◇ 江蘇 田玉寶

難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡是高中教材《化學(xué)反應(yīng)原理》專題3“溶液中的離子平衡”中的內(nèi)容,是高考的?？伎键c(diǎn).高考復(fù)習(xí)中,通過(guò)題型分類、方法提煉,可以提高復(fù)習(xí)的針對(duì)性和有效性.本文就“沉淀溶解平衡”考點(diǎn)進(jìn)行分類探析.

1 運(yùn)用溶度積常數(shù)(K)判斷沉淀的產(chǎn)生或轉(zhuǎn)化

【考點(diǎn)分析】溶度積常數(shù)(K)的大小反映了難溶電解質(zhì)在水中溶解能力的強(qiáng)弱,對(duì)于同種類型的難溶電解質(zhì),K越小,其溶解能力越弱,越易轉(zhuǎn)化為沉淀.

例1(改編題)下列敘述錯(cuò)誤的是( ).

A.(2020年全國(guó)卷Ⅱ)二氧化碳的過(guò)量排放可對(duì)海洋生物的生存環(huán)境造成很大影響,其原理如圖1所示.海水酸化能促進(jìn)CaCO3的溶解,導(dǎo)致珊瑚礁減少

圖1

C.(2020年山東卷)以菱鎂礦(主要成分為MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和A12O3)為原料制備高純鎂砂的工藝流程如圖2所示.

圖2

已知浸出時(shí)產(chǎn)生的廢渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3.分離 Mg2＋與 Al3＋、Fe3＋是利用了它們氫氧化物的Ksp不同

D.(2020年天津卷)FeS溶于稀硫酸,而CuS不溶于稀硫酸,則Ksp(FeS)＜Ksp(CuS)

海水酸化,CO2－3濃度減小,導(dǎo)致CaCO3溶解平衡正向移動(dòng),促進(jìn)了CaCO3溶解,導(dǎo)致珊瑚礁減少,選項(xiàng)A正確;硫酸鈣的溶解度大于碳酸鈣的溶解度,溶解度大的物質(zhì)能向溶解度小的物質(zhì)轉(zhuǎn)化,所以鍋爐水垢中的硫酸鈣可用碳酸鈉溶液處理,使之轉(zhuǎn)化為碳酸鈣,沉淀轉(zhuǎn)換的實(shí)質(zhì)就是沉淀溶解平衡的移動(dòng),平衡一般向生成更難溶物質(zhì)的方向移動(dòng),則離子反應(yīng)為

選項(xiàng)B正確;Fe(OH)3、Al(OH)3的Ksp遠(yuǎn)小于Mg(OH)2的Ksp,所以當(dāng)pH達(dá)到一定值時(shí)Fe3＋、Al3＋產(chǎn)生沉淀,而 Mg2＋不沉淀,從而將其分離,選項(xiàng)C正確;CuS的溶解度較小,將CuS投入到稀硫酸溶液中,CuS溶解平衡電離出的S2－不足以與H＋發(fā)生反應(yīng),而將FeS投入到稀硫酸中可以得到H2S氣體,說(shuō)明Ksp(FeS)＞Ksp(CuS),選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案為D.

解析

點(diǎn)評(píng)

沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化都遵守溶度積規(guī)則:

1)在溶液中,有關(guān)離子能否生成沉淀析出,可通過(guò)相應(yīng)離子的實(shí)際濃度積Qc與其溶度積常數(shù)Ksp的比較來(lái)作出判斷.

當(dāng)Qc＜Ksp時(shí),溶液對(duì)于相關(guān)離子而言是未飽和的,則沒(méi)有沉淀生成;

當(dāng)Qc＝Ksp時(shí),溶液對(duì)于有關(guān)離子而言是剛好飽和的,則溶液處于多相離子平衡;

當(dāng)Qc＞Ksp時(shí),溶液對(duì)于有關(guān)離子而言是過(guò)飽和的,則有沉淀生成.

2)沉淀的轉(zhuǎn)化也可以用溶度積規(guī)則來(lái)判斷.當(dāng)化學(xué)反應(yīng)中有多種沉淀生成時(shí),溶度積常數(shù)小的同類型沉淀優(yōu)先生成.

2 有關(guān)溶度積常數(shù)(K)的計(jì)算

【考點(diǎn)分析】有關(guān)難溶電解質(zhì)沉淀、溶解的計(jì)算,主要是計(jì)算離子濃度或溶液的pH.首先要理解難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡、溶度積表達(dá)式的含義,利用表達(dá)式進(jìn)行解題.

例2(2020年全國(guó)卷Ⅲ,節(jié)選)某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物,還有少量其他不溶性物質(zhì).采用如圖3所示工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O).

圖3

溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如表1所示.

表1

利用上述表格數(shù)據(jù),計(jì)算Ni(OH)2的Ksp＝________(列出計(jì)算式).如果“轉(zhuǎn)化”后的溶液中Ni2＋濃度為1.0mol·L－1,則“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是____.

解析

由上述表格可知,Ni2＋完全沉淀時(shí)的pH＝8.7,此時(shí)

或者當(dāng)Ni2＋開始沉淀時(shí)pH＝7.2,此時(shí)

如果“轉(zhuǎn)化”后的溶液中Ni2＋濃度為1.0mol·L－1,為避免 Ni2＋沉淀,此時(shí)

點(diǎn)評(píng)

Ksp的計(jì)算及“調(diào)pH”時(shí)pH范圍的確定是溶度積常數(shù)計(jì)算的難點(diǎn),計(jì)算復(fù)雜,要求考生細(xì)心認(rèn)真解題,才能得出正確答案.

3 沉淀溶解平衡的圖象問(wèn)題

【考點(diǎn)分析】高考主要考查學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)、圖形等進(jìn)行觀察,并運(yùn)用分析、比較、推理等方法對(duì)獲取的信息進(jìn)行初步加工和應(yīng)用的能力,沉淀溶解平衡的圖象是其中一個(gè)考點(diǎn).

例3(2019年全國(guó)卷Ⅱ)絢麗多彩的無(wú)機(jī)顏料的應(yīng)用曾創(chuàng)造了古代繪畫和彩陶的輝煌.硫化鎘(CdS)是一種難溶于水的黃色顏料,其在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖4所示.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ).

圖4

A.圖中a和b分別為T1、T2溫度下CdS在水中的溶解度

B.圖中各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Ksp的關(guān)系為

C.向m點(diǎn)的溶液中加入少量Na2S固體,溶液組成由m沿mpn線向p方向移動(dòng)

D.溫度降低時(shí),q點(diǎn)的飽和溶液的組成由q沿qp線向p方向移動(dòng)

解析

CdS在水中存在沉淀溶解平衡:

其溶度積Ksp＝c(Cd2＋)·c(S2－),在飽和溶液中,c(Cd2＋)＝c(S2－),結(jié)合圖象可以看出,圖中a和b分別表示T1和T2溫度下CdS的溶解度,選項(xiàng)A正確;CdS的沉淀溶解平衡中的溶度積受溫度影響,m、n和p點(diǎn)均對(duì)應(yīng)溫度T1條件下所測(cè)的離子濃度,則其溶度積相同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;m點(diǎn)達(dá)到沉淀溶解平衡,向其中加入Na2S后,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),c(Cd2＋)減小,c(S2－)增大,溶液組成由m沿mpn向p方向移動(dòng),選項(xiàng)C正確;從圖象中可以看出,隨著溫度的升高,離子濃度增大,說(shuō)明CdS(s)?Cd2＋(aq)＋S2－(aq)為吸熱反應(yīng),則溫度降低時(shí),q點(diǎn)對(duì)應(yīng)飽和溶液的溶解度下降,溶液中的c(Cd2＋)與c(S2－)同時(shí)減小,會(huì)沿qp線向p點(diǎn)方向移動(dòng),選項(xiàng)D正確.答案為B.

點(diǎn)評(píng)

沉淀溶解平衡的圖象題陌生度大,解題關(guān)鍵是仔細(xì)審題,獲取相關(guān)信息,抓住圖象中橫、縱坐標(biāo)表示的意義進(jìn)行分析、推理,問(wèn)題就會(huì)迎刃而解.