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難溶電解質的溶解平衡考點探究

2015-05-29 07:26王韻超
中學化學 2015年4期
關鍵詞:飽和溶液離子曲線

王韻超

難溶電解質的溶解平衡是中學化學基本理論中的重要組成部分,也是學生在學習中感覺比較難理解的內容,更是近幾年高考命題的??純热荩瑸榱烁玫膶W習這一部分內容,下面將其常見考點總結如下。

1.沉淀溶解平衡

(1)沉淀溶解平衡的概念:在一定溫度下,當難溶強電解質溶于水形成飽和溶液時,溶解速率和生成沉淀速率相等的狀態(tài)。

(2)溶解平衡的建立:

①v溶解>v沉淀,固體溶解;

②v溶解=v沉淀,溶解平衡;

③v溶解

例1下列對沉淀溶解平衡的描述正確的是( )。

A.反應開始時,溶液中各離子濃度相等

B.沉淀溶解達到平衡時,沉淀的速率和溶解的速率相等

C.沉淀溶解達到平衡時,溶液中溶質的離子濃度相等,且保持不變

D.沉淀溶解達到平衡時,如果再加入難溶性的該沉淀物,將促進溶解

解析反應開始時,各離子的濃度沒有必然的關系,A項不正確;沉淀溶解達到平衡時,溶液中溶質的離子濃度保持不變,但不一定相等,C項不正確;沉淀溶解達到平衡時,如果再加入難溶性的該沉淀物,由于固體的濃度為常數,故平衡不發(fā)生移動,D項不正確。

答案:B。

2.影響沉淀溶解平衡的因素

(1)內因:難溶電解質本身的性質,這是決定因素。

A.25 ℃時,飽和Mg(OH)2溶液與飽和MgF2溶液相比,前者的c(Mg2+)大

B.25 ℃時,在Mg(OH)2的懸濁液中加入少量的NH4Cl固體,c(Mg2+)增大

C.25 ℃時,Mg(OH)2固體在20 mL 0.01 mol·L-1氨水中的Ksp比在20 mL 0.01 mol·L-1 NH4Cl溶液中的Ksp小

D.25 ℃時,在Mg(OH)2懸濁液中加入NaF溶液后,Mg(OH)2不可能轉化為MgF2

解析A項Mg(OH)2和MgF2兩者結構相似,但Mg(OH)2的Ksp小,c(Mg2+)也小。B項NH+4能結合OH-,使Mg(OH)2的沉淀溶解平衡向右移動,使c(Mg2+)增大。C項Ksp只受溫度影響,故Mg(OH)2固體在兩種情況下的Ksp是相等的。D項當c(Mg2+)·c2(F-)>Ksp[MgF2]時,就會有MgF2沉淀生成。

答案:B。

3.沉淀溶解平衡的應用

(1)沉淀的生成:①調節(jié)pH法:如除去NH4Cl溶液中的FeCl3雜質,可加入氨水調節(jié)pH至7~8,離子方程式為Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3NH+4。②沉淀劑法:如用H2S沉淀Cu2+,離子方程式為H2S+Cu2+

CuS↓+2H+。

(2)沉淀的溶解:①酸溶解法:如CaCO3溶于鹽酸,離子方程式為CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑。②鹽溶液溶解法:如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液,離子方程式為Mg(OH)2+2NH+4Mg2++2NH3·H2O。

例3在25 ℃時,FeS的Ksp=6.3×10-18,CuS的Ksp=1.3×10-36,ZnS的Ksp=1.3×10-24。下列有關說法中正確的是

( )。

A.25 ℃時,CuS的溶解度大于ZnS的溶解度

B.25 ℃時,飽和CuS溶液中Cu2+的濃度為1.3×10

-36 mol·L-1

C.向物質的量濃度相同的FeCl2、ZnCl2的混合液中加入少量Na2S,只有FeS沉淀生成

D.除去某溶液中的Cu2+,可以選用FeS作沉淀劑

解析1 L溶液中溶解的CuS的質量為1.3×10

-18×96 g,同理1 L溶液中溶解的ZnS的質量為1.3×10

-12×97 g,所以CuS的溶解度小于ZnS的溶解度,A、B錯誤;FeS的Ksp大于ZnS,所以C選項應只有ZnS生成;D選項依據沉淀的轉化,溶度積大的FeS可以轉化為溶度積小的CuS。

答案:D。

4.溶度積常數及應用

(1)溶度積和離子積:如

AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)

Ksp(AmBn)=cm(An+)·cn(Bm-)。

(2)Ksp的影響因素:①內因是難溶物質本身的性質,這是主要決定因素。②外因是溫度:絕大多數難溶鹽的溶解是吸熱過程,升高溫度,平衡向溶解方向移動,Ksp增大。

例4已知:Ksp(AgCl)=1.8×10

-10,Ksp(AgI)=1.5×10-16,Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12,則下列難溶鹽的飽和溶液中,Ag+濃度大小順序正確的是( )。

A.AgCl>AgI>Ag2CrO4B.AgCl>Ag2CrO4>AgI

C.Ag2CrO4>AgCl>AgI D.Ag2CrO4>AgI>AgCl

解析AgCl飽和溶液中,c(Ag+)=c(Cl-),由Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-),則c(Ag+)=Ksp(AgCl);AgI飽和溶液中,c(Ag+)=c(I-),由Ksp(AgI)=c(Ag+)·c(I-),則c(Ag+)=Ksp(AgI);Ag2CrO4飽和溶液中,c(Ag+)=2c(CrO2-4),由Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO2-4),則c(Ag+)=32Ksp(Ag2CrO4),代入數值,可以計算出三種鹽的飽和溶液中c(Ag+)大小順序為:Ag2CrO4>AgCl>AgI,C項正確。

答案:C。

例5一定溫度下難溶電解質AmBn在水溶液中達到沉淀溶解平衡時,其平衡常數Ksp=cm(An+)×cn(Bm-),稱為難溶電解質的溶度積。已知表1數據:

A.向該混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先看到的是藍色沉淀

B.該溶液中c(SO2-4)∶[c(Cu2+)+c(Fe3+)]>5∶4

C.向該溶液中加入適量氯水,調節(jié)pH到4~5后過濾,可獲得純凈的CuSO4溶液

D.向該溶液中加入適量氨水,調節(jié)pH到9.6后過濾,將所得沉淀灼燒,可得等物質的量的CuO、FeO、Fe2O3三種固體的混合物

解析根據表1中pH分析,加入NaOH溶液,pH增大,首先析出的是紅褐色的Fe(OH)3沉淀,A錯誤;由于Fe3+、Fe2+、Cu2+水解,B正確;加入氯水后,Fe2+被氧化為Fe3+,調節(jié)溶液pH到4~5,Fe3+沉淀完全,過濾,溶液中除了有CuSO4外還有HCl與H2SO4,C錯誤;當pH調到9.6時,陽離子沉淀完全,加熱灼燒時,Fe(OH)2最終生成Fe2O3,無FeO生成,D錯誤。

答案:B。

5.溶解平衡曲線

溶解平衡曲線類似于溶解度曲線,曲線上任一點都表示飽和溶液,曲線上方的任一點均表示過飽和,此時有沉淀析出,曲線下方的任一點,均表示不飽和。如圖1所示,a點表示溶解未達到飽和狀態(tài);b點表示超出飽和狀態(tài),有沉淀析出;c點表示溶解正好達到飽和狀態(tài)。

例6某溫度時,BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖2所示。下列說法正確的是( )。

提示:BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO2-4(aq)的平衡常數Ksp=c(Ba2+)·c(SO2-4),稱為溶度積常數。

A.加入Na2SO4可以使溶液由a點變到b點

B.通過蒸發(fā)可以使溶液由d點變到c點

C.d點無BaSO4沉淀生成

D.a點對應的Ksp大于c點對應的Ksp

解析a點因加入硫酸鈉,硫酸根離子濃度增大,Ba2+濃度應減小,A錯。B項中蒸發(fā)d點時的溶液,通過SO2-4和Ba2+濃度的增大可使溶液達到飽和,圖中指示為蒸發(fā)時只有Ba2+濃度增大而SO2-4濃度不變,錯。C項中表示SO2-4和Ba2+的離子積太小,為硫酸鋇的不飽和溶液,C正確。根據溶度積常數的表達式,圖中曲線上的點表示在該溫度下溶度積常數與SO2-4和Ba2+的濃度積大小,曲線上的點為定值,故D錯。

答案:C。

6.沉淀生成的順序

(1)同類型化合物,Ksp越小越先出現沉淀。如:Cu(OH)2、Fe(OH)2相比Ksp[Cu(OH)2]

例7表2是0.1 mol·L-1的部分陽離子常溫下以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH:

判斷下列說法中正確的是( )。

A.在含有Fe2+、Fe3+、Cu2+的混合溶液中,滴加氫氧化鈉溶液時Fe2+先產生沉淀

B.在含有Fe2+、Fe3+、Cu2+的混合溶液中,若除去混合溶液中的Fe2+、Fe3+,可先加入稀硝酸,再加入氧化銅調節(jié)溶液的pH的范圍為3.2~4.7

C.相同溫度下,Ksp[Cu(OH)2]>Ksp[Fe(OH)2]

D.在含有Fe2+、Fe3+、Cu2+的混合溶液中,除去溶液中的Fe2+、Fe3+、可加入足量的鐵粉

解析從三種離子開始沉淀時的pH,可看出Fe(OH)3沉淀時對OH-濃度要求最小,所以Fe3+先產生沉淀,A選項錯;三種離子中Fe2+最后沉淀,當需要除去Cu2+中Fe2+時,可把Fe2+氧化為Fe3+,再調節(jié)pH到Fe3+完全沉淀,pH≥3.2,而Cu2+尚不產生沉淀,pH<4.7,B選項正確;

Cu(OH)2、Fe(OH)2是同類型化合物,由于Cu2+、Fe2+等濃度時,Cu(OH)2沉淀時需OH-濃度小,所以Ksp[Cu(OH)2]

答案:B。

7.沉淀溶解平衡圖像題的解題策略

(1)溶解平衡曲線類似于溶解度曲線,曲線上任一點都表示飽和溶液,曲線上方的任一點均表示過飽和,此時有沉淀析出,曲線下方的任一點,均表示不飽和。

(2)從圖像中找到數據,根據Ksp公式計算得出Ksp的值。

(3)比較溶液的Qc與Ksp的大小,判斷溶液中有無沉淀析出。

例8在某溫度下,Fe(OH)3(s)、Cu(OH)2(s)分別在溶液中達到沉淀溶解平衡后,改變溶液pH,金屬陽離子濃度的變化如圖3所示。據圖分析,下列判斷錯誤的是( )。

A.Ksp[Fe(OH)3]

B.加適量NH4Cl固體可使溶液由a點變到b點

C.c、d兩點代表的溶液中c(H+)與c(OH-)乘積相等

D.Fe(OH)3、Cu(OH)2分別在b、c兩點代表的溶液中達到飽和

解析A項,分析圖像中b、c兩點,c(Fe3+)和c(Cu2+)相等,對應的pH分別為1.3、4.4,根據Ksp的計算公式可得Ksp[Fe(OH)3]

答案:B。

例9硫酸鍶(SrSO4)在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖4。下列說法正確的是( )。

圖4A.溫度一定時,Ksp(SrSO4)隨c(SO2-4)的增大而減小

B.三個不同溫度中,313 K時Ksp(SrSO4)最大

C.283 K時,圖中a點對應的溶液是飽和溶液

D.283 K下的SrSO4飽和溶液升溫到363 K后變?yōu)椴伙柡腿芤?/p>

解析溫度一定,Ksp(SrSO4)不變,A錯誤;由題中沉淀溶解平衡曲線可看出,313 K時,

c(Sr2+)、c(SO2-4)最大,Ksp最大,B正確;a點c(Sr2+)小于平衡時

c(Sr2+),故未達到飽和,沉淀繼續(xù)溶解,C不正確;從283 K升溫到363 K要析出固體,依然為飽和溶液。

答案:B。

(收稿日期:2014-12-10)

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