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多级配合物分布曲线的“交点法”

来源:未知作者:化学自习室 点击: 次 所属专题: 分布曲线

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一、题目 (26年福建高考第10题) 向一含有 Co(Ⅱ) 和 Cu(Ⅱ) 的溶液中通入氯气,保持溶液体积不变,溶液中 Cu²⁺ 等含铜物料的浓度随总 Cl 元素浓度的变化如图所示。已知溶液中存在平衡:

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一、题目

(26年福建高考第10题)向一含有 Co(Ⅱ) 和 Cu(Ⅱ) 的溶液中通入氯气,保持溶液体积不变,溶液中 Cu²⁺ 等含铜物料的浓度随总 Cl 元素浓度的变化如图所示。已知溶液中存在平衡:Cu²⁺ + nCl⁻ ⇌ CuClₙ²⁻ⁿ,其平衡常数为 Kₙ(n = 1,2,3,4),且 lgK₁ = 0.4,lgK₂ = −0.7,lgK₃ = −2.3,lgK₄ = −4.6。下列说法正确的是:

A. M 点有 c(CuCl₃⁻) / c(CuCl₂) = 10⁻¹·²⁵

B. P 点有 c(Cl⁻) = 0.45 mol·L⁻¹

C. N 点有 c(CuCl₂) / c(CuCl⁺) = 10⁰·⁷⁵

D. 曲线Ⅰ对应的物种为 CuCl₄²⁻

二、破解关键:把“交点”翻译成方程

令 x = c(Cl⁻)。由平衡常数定义可得:c(CuClₙ²⁻ⁿ) / c(Cu²⁺) = Kₙxⁿ

于是,只要某条配合物曲线与 Cu²⁺ 曲线相交,就有 Kₙxⁿ = 1。这一步能直接反推出交点处的自由 Cl⁻ 浓度。

1. 先锁定 Cu²⁺

当总 Cl 元素浓度为 0 时,各氯配合物浓度都应为 0,只有 Cu²⁺ 可以非零。因此,图中从左上方一路下降、并经过 N、M 的虚线就是 Cu²⁺。

2. 再用“等浓条件”认曲线

若 Cu²⁺ 与第 n 级配合物等浓,则 Kₙxⁿ = 1,即 x = Kₙ⁻¹⁄ⁿ。由题给常数可算得:

N 点的横坐标是总 Cl 浓度 0.45 mol·L⁻¹,而自由 Cl⁻ 只是总 Cl 的一部分,因此 c(Cl⁻) ≤ 0.45。表中只有 0.40 满足这一条件,所以 N 点是 Cu²⁺ 与 CuCl⁺ 的交点,故曲线Ⅰ = CuCl⁺。

图示范围内,CuCl₃⁻、CuCl₄²⁻ 与 Cu²⁺ 都不可能相交;于是 M 点作为下一处交点,只能对应 Cu²⁺ 与 CuCl₂ 等浓。

三、选项快速判断

A 正确。

 M 点有 c(CuCl₂) = c(Cu²⁺),所以 K₂x² = 1,lg x = 0.35。

lg[c(CuCl₃⁻)/c(CuCl₂)] = lgK₃ − lgK₂ + lg x = −2.3 + 0.7 + 0.35 = −1.25

B 错误。 

P、N 同横坐标的 0.45 表示总 Cl 浓度,不是自由 c(Cl⁻)。N 点实际有 c(Cl⁻) = 10⁻⁰·⁴ ≈ 0.398 mol·L⁻¹。

C 错误。

 N 点 x = 10⁻⁰·⁴,有lg[c(CuCl₂)/c(CuCl⁺)] = lgK₂ − lgK₁ + lg x = −0.7 − 0.4 − 0.4 = −1.5

D 错误。

 前面已由 N 点严格锁定:曲线Ⅰ对应 CuCl⁺。

答案:A

通法:先找 Cu²⁺ → 抓交点 → 用 Kₙxⁿ = 1 → 再算其他浓度比。

四、以后遇到这类图,只记住一句话

不要先问“这条曲线像谁”,而要先问“哪两条曲线相交,交点能列出什么方程”。同时务必区分“总浓度”和“自由浓度”——图像题最常见的坑,就藏在这里。

(责任编辑:化学自习室)
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