2023年高考化学北京卷第14题 | 不要被表面的图像劝退，要听到背景中的“小乐句”

利用平衡移动原理，分析一定温度下Mg²⁺在不同pH的Na₂CO₃体系中的可能产物。已知：①.图1中曲线表示Na₂CO₃体系中各含碳粒子的物质的量分数与pH的关系。②.图2中曲线I的离子浓度关系符合c(Mg²⁺)·c²(OH^-)=K_sp[Mg(OH)₂]；曲线II的离子浓度关系符合 c(Mg²⁺)·c(CO₃^2-)=K_sp(MgCO₃)，注：起始c(Na₂CO₃)=0.1mol·L^-1，不同pH下由图1得到。

下列说法不正确的是（       ）

A. 由图1，pH=10.25，c(HCO₃^-)=c(CO₃^2-)

B. 由图2，初始状态pH=11、lg[c(Mg²⁺)]=-6，无沉淀生成

C. 由图2，初始状态pH=9，lg[c(Mg²⁺)]=-2，平衡后溶液存在c(H₂CO₃)+c(HCO₃^-)+c(CO₃^2-)= 0.1mol·L^-1

D. 由图1和图2，初始状态pH=8、lg[c(Mg²⁺)]=-1，发生反应：Mg²⁺+2HCO₃^-=MgCO₃↓+ CO₂↑+ H₂O

1.分析图1

它表示Na₂CO₃体系中各含碳粒子的物质的量分数与pH的关系。我们知道CO₃^2-会水解，水解可以产生HCO₃^-和H₂CO₃，而生成的HCO₃^-和H₂CO₃又会发生电离。当我们调节pH时，这些含碳粒子（H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-）的水解、电解平衡都会随之移动，从而影响它们各自的占比，而图1展示的就是这种变化。

接着看图像，分析图像的方法之一是从特殊点切入。注意看！当pH=8时，HCO₃^-的占比为1.0，说明此时的含碳粒子全部为HCO₃^-。

其次向左看，当pH从8降到4，我们可以理解为向Na₂CO₃体系中加酸。随着pH降低，HCO₃^-的占比逐渐降低，而H₂CO₃的占比则逐渐升高。当pH=4时，H₂CO₃的物质的量分数为1.0，说明此时的含碳粒子只有H₂CO₃。

然后再看右侧——pH从8到12，这个过程可以理解为向Na₂CO₃体系中加碱。随着pH升高，溶液中开始出现CO₃^2-，与此同时HCO₃^-的占比逐渐降低。当pH=12时，溶液中的含碳粒子全部为CO₃^2-。

特别地，当pH=10.25时，刚好对应HCO₃^-和CO₃^2-物质的量分数的图像交点，因此，c(HCO₃^-)=c(CO₃^2-)，A选项正确。

2.分析图2

图2实质为Mg(OH)₂和MgCO₃的“沉淀—溶解”平衡曲线：在两条曲线上的点，刚好达到“沉淀—溶解”的临界状态。我们接下来要做的，是从面的角度来分析两条曲线，即曲线的哪一侧对应的是“溶解”或者“沉淀”状态？

首先看曲线I，我们以曲线下方的一个点为例，也就是B选项中pH=11、lg[c(Mg²⁺)]=-6的蓝色点。通过比较它和曲线I中pH=11的点，可以得出此时的c(Mg²⁺)＜c_平衡(Mg²⁺)，而它们的c(OH^-)相等。

根据Mg(OH)₂(s)=Mg²⁺(aq)+2OH^-(aq)，此时c(Mg²⁺)·c²(OH^-)＜c_平衡(Mg²⁺)·c²(OH^-)，即Q＜K_sp[Mg(OH)₂]。因此，曲线I的下方代表Mg(OH)₂的溶解状态，即不会生成Mg(OH)₂沉淀。

同理，我们可以分析出曲线II的下方代表MgCO₃的溶解状态，因此，B选项正确。

3.解析C、D选项

【C】“初始状态pH=9，lg[c(Mg²⁺)]=-2，平衡后溶液存在c(H₂CO₃)+c(HCO₃^-)+c(CO₃^2-)= 0.1mol·L^-1”。

pH=9，lg[c(Mg²⁺)]=-2的点（红色点），位于曲线II之上，曲线I之下，因此会产生MgCO₃沉淀，不会产生Mg(OH)₂沉淀。

由起始c(Na₂CO₃)=0.1mol·L^-1可知，初始碳元素的总量是0.1mol·L^-1，C选项看似是在表达碳元素守恒，但要注意这里生成了MgCO₃沉淀，因此，溶液中的总碳量，即c(H₂CO₃)+c(HCO₃^-)+c(CO₃^2-)，就必然小于0.1mol·L^-1，C选项错误。

【D】“初始状态pH=8、lg[c(Mg²⁺)]=-1，发生反应：Mg²⁺+2HCO₃^-=MgCO₃↓+CO₂↑+ H₂O”。

由图1，pH=8时，溶液中的含碳粒子只有HCO₃^-。另外根据图2，pH=8、lg[c(Mg²⁺)]=-1的点（绿色点）位于曲线II之上，曲线I之下，可以得出此时生成MgCO₃沉淀，不生成Mg(OH)₂沉淀，由此可以判断出D选项正确。

这道题让我想起了之前看过的，出自于《小说面面观》中的一段话：

“从它出场时那种阴郁的氛围，到奏鸣曲再到六重奏，有时候读者觉得这个小乐句意义重大。有时候它有毫无意义，被人淡忘，而在我看来，这就是节奏在小说中的作用，不像模式那样始终存在，而是以令人欣慰的方式忽隐忽现，让我们心中充满惊喜、新鲜感和期盼。”

其中，“它”指的是《追忆似水年华》里，在凡德伊的音乐中的那个“小乐句”。在我看来，化学平衡、元素守恒等等这些重复且变化的东西，就像那个“小乐句”，回响在高一到高三的学习（教学）生涯里。