp[FeOH2],Ksp[CuOH2])＝eq\f(10－15.1,10－19.7)＝104.6，C正确；向X点对应的饱和溶液中加入少量NaOH固体，溶液中会生成Cu(OH)2沉淀，c(Cu2＋)减小，则－lgc(Cu2＋)增大，而从X点到Y点－lgc(Cu2＋)不变，不符合转化关系，D错误。]2．(双选)常温时，Ca(OH)2和CaWO4(钨酸钙)的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列分析不正确的是()A．常温时Ksp[Ca(OH)2]＜Ksp(CaWO4)B．a点：无Ca(OH)2沉淀，有CaWO4沉淀C．加热饱和Ca(OH)2溶液有白色沉淀生成D．常温时这两种饱和溶液中c(Ca2＋)相等AD[Ca(OH)2沉淀溶解平衡曲线起点的定量信息是c(Ca2＋)＝1.0×10－7mol·L－1、c(OH－)＝1.0mol·L－1，Ksp[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·c2(OH－)＝1.0×10－7，CaWO4(钨酸钙)的沉淀溶解平衡曲线起点的定量信息是c(Ca2＋)＝1.0×10－7mol·L－1、c(WOeq\o\al(2－,4))＝1.0×10－3mol·L－1，Ksp(CaWO4)＝c(Ca2＋)·c(WOeq\o\al(2－,4))＝1.0×10－10＜1.0×10－7，故Ksp[Ca(OH)2]＞Ksp(CaWO4)，A项错误；a点的定量信息是c(Ca2＋)＝1.0×10－4mol·L－1，c(OH－)＝1.0×10－3mol·L－1或c(WOeq\o\al(2－,4))＝1.0×10－3mol·L－1，离子积Q[Ca(OH)2]＝c(Ca2＋)·c2(OH－)＝1.0×10－10＜Ksp[Ca(OH)2]，无氢氧化钙沉淀生成，离子积Q(CaWO4)＝c(Ca2＋)·c(WOeq\o\al(2－,4))＝1.0×10－7＞Ksp(CaWO4)，有钨酸钙沉淀生成，B项正确；氢氧化钙的溶解度随温度升高而降低，故加热饱和Ca(OH)2溶液有白色沉淀生成，C项正确；设饱和氢氧化钙溶液中钙离子浓度为x，则氢氧根离子浓度为2x，x·(2x)2＝1.0×10－7(mol－1·L)3，解得x≈2.9×10－3mol·L－1，设饱和钨酸钙溶液中钙离子浓度为y，钨酸根离子浓度也为y，则y2＝1.0×10－10(mol－1·L)2，y＝1.0×10－5mol·L－1，x＞y，D项不正确。]3．(双选)常温下，将体积为V1的0.1000mol·L－1HCl溶液逐滴加入体积为V2的0.1000mol·L－1Na2CO3溶液中，溶液中H2CO3、HCOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)所占的物质的量分数(α)随pH的变化曲线如图。下列说法不正确的是()A．在pH＝10.3时，溶液中：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HCOeq\o\al(－,3))＋c(COeq\o\al(2－,3))＋c(OH－)＋c(Cl－)B．在pH＝8.3时，溶液中：0.1000mol·L－1＞c(HCOeq\o\al(－,3))＋c(COeq\o\al(2－,3))＋c(H2CO3)C．在pH＝6.3时，溶液中：c(Na＋)＞c(Cl－)＞c(HCOeq\o\al(－,3))＞c(H＋)＞c(OH－)D．V1∶V2＝1∶2时，c(OH－)＞c(HCOeq\o\al(－,3))＞c(COeq\o\al(2－,3))＞c(H＋)AD[A项，任何溶液中均存在电荷守恒，则在pH＝10.3时，溶液中存在c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HCOeq\o\al(－,3))＋2c(COeq\o\al(2－,3))＋c(OH－)＋c(Cl－)，错误；B项，由题图可知，在pH＝8.3时，该溶液为NaHCO3和NaCl的混合溶液，根据物料守恒可得c(HCOeq\o\al(－,3))＋c(COeq\o\al(2－,3))＋c(H2CO3)＜0.1000mol·L－1，正确；C项，在pH＝6.3时，溶液中存在NaHCO3、NaCl和碳酸，该溶液显酸性，则c(H＋)＞c(OH－)，根据化学反应：Na2CO3＋HCl=NaCl＋NaHCO3、NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2CO3，所以离子浓度大小关系为c(Na＋)＞c(Cl－)＞c(HCOeq\o\al(－,3))＞c(H＋)＞c(OH－)，正确；D项，V1∶V2＝1∶2时，混合后的溶液是等物质的量浓度的Na2CO3、NaHCO3、NaCl的混合溶液，Na2CO3和NaHCO3是强碱弱酸盐，水解导致溶液显碱性，COeq\o\al(2－,3)的水解程度大于HCOeq\o\al(－,3)的水解程度，则溶液中c(HCOeq\o\al(－,3))＞c(COeq\o\al(2