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一次性打通分布系数的全部高考考法

水溶液中平衡图像,是新高考化学选择题压轴常客。在所有图像里,分布系数δ-pH图最容易让学生发懵:分不清曲线、看不懂交点、混淆Ka计算、掉进各种隐形陷阱。

它源自大学分析化学的酸碱型体分布,但是高考不考复杂公式推导,只要求看图、读信息、用高中电离平衡逻辑推理。

下面由浅入深,基础薄弱的同学也能看懂,一次性打通分布系数的全部高考考法。

一、先搞懂:什么是分布系数δ?

分布系数δ:某一种微粒的平衡浓度,占该弱酸(或弱酸根)所有存在形态总浓度的分数。δ=c(某微粒)/c总

核心:总浓度不变,只是不同pH下,粒子在"分配比例"发生变化。

举个简单例子:醋酸HAc溶液,体系里面只有两种形态:CH₃COOH、CH₃COO⁻,则δ(CH₃COOH) + δ(CH₃COO⁻) = 1

因为实际应用时c(H+)可以用pH计很方便测量,所以可以用c(H+)与K值表示δ,则弱酸HA中δ(HA)=c(H+)/[c(H+)+Ka],δ(A-)=Ka/[c(H+)+Ka]。

两个非常重要的基础结论(高考高频)

1.δ只和pH、弱酸本身的Ka有关。

只要控制c(H+)不变,即使改变条件导致c(CH3COOH)改变,c(CH3COO-)也一定会变化,最终δ(CH₃COOH)不变,曲线形状不会移动。这是很多同学的易错坑。

2.酸性越强(pH越小),含氢多的微粒占比越高;碱性越强(pH越大),脱氢多的阴离子占比越高。

口诀:酸多氢多,碱多氢少

二、第一步:快速判定每一条曲线对应的微粒

以二元弱酸 H₂A 为例,一共有三种存在形式:H₂A、HA⁻、A²⁻,对应三条曲线:

低pH(强酸区)占主导:H₂A(含氢最多)

中间pH区域占主导:HA⁻(酸式酸根)

高pH(强碱区)占主导:A²⁻(完全脱质子)

一次性打通分布系数的全部高考考法

三元弱酸 H₃A:四条曲线,H₃A > H₂A⁻ > HA²⁻ > A³⁻,依旧遵循上面规律。

一次性打通分布系数的全部高考考法

做题第一步:先给曲线标上微粒名称,便于解题分析。

三、核心黄金考点:曲线交点

交点 = 两条曲线δ相等,也就是c(微粒1) = c(微粒2),这是整张图的钥匙。

二元弱酸 H₂A

1. H₂A 与 HA⁻的交点:c(H₂A) = c(HA⁻)

此时横坐标pH = pKa₁

2. HA⁻与 A²⁻的交点:c(HA⁻) = c(A²⁻)

此时横坐标 pH = pKa₂

易错提醒:

H₂A 和 A²⁻ 的交点,不能直接读出Ka!

这个点满足Ka1·Ka2=c2(H+),很多学生在这里直接当成Ka₁,是经典错题陷阱。

交点规则:

相邻两条曲线交点 → pH = pKa;不相邻曲线交点,是Ka乘积。

四、高考考什么?梳理全部考查角度

角度1:判断曲线对应的粒子(入门)

给图,让区分分子、酸式根、酸根,是所有题的起点。

角度2:利用交点,计算电离常数Ka(最高频)

新高考几乎每套分布系数考题,必有一个Ka计算选项。

注意:Ka逐级递减,Ka₁ >> Ka₂ >> Ka₃,对应的 pKa₁ < pKa₂ < pKa₃

角度3:某pH下,微粒浓度大小比较

在图像上找到对应pH的竖线,竖线和曲线交点越高,δ越大,浓度越大。

角度4:判断酸式盐(如NaHA)溶液酸碱性

找到HA⁻为主要粒子的区间:

 如果 Kₐ₂ > Kh → 电离>水解,溶液显酸性

如果 Kₐ₂ < Kh → 水解>电离,溶液显碱性

这个考点,是分布系数图区分普通离子浓度题的特色!

角度5:守恒关系(电荷守恒、物料守恒)

δ的本质就是物料的分配,经常搭配电荷守恒综合判断等式是否成立。

角度6:信息创新考法(近年新趋势)

不再只考弱酸,拓展到:氨基酸、配合物分布、重金属羟基配合物、多元有机弱酸。

但是底层逻辑不变:看质子得失、找相邻交点算平衡常数。 

【例题解析】

1.(2024年新课标卷)常温下CH2ClCOOH和CHCl2COOH的两种溶液中,分布系数δ与pH的变化关系如图所示。

比如:δ(CHCl2COO-)=c(CHCl2COO-)/[C(CHCl2COO-)+C(CHCl2COOH)]



一次性打通分布系数的全部高考考法

下列叙述正确的是

A.曲线M表示δ(CHCl2COO-)~pH的变化关系

B.若酸的初始浓度为0.10mol/L,则a点对应的溶液中有c(H+)=c(CHCl2COO-)+c(OH-)

C.CH2ClCOOH的电离常数Ka=10-1.3

D.pH=2.08时,电离度α(CH2ClCOOH)/电离度α(CHCl2COOH)=0.15/0.85

【解析】随着pH增大,分子浓度减小,阴离子浓度增大。因-Cl为吸电子基团,故CHCl2COOH的酸性强于CH2ClCOOH,即Ka(CHCl2COOH)>Ka(CH2ClCOOH),δ(酸分子)= δ(酸根离子)=0.5时,pH分别约为1.3、2.8,则Ka(CHCl2COOH)≈10-1.3,Ka(CH2ClCOOH) ≈10-2.8,由此分析解题。

A.CHCl2COOH对应的是交点对应的pH更小的曲线,所以A错。[注意:交点δ=0.5]

B.a点pH约为1,酸初始浓度为0.1mol/L,说明此时加了较强酸进去,不然c(H+)不会等于0.1mol/L,所以还有其他阴离子,从电荷守恒角度看B错。

C.α-C上Cl越多酸越强,所以C错。

D.pH=2.08对应的交点分别是电离度0.15与0.85[δ(酸根离子)=电离度],由于CHCl2COOH酸更强,pH相同时电离度较大,所以D正确。

【解题思路】读图取点、守恒搭桥、平衡计算、逐项判断。

2. (2024年山东卷)常温下Ag(I)-CH3COOH水溶液体系中存在反应:Ag+ + CH3COO-⇌ CH3COOAg(aq),平衡常数为K。已知初始浓度c0(Ag+)=c0(CH3COOH)=0.08mol/L,所有含碳物种的摩尔分数与pH变化关系如图所示(忽略溶液体积变化)。下列说法正确的是

一次性打通分布系数的全部高考考法

A.线II表示CH3COOH的变化情况

B.CH3COOH的电离平衡常数Ka=10-n

C.pH=n时,c(Ag+)=10m-n/K mol/L

D.pH=10时,c(Ag+) + c(CH3COOAg)= 0.08mol/L

【解析】关键点是标曲线:随pH增大,摩尔分数I逐步减小,应为CH3COOH,II逐渐增大和III先增大后减小,特别是曲线III先增大后减小是什么原因呢?一定是随pH增大后影响该微粒的摩尔分数有多种因素,且影响因素是相反关系,一个正向一个反向。

c(H+)变化会导致c(CH3COOH)变化,c(CH3COOH)变化会导致c(CH3COO-)变化,c(CH3COO-)变化会导致c(CH3COOAg)变化,这种因与果的关系不要弄反。那么影响c(CH3COO-)是比较单一的,就是c(H+),所以III为CH3COOAg。根据题中反应信息可知,c(Ag+)会随pH增大减小,是发生了Ag+ + H2O ⇌ AgOH + H+,或理解为随pH增大发生了Ag+ + OH- = AgOH反应,故pH增大,c(H+)减小,c(Ag+)减小。当c(CH3COO-)与c(Ag+)变化对络合反应平衡影响主次不同时就会出现曲线先增大后减小情况。

A.醋酸分子为曲线I,A错。

B.根据I与II交点对应的m可知Ka=10-m

C.选项中有K,由K=c(AgAc)/[c(Ag+)·c(Ac-)],I与III交点为c(AgAc)= c(HAc),可得c(Ag+)=c(HAc)/[K·c(Ac-)]=[ c(HAc) ·c(H+)] /[K·c(Ac-)·c(H+)],=c(H+)/(K·Ka)=10m-n/K mol/L

D.忽略溶液体积变化,根据物料守恒可知含银的微粒总浓度为0.08mol/L,这里没有将AgOH中银考虑进去,故错误。

3.(2026年湖北高考卷)某溶液含有初始浓度为2.5×10-3mol/L 的Zn2+和5.0×10-3mol/L的配体酸HL。溶液中的部分物种分布系数δ(x)=c(x)/5.0×10-3mol/L随pH变化如图所示,除Zn2+、ZnL2外不考虑其他含Zn物种。

一次性打通分布系数的全部高考考法

已知250C时,HL的电离常数lgKa = -9.32,lg2.5=0.40。下列说法错误的是:

A.pH=2.10时,溶液中有ZnL2生成

B.pH=3.25时,c(HL)>c(ZnL2)>c(L-)

C.Zn2++ 2L-⇌ ZnL2平衡常数的lgK=17.34

D.c点对应的溶液中,c(ZnL2)=2c(Zn2+)+c(L-)

【解析】图中特殊点(起点、交点、有坐标的点等)B(3.25,0.50),此时c(HL)=c(L-)=5.0×10-3mol/L×1/2=2.5×10-3mol/L,a点c(Zn2+)=c(ZnL2)=0.25×5.0×10-3mol/L=1.25×10-3mol/L。

A.pH=2.1时,δ(ZnL2)明显大于0,A正确。

B.因c(HL)+c(L-)+2c(ZnL2)=5.0×10-3mol/L。pH=3.25时,c(HL)= 2.5×10-3mol/L,c(ZnL2)= 1.25×10-3mol/L,c(L-)≈0,故B正确。

或HL⇌H++ L-,Ka=[c(H+)·c(L-)]/c(HL),pH=3.25时,c(L-)=[Ka·c(HL)]/c(H+)=10-9.32/10-3.25×2.5×10-3mol/L=1.0×10-6·07-2.60mol/L=1.0×10-8·67mol/L

C.同理,利用a点(交点)的c(L-)=1.0×10-8·67mol/L 可得K=1/c2(L-)=1.0×1017·34,C正确。

D.选项判断等式关系,可以从物料守恒角度分析。①c(Zn2+)+c(ZnL2)=2.5×10-3mol/L,②c(HL)+c(L-)+2c(ZnL2)=5.0×10-3mol/L,①×2=②,2c(Zn2+)+2C(ZnL2)= c(HL)+c(L-)+2c(ZnL2),c点有c(HL)=c(ZnL2),2c(Zn2+)= c(ZnL2)+c(L-),D错。

五、学生高频踩坑黑名单(一定要划重点)

把不相邻两条曲线交点pH直接当成Ka❌

只有相邻粒子交点,pH=pKa✅

混淆"分布系数相等"和"溶液呈中性"❌

交点只是两种粒子浓度相等,不一定pH=7,绝大多数弱酸交点pH≠7!✅

和滴定曲线混为一谈❌

滴定曲线横坐标是加入碱的体积;δ-pH图横坐标是pH。✅

认为所有粒子的δ加和大于1❌

体系中含某粒子的物种δ之和恒等于1。✅ 

六、解题流程

1.看横坐标pH、纵坐标δ,判断体系是几元弱酸;

2.按"酸多氢多,碱多氢少",标注每一条曲线对应的微粒;

3.锁定相邻曲线交点,读出pH,写出pKa、算出Ka;

4.看选项:浓度排序、Ka大小、酸碱性、守恒等式;

5.避开陷阱:区分相邻/非相邻交点、区分δ与浓度、区分δ和pH中性等问题。 

七、简短例题示范(简易版)

二元弱酸 H₂A 的δ-pH图,H₂A 与 HA⁻ 交点pH=2.0;HA⁻ 与 A²⁻ 交点pH=7.0。

则:Kₐ₁ = 10⁻²·⁰,Kₐ₂ = 10⁻⁷·⁰

NaHA溶液:Kₐ₂ = 10⁻⁷,Kh = Kw/Kₐ₁ = 10⁻¹²,Kₐ₂ > Kh,NaHA溶液显酸性。 

文末寄语

δ-pH分布系数图,看着复杂,本质就是电离平衡的可视化。

它属于"大学背景下放高考"的一类题型,但命题人已经把复杂的微分、分布公式全部屏蔽,只留下粒子比例、平衡常数、交点关系这几个高中核心。

基础薄弱的同学不用害怕,不要死记二级结论,抓住两个核心:

1.pH越小,含氢越多的微粒占比越高;

2.相邻粒子相交,浓度相等,pH=pKa。

掌握这套思路,再配合几道真题训练,这类压轴选择题就不再是丢分点。

(责任编辑:化学自习室)
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