搜索
数形结合思想解决化学问题（二）四、有关弱电解质电离平衡的图像题例1．(2010·浙江高考26)已知：①25℃时弱电解质电离平衡数：Ka(CH3COOH)=1.8×10-5，Ka(HSCN)=0.13；难溶电解质的溶度积常数：Ksp(CaF2)=1.5×10-10②25℃时，2.0×10-3mol·L-1氢氟酸水溶液中，调节溶液pH(忽略体积变化)，得到c(HF)、c(F－)与溶液pH的变化关系，如下图所示：请根据以下信息回答下列问题：(1)25℃时，将20mL0.10mol·L-1CH3COOH溶液和20mL0.10mol·L-1HSCN溶液分别与20mL0.10mol·L-1NaHCO3溶液混合，实验测得产生的气体体积(V)随时间(t)变化的示意图为下图所示：反应初始阶段，两种溶液产生CO2气体的速率存在明显差异的原因是，反应结束后所得两溶液中，c(CH3COO－)c(SCN－)(填“﹥”、“＜”或“=”)(2)25℃时，HF电离平衡常数的数值Ka，列式并说明得出该常数的理由。(3)4.0×10-3mol·L-1HF溶液与4.0×10-4mol·L-1CaCl2溶液等体积混合，调节混合液pH为4.0(忽略调节混合液体积的变化)，通过列式计算说明是否有沉淀产生。解析：解决此题三问，均与题设两个图像有关，要通过认真读图，识破图示中的三个隐含信息：一是图中HSCN与CH3COOH曲线变化趋势，可分析出HSCN与CH3COOH酸性强弱，用于(1)问解答；二是图示中c(HF)与c(F－)两曲线的交点，可分析出交点处c(HF)=c(F－)，用于(2)问计算HF的Ka；三是当pH=4.0时，图中可查阅c(F－)，用于(3)问计算判断CaF2是否有沉淀产生。(1)由CO2气体体积(V)随时间(t)变化的示意图知HSCN曲线较陡速率大，CH3COOH曲线缓和速率小；说明HSCN的酸性比CH3COOH的酸性强，HSCN溶液中的c(H+)较大，故其溶液与NaHCO3溶液的反应速率较快；反应结束后，溶液中CH3COO－离子水解程度比SCN－离子水解程度大，故c(CH3COO－)＜c(SCN－)。(2)因为HFH++F－，所以Ka=[c(H+)×c(F－)]/c(HF)。由c(HF)、c(F－)与溶液pH的变化关系图知两曲线交点处c(HF)=c(F－)，可选择图中交点处所对应的pH求解HF的Ka，当c(HF)=c(F－)时，Ka=c(H+)=10-3.45(或3.5×10-4)。(3)由c(HF)、c(F－)与溶液pH的变化关系图知：当pH=4.0时，查得c(F－)=1.6×10-3mol·L-1，由于HF溶液与CaCl2溶液等体积混合，各物质浓度应减半，此时溶液中c(Ca2+)=2.0×10-4mol·L-1，c2(F－)×c(Ca2+)=5.1×10-10﹥Ksp(CaF2)=1.5×10-10，故有少量沉淀产生。感悟：弱电解质在水溶液中的电离平衡是化学平衡理论应用的范例之一，其图像题主要有外界条件对弱电解质电离平衡的影响、稀释对电解质或弱电解质溶液的离子浓度或pH的影响、比较某些电解质离子浓度大小或导电性强弱或反应速率大小、酸碱中和的曲线定量分析等。其解题思维离不开动态平衡原理及数形结合思想。现场体验：(2012·江苏高考15)25℃，有c(CH3COOH)+c(CH3COO－)=0.1mol·L-1的一组醋酸和醋酸钠混合溶液，溶液中c(CH3COOH)、c(CH3COO－)与pH值的关系如图所示。下列有关离子浓度关系叙述正确的是()A．pH=5.5溶液中：c(CH3COOH)﹥c(CH3COO－)﹥c(H+)﹥c(OH－)B．W点表示溶液中：c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO－)+c(OH－)C．pH=3.5溶液中：c(Na+)+c(H+)－c(OH－)+c(CH3COOH)=0.1mol·L-1D．向W点所表示溶液中通入0.05molHCl气体(溶液体积变化可忽略)：c(H+)=c(CH3COOH)+c(OH－)答案：BC。专题强化训练：1．(2010·江苏高考12)常温下，用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定20.00mL0.1000mol·L-1CH3COOH溶液所得滴定曲线如下图。下列说法正确的是()A．点①所示溶液中：c(CH3COO-)+c(OH-)=c(CH3COOH)+c(H+)B．点②所示溶液中：c(Na+)=c(CH3COOH)+c(CH3COO-)C．点③所示溶液中：c(Na+)﹥c(OH-)﹥c(CH3COO-)﹥c(H+)D．滴定过程中可能出现：c(CH3COOH)﹥c(CH3COO-)﹥c(H+)﹥c(Na+)﹥c(OH-)2．(2011·安徽高考12)室温下，将1.000mol·L-1盐酸滴入20.00mL1.000mol·L-1氨水中，溶液pH和温度随加入盐酸体积变化曲线如下图所示。下列有关说法正确的是()A．a点由水电离出的c(H+)=1.0×10-14mol·L-1B．b点：c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(Cl-)C．c点：c(Cl-)=c(NH4+)D．d点后，溶液温度略下降的主要原因是NH3·H2O电离吸热3．25℃时将水不断滴入0.1mol/L的氨水中，下列变化的图像合理的是()4．(2009·宁夏高考11)将氢氧化钠稀溶液滴加到醋酸稀溶液中，下列各图示意混合溶液有关量或性质的变化趋势，其中错误的是()5．(2010·山东高考15)某温度下，Fe(OH)3(s)、Cu(OH)2(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后，改变溶液pH，金属阳离子浓度的辩护如图所示。据图分析，下列判断错误的是()A．Ksp[Fe(OH)3]＜Ksp[Cu(OH)2]B．加适量NH4Cl固体可使溶液由a点变到b点C．c、d两点代表的溶液中c(H+)与c(OH－)乘积相等D．Fe(OH)3、Cu(OH)2分别在b、c两点代表的溶液中达到饱和答案：1．D2．C3．AC4．D5．B常言道，“思想决定思路，思路决定出路。”有了思想，就有思路；有了思路，就有方法；有了方法，就有成效。2013年福建化学高考试题中蕴藏着许多化学学科思想，本文试图就学科思想的层面对今年化学试题解答谈点启发，分享如下，以供教学参考。一、数形结合思想，妙在“形”中。2013年福建化学高考试题特点之一：图表图形考查较多，有表格示意图、坐标曲线图、工艺流程图、物质转化图、实验装置图、结构图等共10个，涉及到的试题有第9题、11题、12题、23题、24题、25题、31题、32题等，涵盖了近二分之一的Ⅰ卷选择题与所有的Ⅱ卷题，图中隐藏解题之奥秘。解题关键在于：读图、识图、用图，真正让图表数据信息发挥应有的解题之功能。如第9题，四种元素均在短周期，两行表格示意图暗示必为第二、三周期，只有M为金属且在第三周期，则M为Al元素，X、Y、Z分别为Si、N、O元素，根据四元素与周期表位置及周期律不难分析各选项的正误。由“图表”推知各元素是解题之关键，体现“形”的价值。第12题考查温度影响反应速率等考点，题中故意设置“依据I2析出所需时间可以求得NaHSO3的反应速率”干扰，让考生从坐标曲线图中b、c两点纵坐标的时间一样，误判断反应速率一样，认为B选项正确，从而误选其它选项。此题只要扣准图中b、c两点横坐标所对应的温度不同，分别为25℃、47℃，反应速率一定不同，直选B选项不正确。显然，破解图中“数”的隐含与“形”的干扰，难题变易。第23题第(2)①问中求解985℃时H2S分解的平衡常数K，只要抓住温度与H2S的转化率曲线图中的“数”：985℃时H2S的转化率为40%，利用化学平衡计算的“三段式法”即可求解。第23题第(2)②问中反应池中的化学方程式和电解池中的离子方程式均可借助于流程图的“形”来正确书写，反应池的进口物质FeCl3与H2S为反应物，反应池的出口物质S与溶液(必含Fe2+、Cl－与H+)为生成物；电解池中出口H2为生成物，则电解池中溶液Fe2+与H+为反应物，根据氧化还原反应原理不难写出有关方程式。同理，第24题第(1)②问中工艺中可以利用的单质化学式与发生器中生成ClO2的化学方程式也可借助于工艺流程图的“形”来正确书写。第31题第(1)问中考查C、N、O三种元素的第一电离能的变化规律，纯粹是由“数”求“形”，只需知道C、N、O三种元素的第一电离能介于B、F之间且N﹥O﹥C，坐标图上的“形”就自然而成。第31题第(3)①问中(H2O)2•BF3晶体的结构图明显暗示了晶体中存在有共价键、配位键、氢键和范德华力。“形”的示意，直观明了，解题到位。二、守恒思想，乐在其中。2013年福建化学高考试题特点之二：氧化还原反应知识考查居多，涉及到的试题有第11题、12题、23题、24题、25题等，氧化还原反应的方程式虽是各类化学反应方程式的半壁江山，但今年高考书写各类方程式全被氧化还原反应所包揽。氧化还原反应离不开电子守恒，培养守恒理念，可以快速解题。如第11题，利用太阳能使二氧化碳和水转化成气态燃料为背景，考查了能量的转化和有关化学用语及学科思想。由反应过程和原子守恒知，反应前后CeO2没有消耗；由反应过程和能量守恒知，该过程实现了太阳能向化学能的转化；由图示转化中的箭号、盖斯定律及能量守恒知，则△H1=﹣(△H2+△H3)；由电子守恒、电荷守恒、原子守恒知CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式正确。不失为一道综合高中各种守恒的好试题。心中有守恒，解题有乐趣。第23题、24题、25题三大题中，共有5个化学方程式及离子方程式(含配平)均属于氧化还原反应，分析好各个方程式的反应物与产物后，电子守恒、电荷守恒、原子守恒则成为规范书写化学用语的重要依据，只有守恒到位，方可正确书写。第24题第(3)问中考查Cl2和ClO2处理电镀废水中等量CN－所需的物质的量的计算，由于Cl2和ClO2均被还原为Cl－，分别得到2个、5个电子，根据电子守恒列式：n(Cl2)×2=n(ClO2)×5，n(Cl2)/n(ClO2)=2.5。守恒思想，化繁为简，事半功倍。第25题属于实验探究题，以考查实验基本素养为主，但第(1)问与第(3)①问，只要通过氧化还原反应中的价态守恒和化学反应中的质量守恒即可得到正确答案。因为4种猜想中，甲、丙、丁所涉及的化学式其组成比例或变价情况均不符合守恒思想，唯有乙猜想正确。三、平衡思想，妙趣横生。2013年福建化学高考试题特点之三：选择题、必考综合题、选考题均渗透各种平衡的考查，尤其是平衡常数的应用考查，涉及到的试题有第8题、23题、24题、31题等，体现了理论联系实际、学以致用的思想。各种平衡都遵循化学平衡的特点，借助于平衡方程式来分析解题，妙趣横生。如第8题考查电解质知识，氨水存在电离平衡：NH3•H2ONH4++OH－，紧扣不完全电离，知书写离子方程式时化学式不拆成OH－，溶液pH应小于13，NH4NO3是强酸弱碱盐水解呈酸性，选项A、D错，选项C对；由于温度不变，电离平衡常数不变，K=c(NH4+)•c(OH－)/c(NH3•H2O)，氨水稀释，c(NH3•H2O)减小，要使K不变，c(NH4+)•c(OH－)必然减小，故选项B错。平衡思想，化抽象为形象，势如破竹。第23题第(2)①问中，由题设硫化氢高温分解法的平衡方程式和平衡计算的“三段式法”即可求解平衡常数K。硫化氢转化率与温度的曲线图中有两条曲线，a是平衡转化率的曲线，b为未达平衡转化率的曲线，显然，温度升高，反应速率加快，缩短达到平衡的时间。第24题第(1)①问考查沉淀溶解平衡，对滤液中残留有一定量的SO42－的原因分析，可结合沉淀转化的平衡方程式：BaSO4(s)+CO32－(aq)BaCO3(s)+SO42－(aq)与BaCO3、BaSO4的溶度积差别不大，转化不完全，故有残留一定量的SO42－。平衡式简明直观，方便理解，有助于文字表达到位。第31题第(4)问考查比较水杨酸与苯酚的电离平衡常数K大小，实际上就是比较两种弱电解质的电离程度大小，其原因的正确答案