沉淀溶解平衡考點探析

◇ 江蘇 田玉寶

難溶電解質的沉淀溶解平衡是高中教材《化學反應原理》專題3“溶液中的離子平衡”中的內容,是高考的常考考點.高考復習中,通過題型分類、方法提煉,可以提高復習的針對性和有效性.本文就“沉淀溶解平衡”考點進行分類探析.

1 運用溶度積常數(K)判斷沉淀的產生或轉化

【考點分析】溶度積常數(K)的大小反映了難溶電解質在水中溶解能力的強弱,對于同種類型的難溶電解質,K越小,其溶解能力越弱,越易轉化為沉淀.

例1(改編題)下列敘述錯誤的是( ).

A.(2020年全國卷Ⅱ)二氧化碳的過量排放可對海洋生物的生存環境造成很大影響,其原理如圖1所示.海水酸化能促進CaCO3的溶解,導致珊瑚礁減少

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

已知浸出時產生的廢渣中有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,導致CaCO3溶解平衡正向移動,促進了CaCO3溶解,導致珊瑚礁減少,選項A正確;硫酸鈣的溶解度大于碳酸鈣的溶解度,溶解度大的物質能向溶解度小的物質轉化,所以鍋爐水垢中的硫酸鈣可用碳酸鈉溶液處理,使之轉化為碳酸鈣,沉淀轉換的實質就是沉淀溶解平衡的移動,平衡一般向生成更難溶物質的方向移動,則離子反應為

選項B正確;Fe(OH)3、Al(OH)3的Ksp遠小于Mg(OH)2的Ksp,所以當pH達到一定值時Fe3＋、Al3＋產生沉淀,而 Mg2＋不沉淀,從而將其分離,選項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＋發生反應,而將FeS投入到稀硫酸中可以得到H2S氣體,說明Ksp(FeS)＞Ksp(CuS),選項D錯誤.答案為D.

解析

點評

沉淀的生成、溶解和轉化都遵守溶度積規則:

1)在溶液中,有關離子能否生成沉淀析出,可通過相應離子的實際濃度積Qc與其溶度積常數Ksp的比較來作出判斷.

當Qc＜Ksp時,溶液對于相關離子而言是未飽和的,則沒有沉淀生成;

當Qc＝Ksp時,溶液對于有關離子而言是剛好飽和的,則溶液處于多相離子平衡;

當Qc＞Ksp時,溶液對于有關離子而言是過飽和的,則有沉淀生成.

2)沉淀的轉化也可以用溶度積規則來判斷.當化學反應中有多種沉淀生成時,溶度積常數小的同類型沉淀優先生成.

2 有關溶度積常數(K)的計算

【考點分析】有關難溶電解質沉淀、溶解的計算,主要是計算離子濃度或溶液的pH.首先要理解難溶電解質沉淀溶解平衡、溶度積表達式的含義,利用表達式進行解題.

例2(2020年全國卷Ⅲ,節選)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.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

利用上述表格數據,計算Ni(OH)2的Ksp＝________(列出計算式).如果“轉化”后的溶液中Ni2＋濃度為1.0mol·L－1,則“調pH”應控制的pH范圍是____.

解析

由上述表格可知,Ni2＋完全沉淀時的pH＝8.7,此時

或者當Ni2＋開始沉淀時pH＝7.2,此時

如果“轉化”后的溶液中Ni2＋濃度為1.0mol·L－1,為避免 Ni2＋沉淀,此時

點評

Ksp的計算及“調pH”時pH范圍的確定是溶度積常數計算的難點,計算復雜,要求考生細心認真解題,才能得出正確答案.

3 沉淀溶解平衡的圖象問題

【考點分析】高考主要考查學生對數據、圖形等進行觀察,并運用分析、比較、推理等方法對獲取的信息進行初步加工和應用的能力,沉淀溶解平衡的圖象是其中一個考點.

例3(2019年全國卷Ⅱ)絢麗多彩的無機顏料的應用曾創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.下列說法錯誤的是( ).

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.圖中各點對應的Ksp的關系為

C.向m點的溶液中加入少量Na2S固體,溶液組成由m沿mpn線向p方向移動

D.溫度降低時,q點的飽和溶液的組成由q沿qp線向p方向移動

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點均對應溫度T1條件下所測的離子濃度,則其溶度積相同,選項B錯誤;m點達到沉淀溶解平衡,向其中加入Na2S后,平衡向逆反應方向移動,c(Cd2＋)減小,c(S2－)增大,溶液組成由m沿mpn向p方向移動,選項C正確;從圖象中可以看出,隨著溫度的升高,離子濃度增大,說明CdS(s)?Cd2＋(aq)＋S2－(aq)為吸熱反應,則溫度降低時,q點對應飽和溶液的溶解度下降,溶液中的c(Cd2＋)與c(S2－)同時減小,會沿qp線向p點方向移動,選項D正確.答案為B.

點評

沉淀溶解平衡的圖象題陌生度大,解題關鍵是仔細審題,獲取相關信息,抓住圖象中橫、縱坐標表示的意義進行分析、推理,問題就會迎刃而解.