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專題 08 沉淀溶解平衡圖表題 19 年高考命題前瞻 難溶電解質(zhì)的溶解平衡試題是這幾年高考化學中的重點知識 如 2018 課標全國 12 2018 江蘇卷 13 2017 課標全國 27 2017 課標全國 12 13 2017 課標全國 13 2016 課標全國 13 2015 課 標全國 10 28 2015 課標全國 26 主要考查外界因素對沉淀溶解平衡的影響 沉淀轉(zhuǎn)化 結(jié)合圖像 進行有關溶度積 Ksp的計算 注意 Ksp只與溫度有關 完全沉淀一般隱含了離子濃度為 1 10 5 mol L 考查 方式不只局限在計算上 還會結(jié)合難溶電解質(zhì)溶解平衡曲線圖考查溫度對物質(zhì)溶解速率的影響以及 Ksp 重 結(jié)晶等知識 同時還倒結(jié)合溶解度曲線進行考查 可以以選擇題形式考查 也可以結(jié)合非選擇 題原理題或 工藝流程題考查 雖然考查形式發(fā)生變化 但難度適中 Ksp與離子濃度的關系及其對應計算已經(jīng)成為高考 熱點 預計 2019 年高考仍然會以這種考查方式出現(xiàn) 名師精講 1 難溶電解質(zhì)的溶解平衡試題的考查特點 近幾年的高考對難溶電解質(zhì)的溶解平衡的考查一直較熱 主 要考查要點有三個 一是考查溶解平衡的移動 二是結(jié)合圖象 考查溶度積的應用及其影響因素 三是沉 淀反應在生產(chǎn) 科研 環(huán)保中的應用 2 溶解平衡圖象中信息的提取 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(shù)據(jù) 根據(jù) Ksp 公式計算得出 Ksp 3 比較溶液的 Q與 Ksp 的大小 判斷溶液中有無沉淀析出 4 涉及 Q 的計算時 所代入的離子濃度一定是混合溶液中的離子濃度 因此計算離子濃度時 所代入 的 溶液體積也必須是混合液的體積 3 難溶電解質(zhì)的溶解平衡類圖像題解題思路是 首先要認識圖像橫坐標 縱坐標表示什么 如表示離子濃 度 pM 等 曲線上的點表示達到平衡狀態(tài) 曲線上方的點代表 過飽和溶液 曲線下方的點代表 不飽 和溶液 其次要結(jié)合涉及的原理明確如何書寫溶度積表達式 如何確定影響沉淀溶解平衡的因素以及溶 度積常數(shù)的影響因素 如濃度不會改變?nèi)芏确e 溶度積只與溫度有關 多數(shù)情況下 溫度越高 溶度積越 大 最后要能夠?qū)D像與溶度積原理聯(lián)系起來 分析題目設置的問題 如求離子濃度 判斷沉淀溶解平衡 狀態(tài)等 典題剖析 典例 1 2018 屆湖北省襄陽市高三上學期 1 月調(diào)研統(tǒng)一測試 某溫度下 向 10mL0 1mol LCaCl2溶液中滴 加 0 1mol L 的 Na2CO3溶液 此 時不考慮 CO32 的水解 滴加過程中溶液中 lgc Ca 2 與 Na2CO3 溶液體積 V 的 關系如圖所示 下列有關說法正確的是 A z 點對應的分散系很穩(wěn)定 B w x y 三點中 水的電離程度最大的為 w 點 C 若用等濃度的 Na2SO4溶液代替 Na2CO3溶液 則圖像在 x 點后的變化如虛線部分所示 D 此溫度下 Ksp CaCO 3 1x10 8 6 析圖 從題干所給圖像我們可以得到以下信息 橫坐標表示金屬離子濃度的負對數(shù) 橫坐標表示碳酸 根離子濃度 x 點坐標為 10 4 3 曲線上還有 y w 兩點 曲線外還有一點 z 信息處理 A z 點在曲線下方 根據(jù) z 點的坐標點 縱坐標不變時 碳酸根的濃度大于曲線上碳酸根的 濃度 故 z 點表示的是懸濁液狀態(tài) 懸濁液不穩(wěn)定 B 鹽溶液中水電離的程度取決于碳酸根濃度的大小 根據(jù) w x y 點的橫坐標可知溶液中 c CO 32 w x y CO 32 水解促進水的電離 CO 32 濃度越大 水的 電離程度越大 C 由于硫酸鈣的溶解度比碳酸鈣大 同樣鈣離子濃度時 硫酸根濃度要大于碳酸根的濃 度 故曲線應在實線下方 D 由 x 點坐標提供的數(shù)據(jù)用 Ksp CaCO 3 c Ca 2 c CO 32 進行計算 答案 D 名師點撥 本題考查與沉淀溶解平衡有關的曲線分析 注意圖像中 lgc Ca 2 越大 Ca 2 濃 度越小是 解題的關鍵 如題中 C 項 K sp CaSO 4 Ksp CaC O3 當 c SO 42 c CO 32 時 CaSO 4懸濁液中 c Ca 2 大于 CaCO3懸濁液中 c Ca 2 圖像在 x 點后的變化在實線下方 典例 2 一定溫度下 金屬硫化物的沉淀溶解平衡曲線如圖所示 縱坐標 p Mn 表示 lg c Mn 橫坐標 p S2 表示 lg c S2 下列說法不正確的是 A 該溫度下 Ag 2S 的 Ksp 1 6 10 49 B 該溫度下 溶解度的大小順序為 NiS SnS C SnS 和 NiS 的 飽和溶液中 10 4 D 向含有等物質(zhì)的量濃度的 Ag Ni 2 Sn 2 溶液中加入飽和 Na2S 溶液 析出沉淀的先后順序為 Ag2S SnS NiS 析圖 從題干所給圖像我們可以得到以下信息 橫坐標表示金屬離子濃度的負對數(shù) 橫坐標表示硫離 子濃 度的負對數(shù) a 點坐標為 30 10 lg 4 b 點坐標為 15 6 坐標系有三條曲線 分別是 Ag2S SnS NiS 信息處理 A 沉淀溶解平衡曲線上各個點都是平衡點 故可 根據(jù) Ag2S 的沉淀溶解平衡曲線 a 點數(shù)據(jù)計 算 Ksp B 根據(jù)比較 Ksp大小比較溶解度大小 必須是相同類型 SnS NiS 是相同類型 故可根據(jù) SnS NiS 的沉淀溶解平衡曲線比較 C 先根據(jù)圖像計算出 Ksp NiS 和 Ksp SnS 再根據(jù)飽和溶液中錫離 子和鎳離子濃度之比等于溶度積之比計算 D 計算沉淀等物質(zhì)的量濃度的 Ag Ni 2 Sn 2 所需 c S2 的 大小 進行比較 解析 A 由 a 30 10 lg 4 可知 當 c S2 10 30 mol L 1 時 c Ag 10 10 lg 4 mol L 1 Ksp Ag2S c2 Ag c S2 10 10 lg 4 2 10 30 1 6 10 49 A 項正確 B 觀察 SnS NiS 的沉淀溶解平衡曲線可以看出 當兩條曲線中 c S2 相同時 c Ni 2 c Sn2 由于 SnS 和 NiS 沉淀類型相同 所以溶解度的大小順序為 NiS SnS B 項正確 C SnS 和 NiS 的飽和溶液中 10 4 C 項錯誤 D 假設 Ag Ni 2 Sn 2 均為 0 1 mol L 1 分別生成 Ag2S NiS SnS 沉淀時 需要 c S2 分別為 1 6 10 47 10 20 10 24 因此生成沉淀的先后順序為 Ag2S SnS NiS D 項正確 故本題答案選 C 答案 C 名師點撥 本題考查不同金屬離子的沉淀曲線的分析比較 注意圖像中 lgc M n lgc S 2 越大 Mn S 2 濃度越小是解題的關鍵 此時曲線上任一點都表示飽和溶液 曲線上方的任一點均表示不飽和 曲線下方的任一點 均表示飽和 此時有沉淀析出 典例 3 寧夏銀川一中 2017 2018 學年高二下學期期中考試 已知 t 時 AgCl 的 Ksp 2 10 10 Ag 2CrO4是一種橙紅色的固體 在 t 時 Ag2CrO4在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示 下列說法正確 的是 A 在 t 時 用 AgNO3標準溶液滴定 20mL 未知濃度的 KCl 溶液 可以采用 K2CrO4溶液為指示劑 B 在飽和 Ag2CrO4溶液中加入 K2CrO4固體可使溶液由 Y 點到 X 點 C 在 t 時 以 0 01 mol L 1 AgNO3溶液滴定 20 mL 0 01 mol L 1 KCl 和 0 01 mol L 1 K2CrO4的混 合溶液 CrO 42 先沉淀 D 在 t 時 反應 Ag2CrO4 s 2Cl aq 2AgCl s CrO42 aq 的平衡常數(shù) K 2 5 105 析圖 從題干所給圖像我們可以得到以下信息 橫坐標表示銀離子濃度 橫坐標表示鉻酸根離子濃度 曲線上有兩點 Y Z 曲線上方有一點 X 信息處理 A 可借用 中和滴定中選擇指示劑的原理來確定 用 AgNO3標準溶液滴定 20mL 未知濃度的 KCl 溶液 能否采用 K2CrO4溶液為指示劑 B 在飽和 Ag2CrO4溶液中加入 K2CrO4固體 溶液中酸根離子濃度增 大 根據(jù)平衡移動原理 溶解平衡逆向移動 銀離子濃度降低 但仍為飽和溶液 Y 點沿曲線變化向 Z 點 靠近 K 2CrO4固體量大的話會繼續(xù)沿曲線變化 但到不了 X 點 C 根據(jù) Qc 與 Ksp 的大小可判斷誰先沉淀 D 根據(jù)兩者的 Ksp 可計算該反應的平衡常數(shù) 解析 A 用 AgNO3溶液滴定過程中 由于 AgCl 的溶解度小 AgCl 先沉淀出來 待 AgCl 定量沉淀后 過量的一滴 AgNO3溶液即與 K2CrO4反應 形成 Ag2CrO4磚紅色沉淀 則有磚紅色沉淀生成時即達到終點 所 以能采用 K2CrO4溶液為指示劑 A 正確 B 在飽和 Ag2CrO4溶液中加入 K2CrO4仍為飽和溶液 點仍在曲線 上 所以在飽和 Ag2CrO4溶液中加入 K2CrO4不能使溶液由 Y 點變?yōu)?X 點 B 錯誤 C 依據(jù)溶度積常數(shù)計算 Ksp CrO 42 c 2 Ag c CrO 42 1 10 12 Ksp AgCl c Ag c Cl 1 8 10 10 以 0 01mol L AgNO3溶液滴定 20mL0 01mol L KCl 和 0 01mol L 的 K2CrO4的混合溶液 c CrO 42 0 01mol L 得到 c Ag 10 5mol L 0 01mol L KCl 溶液中 c Cl 0 01mol L 依據(jù)溶度積計算得到 c Ag 2 2 10 8mol L 所以先析出氯化銀沉淀 C 錯誤 D 在 t 時 Ag 2CrO4 s 2Cl aq 2AgCl s CrO42 aq 離子濃度相同時氯化銀的溶度積和 Ag2CrO4 橘紅色 的溶度積計算 K 6 25 107 D 錯誤 答案 A 名師點撥 本題考查了沉淀溶解平衡的分析判斷 溶度積常數(shù)的計算應用 溶度積是隨溫度變化 依據(jù) 圖象曲線上的數(shù)據(jù)結(jié)合溶度積常數(shù)概念計算得到 曲線上的點是沉淀溶解平衡 溶度積是飽和溶液中離子 濃度冪次方的乘積 一定溫度下溶度積是常數(shù) 隨溫度變化 不隨濃度變化 依據(jù)銀離子濃度相同時氯化 銀的溶度積和 Ag2CrO4 橘紅色 的溶度積計算得到平衡常數(shù) 依據(jù)溶液中離子濃度結(jié)合溶度積常數(shù)計算銀 離子濃度 銀離子濃度越小先析出沉淀 4 滴定曲線的判斷 案例 4 2018 屆福建省南平市高三下學期第二次 5 月 綜合質(zhì)量檢查 某溫度下 分別向 10 mL 濃度均 為 0 1mol L 的 CuCl2和 ZnCl2溶液中滴 加 0 1mol L 的 Na2S 溶液 滴加過程中溶 液中 1gc Cu 2 和 lgc Zn2 與 Na2S 溶液體積 V 的關系如圖所示 已知 Ksp ZnS Ksp CuS 1g3 0 5 下列有關說法 錯誤的是 A 溶液 pH a b e B a 點的 ZnCl2 溶液中 c Cl 2 c Zn 2 c H C a b e 為滴定 CuCl2溶液的曲線 D d 點縱坐標小于 34 9 析圖 從題干所給圖像我們可以得到以下信息 橫坐標表示金屬離子濃度的負對數(shù) 橫坐標表示硫離 子濃度 a 在縱坐標軸上 b 點坐標為 10 12 7 和 c 點坐標為 10 17 7 坐標系有兩條曲線 信息處理 A 溶液中 Zn2 和 Cu2 離子水解 溶液顯酸性 分別加入硫化鈉生成沉淀 Zn 2 和 Cu2 離子濃 度減小 酸性減弱 pH 值增大 B 根據(jù)電荷守恒判斷離子濃度的大小 C 比較 Ksp ZnS K sp CuS 的 大小確定滴定曲線 D 根據(jù) Ksp CuS 來計算確定 d 點坐標 答案 C 名師點撥 本題應該從題目所給的圖入手 尋找特定數(shù)據(jù)判斷題目中的沉淀滴定的具體過程 注意 橫 坐標是加入 Na2S 的溶液的體積 縱坐標是 Zn2 和 Cu2 濃度的負對數(shù) 本題雖然選擇了一個學生不太熟悉的 滴定過程 沉淀滴定 但是其內(nèi)在原理實際和酸堿中和滴定是一樣的 這種滴定的理論終點都應該是恰 好反應的點 酸堿中和滴定是酸堿恰好中和 沉淀滴定就是恰好沉淀 這樣就能判斷溶液發(fā)生改變的時候 滴定終點如何變化了 典例 5 2018 屆百校聯(lián)盟 TOP20 四月聯(lián)考 已知 298K 時 K sp NiS 1 0 10 21 K sp FeS 6 0 10 18 其沉淀溶解平衡曲線如圖所示 圖中 R 表示 Ni 或 Fe 下列說法正確的是 已知 6 2 4 10 3 2 A M 點對應的溶液中 c S 2 3 2 10 11 mol L 1 B 與 P 點相對應的 NiS 的分散系是均一穩(wěn)定的 C 向 Q 點對應的溶液中加水 可轉(zhuǎn)化成 N 點對應的溶液 D FeS Ni 2 NiS Fe2 的平衡常數(shù) K 6000 析圖 從題干所給圖像我們可以得到以下信息 橫坐標表示金屬離子濃度的負對數(shù) 橫坐標表示硫離 子濃度的負對數(shù) 坐標系內(nèi)有 兩條曲線 坐標系內(nèi)有 M N O P 四點 其中 M N 兩點分別在 直線上 O P 兩點不在曲線上 縱坐標 橫坐標上分別有 a b 表示數(shù)字 信息處理 溶解平衡曲線類似于溶解度曲線 由于圖像中 lgc R 2 lgc S 2 越大 Ni 2 S 2 濃度越 小 故曲線上任一點都表示飽和溶液 曲線上方的任一點均表示不飽和 曲線下方的任一點 均表示飽 和 此時有沉淀析出 A M N 點曲線上 都表示飽和溶液 但由于兩者的 Ksp 不同 故表示在不同的曲 線上 由 Ksp 確定 兩條曲線分別表示是什么物質(zhì)的曲線 B P 點在 曲線的下方 為過飽和溶液 不是穩(wěn)定分散系 C Q 點在曲線上方 表示不飽和溶液 加水不可能變成飽和溶液 D 通過兩者的 Ksp 可計算該反應的平衡常數(shù) 解析 A 飽和的 NiS 溶液中 c Ni2 c S2 3 2 10 11 mol L 1 同理飽和 FeS 溶液中 c Fe2 c S2 2 4 10 9 mol L 1 因此 I 曲線代表的是 FeS II 曲線代表的是 NiS 即 M 點 c S2 2 4 10 9 mol L 1 故 A 錯誤 B 此時 P 點對應的 NiS 為過飽和溶液 不是穩(wěn)定分散系 應有沉淀產(chǎn) 生 故 B 錯誤 C Q 點加水 溶液中 c Ni2 c S 2 減小 Q 不能轉(zhuǎn)化到 N 點 應在 Q 點上方 故 C 錯 誤 D 平衡常數(shù) K 6000 故 D 正確 答案 D 名師點撥 本題考查與沉淀溶解平衡有關的曲線分析 注意圖像中 lgc R 2 lgc S 2 越大 Ni2 S 2 濃度越小是解題的關鍵 注意溶度積與溶解度的關系 當難溶電解質(zhì)類型相同時 溶度積大的溶 解度大 當難溶電解質(zhì)類型不同時 溶度積大的溶解度不一定大 高分錦囊 一 溶度積 K sp 1 概念 一定溫度下 難溶電解質(zhì)在飽和溶液中各離子濃度冪的乘積是一個常數(shù) 這個常數(shù)稱為該難溶 電解質(zhì)的溶度積 用符號 Ksp 表示 2 表達式 對于沉淀溶解平衡 M mAn s mMn aq nAm aq 溶度積常數(shù) K sp c M n mc A m n 3 溶度積規(guī)則 比較 Ksp與溶液中有關離子濃度冪的乘積 離子積 Qc 判斷難溶電解質(zhì)在給定條件下沉淀 能否生成或溶解 Qc K sp時 生成沉淀 Qc K sp時 達到溶解平衡 Qc K sp時 沉淀溶解 4 影響溶度積的因素 Ksp 只與難溶電解質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關 而與沉淀的量無關 并且溶液中的離子濃度的變化能使平衡 移動 并不改變 Ksp 5 溶度積的物理意義 Ksp反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力 當化學式所表示的組成中陰 陽離子個數(shù)比相同時 K sp數(shù) 值越大則難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力越強 但對化學式所表示的組成中陰 陽離子個數(shù)比不相同的電解 質(zhì) 則不能直接由它們的溶度積來比較溶解能力的大小 必須通過具體計算確定 6 難溶電解質(zhì)的溶度積以及溶解能力的比較 沉淀溶解平衡 Ksp 18 25 溶解能力比較 AgCl s Cl aq Ag aq 1 8 10 10mol2 L 2 AgBr s Br aq Ag aq 5 0 10 13mol2 L 2 AgI s I aq Ag aq 8 3 10 17mol2 L 2 AgCl AgBr AgI Mg OH 2 s Mg 2 aq 2OH aq 1 8 10 11mol3 L 3 Cu OH 2 s Cu 2 aq 2OH aq 2 2 10 20mol3 L 3 Mg OH 2 Cu OH 2 二 沉淀溶解平衡曲線 沉淀溶解平衡曲線上各個點都是平衡點 各個點對應的橫坐標和縱坐標分別為此平衡狀態(tài)時的離子濃 度 曲線外各點都不是平衡狀態(tài) 若在曲線以下 是不飽和狀態(tài) 可以判斷使之達到平衡的方 法 曲線以 上的各點 已經(jīng)過飽和 必然有固體析出 三 沉淀的生成 1 沉淀生成的應用 在涉及無機制備 提純工藝的生產(chǎn) 科研 廢水處理等領域中 常利用沉淀溶解來達到分離或除去某 些離子的目的 2 沉淀的方法 1 調(diào)節(jié) pH 法 如工業(yè) 原料氯化銨中含雜質(zhì)氯化鐵 使其溶解于水 再加入氨水調(diào)節(jié) pH 至 7 8 可 使 Fe3 轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe OH 3沉淀而除去 反應如下 Fe 3 3NH 3 H2O Fe OH 3 3NH 4 2 加沉淀劑法 如以 Na2S H 2S 等作沉淀劑 使某些金屬離子 如 Cu2 Hg 2 等生成極難溶的硫化 物 CuS HgS 等沉淀 也是分離 除去雜質(zhì)常用的方法 反應如下 Cu2 S 2 CuS Cu 2 H 2S CuS 2H Hg2 S 2 HgS Hg 2 H 2S HgS 2H 3 沉淀轉(zhuǎn)化的實質(zhì) 沉淀轉(zhuǎn)化的實質(zhì)就是沉淀溶解平衡的移動 一般說來 溶解度大的沉淀轉(zhuǎn)化成溶解度更小的沉淀容易 實現(xiàn) 兩種沉淀的溶解度差別越大 沉淀轉(zhuǎn)化越容易 4 沉淀轉(zhuǎn)化的應用 沉淀的轉(zhuǎn)化在科研和生產(chǎn)中具有重要的應用價值 1 鍋爐除水垢 水垢 CaSO 4 s CO32 aq CaCO3 s SO42 aq 其反應方程式是 CaSO4 Na 2CO3 CaCO3 Na 2SO4 CaCO 3 2HCl CaCl2 H 2O CO 2 2 對一些自然現(xiàn)象的解釋 在自然界也發(fā)生著溶解度小的礦物轉(zhuǎn)化為溶解度更小的礦物的現(xiàn)象 例如 各種原生銅的硫化物經(jīng)氧 化 淋濾作用后可變成 CuSO4溶液 并向深部滲透 遇到深層的閃鋅礦 ZnS 和方鉛礦 PbS 時 便慢慢地 使之轉(zhuǎn)變?yōu)殂~藍 CuS 其反應如下 CuSO 4 ZnS CuS ZnSO 4 CuSO 4 PbS CuS PbSO 4