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有关离子反应的“量变”图像题

罗中伟

图像是高考试题的形象化语言,能有效的考查学生从图像中接受、吸收、整合化学信息能力。化学图像题以化学知识为载体,将化学问题抽象成数学问题,利用数学工具通过计算和推理,解决化学问题的题型,它体现了数学方法在解决化学问题中的应用。纵观近几年的高考化学试题,图像题型考查范围广,中学化学中的所有内容,如元素化合物、化学基本概念和理论、化学实验、化学计算等均可以此方法进行考查。本文着重对有关离子反应中的“量变”图像进行探讨。

试题分析:

【例题1】(2012安徽卷)已知室温下Al(OH)3的Ksp或溶解度远大于Fe(OH)3。向浓度均为0.1/L的Fe(NO)3和Al(NO)3混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液。下列示意图表示生成Al(OH)3的物质的量与加入NaOH溶液的体积的关系。合理的是 ( )

【解析】试题以沉淀平衡及溶液中离子反应的先后顺序,氢氧化铝的两性的等知识点为背景,考查学生对主干知识的掌握和从图像中提取信息的能力;由题干中告知的信息KspAl(OH)3大于KspFe(OH)3可推知混合溶液中滴加NaOH时,首先产生Fe(OH)3的沉淀,当Fe(OH)3沉淀完全后才产生Al(OH)3沉淀;根据Al(OH)3的两性及加入NaOH的量可推知沉淀Al(OH)3最后完全消失。结合图像中的坐标含义可确定答案选择C。

二、离子图像试题的解析基本思路:

1.识图像,看变化:图像题的解答首先要关注图像中“起点”、“折点(拐点)”、“终点”的含义;通常情况下“起点”在0点,若不在0点,一定搞清是什么原因造成的。对于有沉淀、气体生成的反应,“起点”不在0点,一般是发生酸碱中和反应,没有沉淀生成。对于可逆反应的反应速率,“起点”不在0点,反应不是从正反应开始的。“折点”表示第一个反应已经完成,第二个反应开始发生。“折点”多的表示化学反应众多,每个“折点”代表不同的含义。“终点”表示整个反应历程已经结束。其次看清图像面的意义,关注其横纵坐标表达的含义,通常来说横坐标代表反应物用量,纵坐标代表生成物产量。最后关注曲线的变化趋势,如斜率变化,标志反应速率发生变化;曲线升高,标志沉淀、气体的量增多,曲线降低,标志沉淀、气体的量减少。

2.找原理,细分析:根据题目所给已知信息和图像中隐含的信息,提取“起点”、“折点”、“终点”的纵、横坐标数据,结合相关的化学反应原理,写出可能发生反应的化学方程式或离子方程式,根据反应中生成的气体、沉淀的量,结合已知数据,探究化学反应的本质。尤其在分析图像或作图时不仅要注意加入的酸或碱的强弱,还要注意所加入的量和滴加的顺序,因为滴加的顺序不同可能产生的现象不同。若产生的沉淀有多种,则应仔细分析相关量间的关系,要特别关注沉淀是否同步生成,沉淀物是否溶于所加入的过量试剂中,同时要注意横纵坐标的意义。

3.巧整合,规范答:在识图、究原的基础上,根据图像中给定的量变关系,依据物质的性质、变化规律;进一步将图像信息与反应原理结合起来,提取相关数据,找准切入点,进行推理、判断,从而解决问题。

三、中学教材中涉及的量变的离子反应:

(一)反应物的用量不同反应不同;

1.铁(少量、过量)与稀硝酸的反应:

Fe+NO3-+4H+=Fe3++NO↑+2H2O

2Fe3++Fe=3Fe2+

2.澄清石灰水中通入二氧化碳(少量、过量):

Ca2++2OH-+CO2=CaCO3↓+H2O

CaCO3+H2O+CO2=Ca2++2HCO3-

3.溴化亚铁溶液与氯气(少量、过量)的反应;

2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- 2Br-+Cl2=Br2+2Cl-

4.碘化亚铁溶液中通入氯气(少量、过量)的反应:

2I-+Cl2=I2+2Cl- 2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-

5.硝酸银溶液中逐滴滴入氨水(少量、过量):

Ag++NH3·H2O=AgOH↓+NH4+

AgOH+2NH3·H2O=Ag[(NH3)2]++OH-+H20

(二)试剂滴加的顺序不同引起量的不同,反应现象不同:

1.铝盐溶液中逐滴滴入氢氧化钠(少量、过量)溶液,先产生白色絮状沉淀,后沉淀消失。

Al3++3OH-===Al(OH)3↓

Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O

2.氢氧化钠溶液中逐滴滴入铝盐(少量、过量)溶液,则开始并无沉淀生成,直到铝盐过量时才会出现沉淀且沉淀不消失。Al3++4OH-===AlO2-+2H2O 3AlO2-+Al3++6H2O===4Al(OH)3

3.偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量:先产生白色絮状沉淀,后沉淀消失。

AlO2-+H++H2O===Al(OH)3↓

Al(OH)3+H+===Al3++3H2O

4.稀盐酸溶液中逐滴加入偏铝酸盐至过量,则开始并无沉淀生成,直到铝盐过量时才会出现沉淀且沉淀不消失:

AlO2-+4H+===Al3++2H2O

3AlO2-+Al3++6H2O===4Al(OH)3↓

5.碳酸钠溶液中逐滴加入稀盐酸至过量,先无气体生成,后有气泡产生:

CO32-+H+=HCO3-

HCO3-+H+=H2O+CO2↑

(三)化学反应中物质的量浓度变化,化学反应发生变化:

1.活泼金属(如:锌)与浓硫酸的反应,先产生SO2,后浓度变稀,生成氢气;

Zn+2H2SO4(浓)=ZnSO4+SO2↑+H2O

Zn+2H2SO4=ZnSO4+H2↑

2.铜与浓硝酸的反应,先反应生成NO2,后浓度变稀,生成NO;

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+NO↑+4H2O

(作者单位:贵州省遵义县第一中学)

图像是高考试题的形象化语言,能有效的考查学生从图像中接受、吸收、整合化学信息能力。化学图像题以化学知识为载体,将化学问题抽象成数学问题,利用数学工具通过计算和推理,解决化学问题的题型,它体现了数学方法在解决化学问题中的应用。纵观近几年的高考化学试题,图像题型考查范围广,中学化学中的所有内容,如元素化合物、化学基本概念和理论、化学实验、化学计算等均可以此方法进行考查。本文着重对有关离子反应中的“量变”图像进行探讨。

试题分析:

【例题1】(2012安徽卷)已知室温下Al(OH)3的Ksp或溶解度远大于Fe(OH)3。向浓度均为0.1/L的Fe(NO)3和Al(NO)3混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液。下列示意图表示生成Al(OH)3的物质的量与加入NaOH溶液的体积的关系。合理的是 ( )

【解析】试题以沉淀平衡及溶液中离子反应的先后顺序,氢氧化铝的两性的等知识点为背景,考查学生对主干知识的掌握和从图像中提取信息的能力;由题干中告知的信息KspAl(OH)3大于KspFe(OH)3可推知混合溶液中滴加NaOH时,首先产生Fe(OH)3的沉淀,当Fe(OH)3沉淀完全后才产生Al(OH)3沉淀;根据Al(OH)3的两性及加入NaOH的量可推知沉淀Al(OH)3最后完全消失。结合图像中的坐标含义可确定答案选择C。

二、离子图像试题的解析基本思路:

1.识图像,看变化:图像题的解答首先要关注图像中“起点”、“折点(拐点)”、“终点”的含义;通常情况下“起点”在0点,若不在0点,一定搞清是什么原因造成的。对于有沉淀、气体生成的反应,“起点”不在0点,一般是发生酸碱中和反应,没有沉淀生成。对于可逆反应的反应速率,“起点”不在0点,反应不是从正反应开始的。“折点”表示第一个反应已经完成,第二个反应开始发生。“折点”多的表示化学反应众多,每个“折点”代表不同的含义。“终点”表示整个反应历程已经结束。其次看清图像面的意义,关注其横纵坐标表达的含义,通常来说横坐标代表反应物用量,纵坐标代表生成物产量。最后关注曲线的变化趋势,如斜率变化,标志反应速率发生变化;曲线升高,标志沉淀、气体的量增多,曲线降低,标志沉淀、气体的量减少。

2.找原理,细分析:根据题目所给已知信息和图像中隐含的信息,提取“起点”、“折点”、“终点”的纵、横坐标数据,结合相关的化学反应原理,写出可能发生反应的化学方程式或离子方程式,根据反应中生成的气体、沉淀的量,结合已知数据,探究化学反应的本质。尤其在分析图像或作图时不仅要注意加入的酸或碱的强弱,还要注意所加入的量和滴加的顺序,因为滴加的顺序不同可能产生的现象不同。若产生的沉淀有多种,则应仔细分析相关量间的关系,要特别关注沉淀是否同步生成,沉淀物是否溶于所加入的过量试剂中,同时要注意横纵坐标的意义。

3.巧整合,规范答:在识图、究原的基础上,根据图像中给定的量变关系,依据物质的性质、变化规律;进一步将图像信息与反应原理结合起来,提取相关数据,找准切入点,进行推理、判断,从而解决问题。

三、中学教材中涉及的量变的离子反应:

(一)反应物的用量不同反应不同;

1.铁(少量、过量)与稀硝酸的反应:

Fe+NO3-+4H+=Fe3++NO↑+2H2O

2Fe3++Fe=3Fe2+

2.澄清石灰水中通入二氧化碳(少量、过量):

Ca2++2OH-+CO2=CaCO3↓+H2O

CaCO3+H2O+CO2=Ca2++2HCO3-

3.溴化亚铁溶液与氯气(少量、过量)的反应;

2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- 2Br-+Cl2=Br2+2Cl-

4.碘化亚铁溶液中通入氯气(少量、过量)的反应:

2I-+Cl2=I2+2Cl- 2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-

5.硝酸银溶液中逐滴滴入氨水(少量、过量):

Ag++NH3·H2O=AgOH↓+NH4+

AgOH+2NH3·H2O=Ag[(NH3)2]++OH-+H20

(二)试剂滴加的顺序不同引起量的不同,反应现象不同:

1.铝盐溶液中逐滴滴入氢氧化钠(少量、过量)溶液,先产生白色絮状沉淀,后沉淀消失。

Al3++3OH-===Al(OH)3↓

Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O

2.氢氧化钠溶液中逐滴滴入铝盐(少量、过量)溶液,则开始并无沉淀生成,直到铝盐过量时才会出现沉淀且沉淀不消失。Al3++4OH-===AlO2-+2H2O 3AlO2-+Al3++6H2O===4Al(OH)3

3.偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量:先产生白色絮状沉淀,后沉淀消失。

AlO2-+H++H2O===Al(OH)3↓

Al(OH)3+H+===Al3++3H2O

4.稀盐酸溶液中逐滴加入偏铝酸盐至过量,则开始并无沉淀生成,直到铝盐过量时才会出现沉淀且沉淀不消失:

AlO2-+4H+===Al3++2H2O

3AlO2-+Al3++6H2O===4Al(OH)3↓

5.碳酸钠溶液中逐滴加入稀盐酸至过量,先无气体生成,后有气泡产生:

CO32-+H+=HCO3-

HCO3-+H+=H2O+CO2↑

(三)化学反应中物质的量浓度变化,化学反应发生变化:

1.活泼金属(如:锌)与浓硫酸的反应,先产生SO2,后浓度变稀,生成氢气;

Zn+2H2SO4(浓)=ZnSO4+SO2↑+H2O

Zn+2H2SO4=ZnSO4+H2↑

2.铜与浓硝酸的反应,先反应生成NO2,后浓度变稀,生成NO;

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+NO↑+4H2O

(作者单位:贵州省遵义县第一中学)

图像是高考试题的形象化语言,能有效的考查学生从图像中接受、吸收、整合化学信息能力。化学图像题以化学知识为载体,将化学问题抽象成数学问题,利用数学工具通过计算和推理,解决化学问题的题型,它体现了数学方法在解决化学问题中的应用。纵观近几年的高考化学试题,图像题型考查范围广,中学化学中的所有内容,如元素化合物、化学基本概念和理论、化学实验、化学计算等均可以此方法进行考查。本文着重对有关离子反应中的“量变”图像进行探讨。

试题分析:

【例题1】(2012安徽卷)已知室温下Al(OH)3的Ksp或溶解度远大于Fe(OH)3。向浓度均为0.1/L的Fe(NO)3和Al(NO)3混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液。下列示意图表示生成Al(OH)3的物质的量与加入NaOH溶液的体积的关系。合理的是 ( )

【解析】试题以沉淀平衡及溶液中离子反应的先后顺序,氢氧化铝的两性的等知识点为背景,考查学生对主干知识的掌握和从图像中提取信息的能力;由题干中告知的信息KspAl(OH)3大于KspFe(OH)3可推知混合溶液中滴加NaOH时,首先产生Fe(OH)3的沉淀,当Fe(OH)3沉淀完全后才产生Al(OH)3沉淀;根据Al(OH)3的两性及加入NaOH的量可推知沉淀Al(OH)3最后完全消失。结合图像中的坐标含义可确定答案选择C。

二、离子图像试题的解析基本思路:

1.识图像,看变化:图像题的解答首先要关注图像中“起点”、“折点(拐点)”、“终点”的含义;通常情况下“起点”在0点,若不在0点,一定搞清是什么原因造成的。对于有沉淀、气体生成的反应,“起点”不在0点,一般是发生酸碱中和反应,没有沉淀生成。对于可逆反应的反应速率,“起点”不在0点,反应不是从正反应开始的。“折点”表示第一个反应已经完成,第二个反应开始发生。“折点”多的表示化学反应众多,每个“折点”代表不同的含义。“终点”表示整个反应历程已经结束。其次看清图像面的意义,关注其横纵坐标表达的含义,通常来说横坐标代表反应物用量,纵坐标代表生成物产量。最后关注曲线的变化趋势,如斜率变化,标志反应速率发生变化;曲线升高,标志沉淀、气体的量增多,曲线降低,标志沉淀、气体的量减少。

2.找原理,细分析:根据题目所给已知信息和图像中隐含的信息,提取“起点”、“折点”、“终点”的纵、横坐标数据,结合相关的化学反应原理,写出可能发生反应的化学方程式或离子方程式,根据反应中生成的气体、沉淀的量,结合已知数据,探究化学反应的本质。尤其在分析图像或作图时不仅要注意加入的酸或碱的强弱,还要注意所加入的量和滴加的顺序,因为滴加的顺序不同可能产生的现象不同。若产生的沉淀有多种,则应仔细分析相关量间的关系,要特别关注沉淀是否同步生成,沉淀物是否溶于所加入的过量试剂中,同时要注意横纵坐标的意义。

3.巧整合,规范答:在识图、究原的基础上,根据图像中给定的量变关系,依据物质的性质、变化规律;进一步将图像信息与反应原理结合起来,提取相关数据,找准切入点,进行推理、判断,从而解决问题。

三、中学教材中涉及的量变的离子反应:

(一)反应物的用量不同反应不同;

1.铁(少量、过量)与稀硝酸的反应:

Fe+NO3-+4H+=Fe3++NO↑+2H2O

2Fe3++Fe=3Fe2+

2.澄清石灰水中通入二氧化碳(少量、过量):

Ca2++2OH-+CO2=CaCO3↓+H2O

CaCO3+H2O+CO2=Ca2++2HCO3-

3.溴化亚铁溶液与氯气(少量、过量)的反应;

2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- 2Br-+Cl2=Br2+2Cl-

4.碘化亚铁溶液中通入氯气(少量、过量)的反应:

2I-+Cl2=I2+2Cl- 2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-

5.硝酸银溶液中逐滴滴入氨水(少量、过量):

Ag++NH3·H2O=AgOH↓+NH4+

AgOH+2NH3·H2O=Ag[(NH3)2]++OH-+H20

(二)试剂滴加的顺序不同引起量的不同,反应现象不同:

1.铝盐溶液中逐滴滴入氢氧化钠(少量、过量)溶液,先产生白色絮状沉淀,后沉淀消失。

Al3++3OH-===Al(OH)3↓

Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O

2.氢氧化钠溶液中逐滴滴入铝盐(少量、过量)溶液,则开始并无沉淀生成,直到铝盐过量时才会出现沉淀且沉淀不消失。Al3++4OH-===AlO2-+2H2O 3AlO2-+Al3++6H2O===4Al(OH)3

3.偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量:先产生白色絮状沉淀,后沉淀消失。

AlO2-+H++H2O===Al(OH)3↓

Al(OH)3+H+===Al3++3H2O

4.稀盐酸溶液中逐滴加入偏铝酸盐至过量,则开始并无沉淀生成,直到铝盐过量时才会出现沉淀且沉淀不消失:

AlO2-+4H+===Al3++2H2O

3AlO2-+Al3++6H2O===4Al(OH)3↓

5.碳酸钠溶液中逐滴加入稀盐酸至过量,先无气体生成,后有气泡产生:

CO32-+H+=HCO3-

HCO3-+H+=H2O+CO2↑

(三)化学反应中物质的量浓度变化,化学反应发生变化:

1.活泼金属(如:锌)与浓硫酸的反应,先产生SO2,后浓度变稀,生成氢气;

Zn+2H2SO4(浓)=ZnSO4+SO2↑+H2O

Zn+2H2SO4=ZnSO4+H2↑

2.铜与浓硝酸的反应,先反应生成NO2,后浓度变稀,生成NO;

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+NO↑+4H2O

(作者单位:贵州省遵义县第一中学)

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