普通高中课程标准实验教科书化学选修四第三章《水溶液中的离子平衡》, 涉及酸、碱溶液稀释、酸碱中和滴定p H变化相关题型频率较高, 也是近几年高考热点之一。若用常规解题思路解决此类题型, 学生难以理解且常常混淆不清, 经过不断探究与反思, 发现用图像法可以将此类问题迎刃而解。现将几种用图像法解决的常见题型汇总如下 (以下题型中涉及条件均为常温常压) 。
题型一:相同浓度或相同p H的强酸、弱酸稀释到相同p H时加水的体积多少比较。
理论依据:浓度相同的强酸、弱酸加水稀释时, p H值变化大的为弱酸, 变化小的为强酸;p H相同的强酸、弱酸加水稀释时, p H值变化大的为强酸, 变化小的为弱酸。
1) 浓度均为0.1mol/L的盐酸和醋酸 (体积相同) , 分别加水m、n升进行稀释, 使溶液的p H都变为4, 比较m与n的大小?
查阅资料得知:0.1mol/L醋酸的p H=2.88;0.1mol/L盐酸的p H=1。
两种酸溶液p H随水的体积变化图形为:
根据题意并结合理论依据, 由图可知:相同体积、相同浓度的强酸、弱酸加水稀释到相同p H值时, 所需水的体积强酸大于弱酸, 即m>n。
2) p H值均为1的盐酸与醋酸, 分别加水m、n升进行稀释, 使溶液的p H都变为4, 则m与n的大小?
两种酸溶液p H随水的体积变化图形为:
根据题意并结合理论依据, 由图可知:相同体积、相同p H值得强酸、弱酸加水稀释到相同p H值时, 所需水的体积弱酸大于强酸, 即n>m。
题型二:相同浓度或相同p H的强碱、弱碱稀释到相同PH时加水的体积大小比较。
理论依据:浓度相同的强碱、弱碱加水稀释时, p H值变化大的为弱碱, 变化小的为强酸;p H相同的强碱、弱碱加水稀释时, p H值变化大的为强碱, 变化小的为弱碱。
1) 浓度均为0.1mol/L的Na OH溶液和氨水 (体积相同) , 分别加水m、n升进行稀释, 使溶液的p H都变为9, 比较m与n的大小?
备课查阅资料得知:0.1mol/L的氨水p H=11.13;0.1mol/LNa OH溶液的p H=13。
两种碱溶液p H随水的体积变化图形为:
根据题意并结合理论依据, 由图可知:相同体积、相同浓度的强碱、弱碱加水稀释到相同p H值时, 所需水的体积强碱大于弱碱, 即m>n。
(2) p H值均为13的Na OH溶液和氨水, 分别加水m、n升进行稀释, 使溶液的p H都变为9, 则m与n的大小?
两种碱溶液p H随水的体积变化图形为:
根据题意并结合理论依据, 由图可知:相同体积、相同PH值的强碱、弱碱加水稀释到相同p H值时, 所需水的体积弱碱大于强碱, 即n>m。
题型三:强碱弱酸或强酸弱碱中和滴定时溶液p H值取值范围与酸碱溶液体积之间的关系。
理论依据:强酸弱碱或强碱弱酸之间的中和滴定, 一定要分清滴定终点与中性点的区别。若恰好中和反应生成强酸弱碱盐, 溶液显酸性, p H<7;若恰好中和反应生成强碱弱酸盐, 溶液显碱性, p H>7;当然, 中性点p H=7, 但此时n (酸) ≠n (碱) , 若起始浓度相等, 则V (酸) ≠V (碱) 。
(1) 用0.1mol/LNa OH溶液滴定20.00m L0.1mol/LCH3COOH溶液, V (CH3COOH) 与V (Na OH) 的大小关系引起p H值取值范围如何变化?
滴定时溶液p H随Na OH溶液的体积变化图形为:
根据题意并结合理论依据, 由图可知:V (Na OH) =20m L, n (酸) =n (碱) 此时恰好完全中和, b点为中和点, 恰好生成强碱弱酸盐, 溶液呈碱性, p H>7。V (Na OH) <20m L, 有三种情况:a~b之间, p H>7;a点为中性点:p H=7;a点右边:p H<7;V (Na OH) >20m L, p H>7。
(2) 用0.1mol/L盐酸溶液滴定20.00m L0.1mol/L氨水溶液, V (HCl) 与V (NH3·H2O) 的大小关系引起PH值取值范围如何变化?
滴定时溶液PH随盐酸溶液的体积变化图形为:
根据题意并结合理论依据, 由图可知:V (HCl) =20m L, n (酸) =n (碱) 此时恰好完全中和, b点为中和点, 恰好生成强酸弱碱盐, 溶液呈酸性, p H<7;V (HCl) <20m L, 有三种情况:a~b之间, p H<7;a点为中性点:p H=7;a点右边, p H>7;V (HCl) >20m L, p H>7。
以上题型主要考查酸碱溶液稀释、酸碱中和、盐类水解及弱电解质在水溶液中的电离平衡等基本概念和原理的应用, 知识点多而杂, 但借助曲线提供的信息, 通过图像分析可以简单且巧妙地将相关知识清晰地掌握, 也不失准确与严密。