高 源 高雅文

(1.山東省臨沂第一中學(xué) 2.山東省臨沂高新區(qū)高級(jí)中學(xué))

化學(xué)反應(yīng)原理是每年高考的重點(diǎn)和難點(diǎn),雖然近年高考對(duì)此部分知識(shí)的考查力度相對(duì)穩(wěn)定,但考查方式發(fā)生了一定的變化,因此學(xué)生要進(jìn)行有針對(duì)性的復(fù)習(xí),同時(shí)要提高對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的重視.

1 沉淀溶解平衡曲線的常見(jiàn)考查方式

沉淀溶解平衡曲線能很好地考查學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的靈活性和綜合性,因此備受命題者的青睞.相對(duì)于其他知識(shí)在試題情境上的創(chuàng)新,沉淀溶解平衡曲線類試題更偏向在坐標(biāo)曲線上創(chuàng)新.沉淀溶解平衡圖像題中涉及的化學(xué)物質(zhì)一般是學(xué)生較為熟悉的(如常見(jiàn)的不溶性堿、鹵化銀等),但橫縱坐標(biāo)所代表的物理量往往是“陌生”的,學(xué)生在理解不透徹的情況下很容易出錯(cuò).綜觀近年高考化學(xué)試題發(fā)現(xiàn),常見(jiàn)的沉淀溶解平衡曲線有pH-lgc、lgc-lgc、溫度—溶解度三種,圖像中的lgc也常以－lgc方式呈現(xiàn),因此認(rèn)真審題、準(zhǔn)確解讀圖像中的橫縱坐標(biāo)所代表的物理量是解答此類試題的關(guān)鍵.

2 沉淀溶解平衡曲線的求解策略

沉淀溶解平衡曲線涉及的計(jì)算量較大,學(xué)生需要先判斷圖像中各點(diǎn)的含義,明確沉淀溶解平衡常見(jiàn)的計(jì)算方式,然后對(duì)各問(wèn)題進(jìn)行逐步破解.

2.1 掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)

中學(xué)化學(xué)教學(xué)逐漸加重了對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng),試題的命制也逐漸以創(chuàng)新為主,但本質(zhì)上還是考查學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能,因此深度分析試題是十分必要的.

例1(2023年全國(guó)甲卷)Fe(OH)3、Al(OH)3和Cu(OH)2在水中達(dá)沉淀溶解平衡時(shí)的pM-pH 關(guān)系如圖1 所示{pM＝－lg[c(M)/(mol?L－1)];c(M)≤10－5mol?L－1可認(rèn)為M 離子沉淀完全}.下列敘述正確的是( ).

A.由a點(diǎn)可求得Ksp[Fe(OH)3]＝10－8.5

B.pH＝4時(shí)Al(OH)3的溶解度為

C.濃度均為0.01 mol?L－1的Al3＋和Fe3＋可通過(guò)分步沉淀進(jìn)行分離

D.Al3＋、Cu2＋混合溶液中c(Cu2＋)＝0.2 mol?L－1時(shí)二者不會(huì)同時(shí)沉淀

由圖像可知,a點(diǎn)pH＝2,即c(H＋)＝10－2mol?L－1,則c(OH－)＝10－12mol?L－1,c(Fe3＋)＝10－2.5mol?L－1,所以

選項(xiàng)A錯(cuò)誤.又Ksp[Al(OH)3]＝10－33,當(dāng)pH＝4時(shí),

則

即Al(OH)3的溶解度為10－3mol?L－1,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.由圖像可知,Fe3＋優(yōu)先沉淀,當(dāng)Fe3＋沉淀完全時(shí),,此時(shí)Qsp[Al(OH)3]＝0.01 mol?L－1×10－33.5(mol?L－1)3＝10－35.5＜Ksp[Al(OH)3]＝10－33,Al3＋還未沉淀,所以濃度均為0.01mol?L－1的Al3＋和Fe3＋可通過(guò)分步沉淀進(jìn)行分離,選項(xiàng)C 正確.根據(jù)圖像中Cu2＋的曲線可知,pH＝7時(shí),有

由上述分析可知,Ksp[Al(OH)3]＝10－33,Al3＋沉淀完全時(shí)的mol?L－1,c(H＋)≈10－4.7mol?L－1,pH＝4.7,此時(shí)Cu2＋剛開(kāi)始沉淀,c(Cu2＋)＝0.1 mol?L－1,若c(Cu2＋)＝0.2 mol?L－1＞0.1 mol?L－1,因此Al3＋、Cu2＋會(huì)同時(shí)沉淀,選項(xiàng)D 錯(cuò)誤.答案為C.

溶度積的計(jì)算公式不是固定的,要依據(jù)難溶物的化學(xué)式發(fā)生相應(yīng)的變化,但本質(zhì)上都是溶液中離子的濃度冪之積.一定溫度下溶度積常數(shù)是固定的,可依據(jù)溶液中的離子濃度判斷沉淀的生成或溶解,也可以依據(jù)沉淀溶解平衡曲線計(jì)算溶液中離子的濃度.

2.2 明確交點(diǎn)的含義

一般情況下,沉淀溶解平衡曲線中出現(xiàn)交點(diǎn)時(shí),圖像會(huì)給出難溶物中陰離子和陽(yáng)離子的濃度變化情況.當(dāng)橫縱坐標(biāo)分別表示陰、陽(yáng)離子的濃度變化時(shí),交點(diǎn)表示幾種難溶物中所含的陰離子或陽(yáng)離子濃度相同,但由于各難溶物的溶度積計(jì)算公式可能不同,難溶物的溶度積常數(shù)不一定相等.

例2(2023年遼寧卷)某廢水處理過(guò)程中始終保持H2S飽和,即c(H2S)＝0.1mol?L－1,通過(guò)調(diào)節(jié)pH 使Ni2＋和Cd2＋形成硫化物而分離,體系中pH 與－lgc關(guān)系如圖2所示,c為HS－、S2－、Ni2＋和Cd2＋的濃度,單位為mol?L－1.已 知Ksp(NiS)＞Ksp(CdS),下列說(shuō)法正確的是( ).

圖2

A.Ksp(CdS)＝10－18.4

B.③為pH 與－lgc(HS－)的關(guān)系曲線

C.Ka1(H2S)＝10－8.1

D.Ka2(H2S)＝10－14.7

本題綜合性較強(qiáng),涉及沉淀溶解平衡及弱電解質(zhì)的電離平衡,準(zhǔn)確分析圖像中各曲線對(duì)應(yīng)的微粒是解答此題的關(guān)鍵.酸性較強(qiáng)的溶液中含硫微粒為H2S、HS－、S2－,H2S是二元弱酸,則起始階段c(HS－)＞c(S2－),－lgc(HS－)＜－lgc(S2－),隨著溶液pH 的增大,溶液的酸性減弱,c(HS－)和c(S2－)都逐漸增大,－lgc(HS－)和－lgc(S2－)都逐漸減小,c(Ni2＋)或c(Cd2＋)逐漸減小,－lgc(Ni2＋)或－lgc(Cd2＋)逐漸增大,且Ksp(NiS)＞Ksp(CdS),當(dāng)c(S2－)一定時(shí),c(Ni2＋)＞c(Cd2＋),－lgc(Ni2＋)＜－lgc(Cd2＋),故圖中①②分別為pH與－lgc(Cd2＋)、－lgc(Ni2＋)的關(guān)系曲線.當(dāng)pH＝4.9時(shí),c(S2－)＝c(Cd2＋)＝10－13.0mol?L－1,Ksp(CdS)＝c(S2－)?c(Cd2＋)＝10－26.0,選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.圖中③為pH與－lgc(S2－)的關(guān)系曲線,④為pH 與－lgc(HS－)的關(guān)系曲線,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.pH＝4.2時(shí),有

選項(xiàng)C錯(cuò)誤.

在判斷溶液中微粒的變化曲線時(shí),首先要依據(jù)所給信息確定起始階段各微粒的濃度,然后依據(jù)縱坐標(biāo)的變化確定各微粒濃度可能發(fā)生的變化,最后依據(jù)給出的Ksp大小確定各微粒的變化趨勢(shì).此外,此類試題還會(huì)涉及沉淀的轉(zhuǎn)化,即沉淀溶液平衡的移動(dòng),當(dāng)兩種難溶電解質(zhì)的Ksp相差較大時(shí),Ksp大的難溶電解質(zhì)會(huì)向Ksp小的轉(zhuǎn)化;陰離子或陽(yáng)離子相同的難溶電解質(zhì),Ksp小的先沉淀.

沉淀溶解平衡曲線圖是常見(jiàn)的考查形式,學(xué)生要加深對(duì)其的理解和掌握.在解題時(shí)不僅要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí),還要具備較強(qiáng)的讀圖分析能力,清楚圖像中每條曲線代表的微粒種類,了解各微粒的變化趨勢(shì),最后靈活應(yīng)用所學(xué)解決問(wèn)題.

(完)