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物質及其變化中的圖像問題
【回顧】
所謂圖像題，就是將變化過程中某些量的變化以曲線、直線的形式表示的習題，這類題目具有形象直觀、簡明清晰、知識面廣、綜合性強等特點。圖像題的出現，不僅能考查同學們對化學基礎知識的掌握程度，而且還能考查觀察、想象、分析、綜合應用知識的能力，因此備受各類考試的青睞，同時也是同學們感到最棘手的一類題。就其內容而言，主要有溶解度、溶液稀釋、溶液導電性、沉淀量、化學反應過程等圖像題；從形式上來看，有單線圖像題、多線圖像題。
1．圖像題特點：簡單明了，濃縮信息。
2．觀察方法
(1)橫坐標的含義和單位(自變量)、縱坐標的含義和單位(因變量)。
(2)特殊點：起點(初始狀態)、轉折點(變化)、終點(最終狀態)。
(3)圖像的趨勢：增大、減小、不變。
(4)用控制變量法的思想看，橫坐標是一個變量，縱坐標是結果。
①x軸上的點對應y軸上的點；
②x軸上一段變化對應y軸上的變化。
3．類型：直線(正比例函數)、曲線(反比例函數)、不規則。
全封閉、半開放、全開放。
4．解題方法：特殊點判斷法、尋找某規律對應的圖像(題目中的情景含義與圖像相對應)。
注意：在化學反應中，圖像有幾個拐點，即有幾個反應發生，就有幾個化學方程式，且該點時恰好完全反應。
例1　某校科學小組在利用硫酸和氫氧化鈉溶液探究酸堿中和反應時，利用數字化傳感器測得燒杯中溶液pH的變化圖像(如圖6－1所示)。下列說法正確的是(　　)
圖6－1
A．圖中c點所示溶液呈堿性
B．圖中a點所示溶液中，含有的溶質是Na2SO4和NaOH
C．該實驗是將氫氧化鈉溶液逐滴滴入盛有硫酸的燒杯中
D．圖中d點說明NaOH已很少了
[答案] B
c點的pH等于7，溶液顯中性；a點的pH大于7，溶液顯堿性，溶液中的溶質是硫酸鈉和氫氧化鈉；根據圖像中pH由開始時大于7逐漸減小到7，直到小于7，可知原溶液顯堿性，是把硫酸滴加到氫氧化鈉溶液中；d點的pH小于7，說明溶液顯酸性，故不含NaOH。
[方法點撥] 本題主要考查了中和反應及其應用，掌握溶液的酸堿性和溶液pH之間的關系、從數形結合的角度理解中和反應是正確解答本題的關鍵。在解答這類題目時要注意仔細觀察、分析圖像，準確理解題意，弄清圖像題中與曲線或直線變化有關的量的關系，并且能根據圖像中給定的變量關系，依據物質的性質、變化規律或通過計算解答。
例2　向一定量5%的氫氧化鈉溶液中逐滴滴加鹽酸，有關圖像錯誤的是(　　)
圖6－2
[答案] D
向堿性溶液中加入酸時，溶液的pH減小，恰好完全反應時，pH等于7，繼續滴加鹽酸，pH小于7；該反應是放熱反應，恰好中和時，溫度最高，之后溫度逐漸降低；氫氧化鈉與鹽酸反應生成氯化鈉，開始時氯化鈉的質量分數增加，恰好完全反應時，氯化鈉的質量分數最高，繼續滴加鹽酸，氯化鈉的質量分數降低；氫氧化鈉與鹽酸反應生成水，隨著反應的進行，水的質量增加，恰好完全反應后，不再生成水，但因為鹽酸中有水，因此隨著鹽酸的滴加，水的質量仍然增加。
[方法點撥] 酸入堿：在0點時，溶液的pH>7，此時溶液呈堿性，隨著酸溶液的加入，pH不斷減小，當酸堿恰好中和時，溶液的pH＝7，繼續加入酸，溶液的pH<7，溶液呈酸性；堿入酸，跟“酸入堿”時情況相反。
例3　在做完“二氧化碳的制取和性質”實驗后，廢液缸中盛有大量的鹽酸與氯化鈣的混合溶液(不考慮其他雜質)。為了對廢液進行處理，某同學做了如下實驗：取廢液缸上層清液40 mL于燒杯中，逐滴滴入碳酸鈉溶液至過量，滴入碳酸鈉溶液的質量(x)與有關量(y)的變化關系如圖6－3所示。
圖6－3
圖中縱坐標(y軸)表示________________，OA段發生反應的化學方程式為______________
______________，反應進行到B點時，溶液中所含溶質是________，C點溶液的pH________7。
[答案] 生成碳酸鈣沉淀的質量　Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑　NaCl　>
因為廢液中主要含有鹽酸與氯化鈣，逐滴滴入碳酸鈉溶液，碳酸鈉應先和鹽酸反應(假設碳酸鈉先和氯化鈣反應生成碳酸鈣沉淀，在有鹽酸存在的情況下，鹽酸會和碳酸鈣反應生成氯化鈣)，待廢液中鹽酸被碳酸鈉消耗完了，碳酸鈉才開始和氯化鈣反應產生碳酸鈣沉淀，所以OA段發生的反應是碳酸鈉和鹽酸的反應，AB段是碳酸鈉與氯化鈣的反應，反應進行到B點時，碳酸鈉和氯化鈣恰好完全反應，生成碳酸鈣沉淀和氯化鈉，因此溶液中所含溶質是NaCl，繼續滴加碳酸鈉溶液，沉淀質量不會增加，溶液中因碳酸鈉過量而顯堿性，因此C點溶液的pH>7，綜合分析圖中縱坐標(y軸)表示的應該是生成碳酸鈣沉淀的質量。
[方法點撥] 當兩種物質和一種物質發生反應時，看反應的本質，若反應本質是兩種物質和一種物質中的同一種離子發生反應，則反應會有先后順序。假設某個反應先發生，若生成物能和剩下的一種物質共存，則該反應先發生；若不能共存，則與另一物質先發生反應。比如例題中，鹽酸和氯化鈣都能與碳酸鈉中的碳酸根離子反應，若先與鹽酸反應產物是氯化鈉和水、二氧化碳，產物能和氯化鈣共存，則碳酸鈉先與鹽酸發生反應；若先與氯化鈣反應，產物是碳酸鈣和氯化鈉，碳酸鈣不能與鹽酸共存，則該反應不能先發生。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1．將一定濃度的硫酸加水稀釋，下列圖像符合溶液pH變化的是(m為加水的質量)(　　)
圖6－4
2．在進食過程中與進食后測定唾液的pH，發現進食開始至10 min，唾液的酸性逐漸增強；10～40 min，酸性逐漸減弱。下列符合此事實的圖像是(　　)
圖6－5
3．下列溶液通入氣體后與圖6－6中的曲線變化相符的是(　　)
圖6－6
A．氯化鈉溶液中不斷通入氯化氫氣體
B．澄清石灰水中不斷通入二氧化碳氣體
C．鹽酸中不斷通入氨氣
D．碳酸鈉溶液中不斷通入氯化氫氣體
4．下列各圖能表示向18.25 g質量分數為2%的鹽酸中滴加20 g質量分數為2%的氫氧化鈉溶液的是(　　)
圖6－7
5．20 ℃時，在與外界不發生熱量交換的密閉容器中，將400 g 10%的氫氧化鈉溶液和稀硫酸混合，反應過程中溶液溫度與稀硫酸質量的關系如圖6－8所示。下列說法不正確的是(　　)
圖6－8
A．稀硫酸質量大于m g時，密閉容器內含有的溶質是硫酸和硫酸鈉
B．稀硫酸質量等于m g時，密閉容器內含有的溶質是硫酸和硫酸鈉
C．若用濃硫酸代替稀硫酸，則恰好反應時溶液溫度高于T ℃
D．若用40 g氫氧化鈉固體代替氫氧化鈉溶液，則恰好反應時溶液溫度高于T ℃
6．在一定量AgNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中加入鐵粉，充分反應后，下列描述相關變化的曲線中，一定不正確的是(　　)
圖6－9
7．向100 g質量分數為3.65%的鹽酸中逐滴加入質量分數為4%的氫氧化鈉溶液，同時測定溶液的有關數據，則以每次所加氫氧化鈉溶液的質量為橫坐標的下列圖像，正確的是(　　)
圖6－10
8．杭州二中保送生已知溶液的導電性與單位體積內離子的數目、離子所帶電荷多少有關，單位體積內離子數目越多，導電性越強；離子所帶電荷越多，導電性越強(如兩個氯離子和一個硫酸根離子導電性相當)。現向含有Ca(OH)2和NaOH的混合液中通入CO2氣體，下列測得溶液導電性(用電流強度“I”表示)變化與通入CO2氣體體積(V)關系的圖像正確的是(　　)
圖6－11
9．(多選)燒杯中盛有BaCl2和HCl的混合溶液100.0 g，向其中滴加溶質質量分數為10.0%的Na2CO3溶液，燒杯中溶液的質量與滴加溶液的質量關系如圖6－12所示。下列說法正確的是(　　)
圖6－12
A．ab段產生白色沉淀
B．bc段溶液質量增加86.3 g
C．c點對應溶液的溶質質量分數為7.5%
D．向d點溶液中滴加酚酞試液，溶液顯紅色
10．(多選)王亮同學在實驗室中制取CO2氣體后，對廢液進行后續探究，他向一定質量的含CaCl2和HCl的廢液中逐滴加入溶質質量分數為10%的Na2CO3溶液，實驗過程中加入Na2CO3溶液的質量與產生沉淀或氣體的質量關系如圖6－13甲所示，加入Na2CO3溶液的質量與溶液的pH變化關系如圖乙所示。下列說法正確的是(　　)
圖6－13
A．圖甲中b→c段表示產生氣體的過程
B．圖甲中b點的值為53
C．圖甲中c點時，溶液中的溶質有兩種
D．圖甲中O→a段反應過程中溶液的pH變化情況可用圖乙中d→e段表示
11．圖6－14表示向硫酸中滴加氫氧化鋇溶液，發生中和反應時，溶液導電性的變化，請回答：
圖6－14
(1)B點表示_____________________________________________________。
(2)由A到B導電性降低的原因是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)由B到C導電性升高的原因是________________________________________________
________________________________________________________________________。
12．杭州校級月考 請根據下表中的物質回答有關問題。
序號 ① ② ③ ④
物質 醋酸 生石灰 熟石灰 純堿
(1)上表中的物質屬于堿的是________(用化學式表示)。
(2)選用上表中的物質作為反應物，寫出制取氫氧化鈉的化學方程式：____________________________________；該反應屬于________(填基本反應類型)反應。
(3)某澄清溶液由HNO3、Na2SO4、K2CO3、CuCl2四種物質中的兩種組成，向溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液，產生沉淀的質量(m)與加入Ba(OH)2溶液的體積(V)的關系如圖6－15所示，則該溶液所含的溶質是________________；滴加Ba(OH)2后最終反應產生的沉淀是________。
圖6－15
答案
1．B　2.C　3.D
4．A　 根據計算可知，18.25 g質量分數為2%的鹽酸與20 g質量分數為2%的氫氧化鈉溶液恰好完全反應，生成的溶液顯中性。
5．B　 溶液溫度達到最高點時，說明氫氧化鈉溶液和稀硫酸恰好中和，此時消耗稀硫酸的質量是m g，若稀硫酸質量大于m g時，說明稀硫酸過量，此時溶液含有的溶質是生成的硫酸鈉和過量的稀硫酸；當稀硫酸質量等于m g時，溶液中的溶質只有生成的硫酸鈉；因為濃硫酸溶于水放熱，若用濃硫酸代替稀硫酸，則恰好反應時溶液溫度應高于T ℃；因為氫氧化鈉固體溶于水放熱，若用氫氧化鈉固體代替氫氧化鈉溶液，則恰好反應時溶液溫度應高于T ℃。
6．B　 由金屬活動性順序可知，鐵會先與硝酸銀反應生成硝酸亞鐵和銀，然后再與硝酸銅反應生成硝酸亞鐵和銅，每56份質量的鐵置換出216份質量的銀，64份質量的銅，所以隨著反應的進行，溶液質量減小，硝酸根的質量不變，所以硝酸根的質量分數先增大得較快，后增大得較慢，最后保持不變。
7．D　 鹽酸呈酸性，pH小于7，氫氧化鈉呈堿性，pH大于7，向鹽酸中逐滴加入氫氧化鈉溶液，pH由小于7逐漸到大于7；由氫氧化鈉溶液與鹽酸的反應：NaOH＋HCl=== NaCl＋H2O可知，50 g 4%的氫氧化鈉溶液與鹽酸反應時，混合溶液的質量為150 g，故鹽酸的質量分數一定不為1.83%；向100 g 3.65%的鹽酸中，逐滴加入100 g 4%的氫氧化鈉溶液時，二者完全反應，此時氯化鈉的質量分數最大，為2.93%，繼續加入氫氧化鈉溶液，其質量分數變小。
8．B　 Ca(OH)2和NaOH的混合液中含有鈣離子、鈉離子和氫氧根離子，具有一定的導電性。當通入CO2時，Ca(OH)2會和CO2反應生成CaCO3和H2O，NaOH會和CO2反應生成Na2CO3和H2O，由于CaCO3是一種不溶于水的物質，因此其中的鈣離子會以CaCO3固體的形式析出使導電性減弱，但不會為零；繼續通入CO2，其中的CaCO3會溶解成為可溶性的Ca(HCO3)2，使溶液中的離子數目增加，因此導電性又會增強。
9．BD　 ab段，向混合溶液中加入Na2CO3溶液，Na2CO3先與HCl反應生成CO2、H2O和NaCl，燒杯中溶液的質量增加；bc段，Na2CO3與溶液中的BaCl2反應，生成NaCl和BaCO3沉淀，燒杯中溶液的質量依舊增加，但是有所減緩；cd段混合溶液中的HCl和BaCl2已反應完全，燒杯中溶液的質量快速增加。
設ab段生成NaCl的質量為x，生成CO2的質量為y。
Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O
106 117 44
106．0 g×10.0% x y
＝　x＝11.7 g
＝　y＝4.4 g
bc段消耗Na2CO3的質量為：(212.0 g－106.0 g)×10.0%＝10.6 g。
設bc段生成BaCO3的質量為z，生成NaCl的質量為w。
Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl
106 197 117
10．6 g z w
＝　z＝19.7 g
＝　w＝11.7 g
c點對應溶液的溶質質量分數為：×100%≈8.1%。
bc段溶液質量增加106 g－19.7 g＝86.3 g；因為d點的溶液中含有大量的Na2CO3，Na2CO3顯堿性，所以滴加酚酞試液，顯紅色。
10．BD　 圖中Oa段表示生成氣體的過程，根據題意可知碳酸鈉先與鹽酸反應，再與氯化鈣反應，由圖示可知碳酸鈉與鹽酸反應生成氣體2.2 g，與氯化鈣反應生成沉淀5.0 g。設生成2.2 g氣體所需Na2CO3的質量為y，則
Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O
106 44
y 2.2 g
＝　y＝5.3 g
Na2CO3溶液的質量為：＝53 g，所以圖甲中b點的值為53。
c點表示碳酸鈉恰好完全反應，溶液中只含有NaCl一種溶質；圖甲中O→a段反應過程是碳酸鈉溶液和鹽酸反應，開始鹽酸有剩余，溶液呈酸性，當鹽酸反應完后，溶液中溶質有氯化鈉和氯化鈣，溶液呈中性，所以圖甲中O→a段反應過程中溶液的pH變化情況可用圖乙中d→e段曲線表示。
11．(1)硫酸和氫氧化鋇恰好完全反應
(2)硫酸和氫氧化鋇發生了中和反應，生成的BaSO4難溶于水，溶液中的離子濃度逐漸降低
(3)硫酸和氫氧化鋇完全反應后，再加入的氫氧化鋇，溶液中的離子濃度逐漸增大
12．(1)Ca(OH)2
(2)Ca(OH)2＋Na2CO3===2NaOH＋CaCO3↓
復分解　(3)HNO3、CuCl2　Cu(OH)2
(3)觀察圖像可知，在滴加的氫氧化鋇溶液達一定體積時，才開始出現沉淀，此現象說明原混合溶液中含有能與氫氧化鋇反應但卻不生成沉淀的物質硝酸；碳酸鉀和硝酸不能共存，二者反應生成硝酸鉀、水和二氧化碳，所以一定不含碳酸鉀，硫酸鈉、氯化銅都能和氫氧化鋇反應生成沉淀，但硫酸鈉和氫氧化鋇反應生成硫酸鋇白色沉淀不溶于硝酸，若含有硫酸鈉，一開始就會產生沉淀，所以該溶液中不含硫酸鈉，一定含有硝酸和氯化銅，由上述分析可知，滴加氫氧化鋇后最終反應產生的沉淀是氫氧化銅。

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