摘 要:難溶電解質(zhì)的溶解平衡曲線在高考中常有涉及,選取幾道典型試題對(duì)其進(jìn)行分析,以幫助學(xué)生突破難點(diǎn),提高解決這一類問(wèn)題的能力.
關(guān)鍵詞:難溶;電解質(zhì);平衡;曲線;考點(diǎn)
作者簡(jiǎn)介:張麗華(1979-),女,江蘇響水人,本科,中學(xué)高級(jí)教師,研究方向:中學(xué)化學(xué)教學(xué).
難溶電解質(zhì)在溶液中存在溶解平衡,MmAn(s) mMn+aq+nAm-aq,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常數(shù),Ksp=cm(Mn+)·cn(Am-),根據(jù)溶液中各離子濃之間的關(guān)系畫(huà)出的曲線就是難溶電解質(zhì)的溶解平衡曲線.
一、沉淀溶解平衡曲線
用縱橫坐標(biāo)表示陰陽(yáng)離子濃度之間關(guān)系的曲線,曲線上的點(diǎn)均表示達(dá)到溶解平衡,曲線下方的點(diǎn)表示沒(méi)有達(dá)到溶解平衡,曲線上方的點(diǎn)表示溶液中離子濃度達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài).
案例1 在一定溫度下,AgCl 與AgI的飽和溶液中存在如下關(guān)系,下列說(shuō)法正確的是
A AgCl(s) +I-(aq)AgI(s) +Cl-(aq),在該溫度下的平衡常數(shù)K=25×106
B 向01mol/LKI溶液中加入AgNO3 溶液,當(dāng)I-剛好完全沉淀時(shí),c(Ag+ )=2×10-12mol/L
C 向AgCl、AgI的飽和溶液中加入氫碘酸溶液,可使溶液由A點(diǎn)變到B點(diǎn)
D 向2 mL001mol/LAgNO3,溶液中加幾滴001mol/L NaC1溶液,靜置片刻,再向溶液中加幾滴001mol/LKI溶液,有黃色沉淀生成,說(shuō)明Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)
分析 溶解平衡的移動(dòng)符合化學(xué)平衡移動(dòng)原理;溶解平衡曲線上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)離子濃度冪的乘積就是溶度積常數(shù);當(dāng)溶液中離子濃度≤1×10-5mol/L時(shí),認(rèn)為離子沉淀完全.
解析 根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可知:Ksp(AgCl)= c(Ag+ ) c(Cl- )= 10-5×2 ×10-5=2×10-10,Ksp(AgI)= c(Ag+ ) c(I-)= 10-5×8 ×10-12=8×10-17.AgCl(s) +I-(aq)AgI(s) +Cl-(aq),在該溫度下的平衡常數(shù)K=cCl-cI-=cAg+cCl-cAg+cI-=KspAgClKspAgI=2×10-108×10-17=25×106,A正確;向01mol/LKI溶液中加入AgNO3 溶液,當(dāng)I-剛好完全沉淀時(shí),c(Ag+ )=8×10-171×10-5 =8×10-12mol/L,B錯(cuò)誤;向AgCl、AgI的飽和溶液中加入氫碘酸溶液,AgCl轉(zhuǎn)化為AgI,氯離子濃度增大,c(Ag+ )減小,C錯(cuò)誤;向2 mL001mol/LAgNO3,溶液中加幾滴001mol/L NaC1溶液,靜置片刻,再向溶液中加幾滴001mol/LKI溶液,過(guò)量的銀離子與碘離子反應(yīng),有黃色沉淀生成,不一定是氯化銀轉(zhuǎn)化為碘化銀,不能說(shuō)明Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),D錯(cuò)誤.
二、陰陽(yáng)離子濃度負(fù)對(duì)數(shù)曲線
由于難溶電解質(zhì)的溶解度很小,溶液中離子濃度很小,縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)通常用離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值表示.
案例2 25℃時(shí),用Na2SO4溶液沉淀Ba2+、Pb2+、Ca2+三種金屬離子(M2+),所需SO2-4最低濃度的對(duì)數(shù)值p(SO2-4)=-lgc(SO2-4)與p(M2+)=-lgc(M2+)關(guān)系如圖.下列說(shuō)法正確的是
A Ksp(CaSO4) B a點(diǎn)可表示CaSO4的飽和溶液,且c(Ca2+)=c(SO2-4) C b點(diǎn)可表示PbSO4的不飽和溶液,且c(Pb2+) D 向Ba2+濃度為10-5mol·L-1的廢水中加入CaSO4粉末,會(huì)有BaSO4沉淀析出 分析 這類曲線的縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)用離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值表示,注意負(fù)對(duì)數(shù)值越大,溶液中離子濃度越小. 解析 SO2-4最低濃度的對(duì)數(shù)值p(SO2-4)=-lgc(SO2-4)與p(M2+)=-lgc(M2+)關(guān)系如圖可知,根據(jù)Ksp= c(M2+)×c(SO2-4),帶入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,四種沉淀的 Ksp大小順序?yàn)镵sp(CaSO4)> Ksp(PbSO4) >Ksp(BaSO4),A錯(cuò)誤;根據(jù)圖像可知,a點(diǎn)在曲線上,可表示CaSO4的飽和溶液,但是c(Ca2+)>c(SO2-4),B錯(cuò)誤;圖線中坐標(biāo)數(shù)值越大,對(duì)應(yīng)離子實(shí)際濃度越小,b點(diǎn)在曲線下方,表示PbSO4的過(guò)飽和溶液,C錯(cuò)誤;由于Ksp(CaSO4)>Ksp(BaSO4),溶解度較大的沉淀可以向溶解度更小的沉淀轉(zhuǎn)化,向Ba2+濃度為10-5mol·L-1的廢水中加入CaSO4粉末,沉淀由CaSO4轉(zhuǎn)化為BaSO4沉淀,D正確. 三、沉淀滴定曲線 與酸堿中和滴定曲線相似,在鹽溶液中加入沉淀劑,可以畫(huà)出溶液中離子濃度或負(fù)對(duì)數(shù)值隨沉淀劑加入體積變化的曲線. 案例3 某溫度下,分別向10 mL濃度均為01mol/L的CuCl2和ZnCl2溶液中滴加01mol/L的Na2S 溶液,滴加過(guò)程中溶液中-lgc(Cu2+)和-lgc(Zn2+)與Na2S 溶液體積(V)的關(guān)系如圖所示.(已知: Ksp(ZnS) > Ksp(CuS),lg3≈05) 下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是 A 溶液pH: a B a 點(diǎn)的ZnCl2 溶液中: c(Cl-)< 2[c(Zn2+)+c(H+)] C a-b-e為滴定CuCl2溶液的曲線 D d點(diǎn)縱坐標(biāo)小于349 分析 有兩條或多條曲線時(shí),根據(jù)離子濃度負(fù)對(duì)數(shù)越大離子濃度越小,難溶電解質(zhì)的溶解度越小,判斷對(duì)應(yīng)的滴定曲線;根據(jù)滴定終點(diǎn),計(jì)算溶度積常數(shù).
解析 硫化鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽,水解顯堿性,隨著硫化鈉的加入,溶液的pH增大,故溶液pH:a
c(H+)-c(OH-)< 2[c(Zn2+)+c(H+)],B正確;Ksp(ZnS) > Ksp(CuS),硫離子濃度相同時(shí),-lgc(Cu2+)>-lgc(Zn2+),故a-b-e為滴定ZnCl2溶液的曲線,C錯(cuò)誤; 10 mL濃度均為01mol/L的CuCl2和ZnCl2溶液中滴加01mol/L的Na2S 溶液10 mL達(dá)到滴定終點(diǎn),則-lgc(Cu2+)=177,Ksp(CuS)=10-354,d點(diǎn)時(shí)c(S2-)= 13×01mol/L,c(Cu2+)= 10-35413×01=3×10-344 ,-lgc(Cu2+)=-lg3×10-344=344-lg3=344-05=339<349,d點(diǎn)縱坐標(biāo)小于349,D正確.
四、離子濃度負(fù)對(duì)數(shù)—pH曲線
電荷數(shù)相同的金屬離子在形成氫氧物沉淀時(shí),pH越大,溶液中金屬離子濃度越小,p(M2+)值越大;可以金屬離子濃度和溶液的pH關(guān)系計(jì)算氫氧化物的溶度積常數(shù).
案例4 R(OH)2和W(OH)2均難溶于水,且R2+和W2+均能水解,常溫下,R(OH)2和W(OH)2飽和溶液中,金屬陽(yáng)離子的p(M2+)[p(M2+)=-lgc(M2+)]隨溶液pH的變化關(guān)系如右圖所示.則下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( )
A a線表示飽和溶液中p(R2+ )隨溶液pH變化關(guān)系
B R(OH)2和W(OH)2沉淀共存的溶液中存在=1046
C 常溫下,R(OH)2在飽和W(OH)2溶液中的溶解度比在純水中的小
D 若RSO4溶液中含有少量W2+,可加入適量RCO3除去W2+
分析 先根據(jù)曲線中的特殊點(diǎn),計(jì)算氫氧化物的溶度積常數(shù),比較氫氧化物溶解度大小.
解析 pH=10時(shí),c(OH-)=10-4mol/L、c(R2+)=10-117 mol/L , Ksp[R(OH)2]=10-117×(10-4)2=10-197;pH=8時(shí),c(OH-)=10-6mol/L、c(W2+)=10-31mol/L ,Ksp[W(OH)2]=10-31×(10-6)2=10-151.相同pH時(shí)c(R2+) 溶解平衡曲線是近幾年??嫉囊活惽€,有取代酸堿中和滴定曲線的趨勢(shì),主要考查溶解平衡的移動(dòng)、通過(guò)溶解平衡曲線比較難溶電解質(zhì)的溶解度大小、溶液中離子濃度大小、沉淀的轉(zhuǎn)化等. 參考文獻(xiàn): [1]王積斌難溶電解質(zhì)溶解平衡考點(diǎn)探究[J].教學(xué)考試,2018(14):11-12. [2]晏雄例談高考試題對(duì)溶度積的考查[J].中學(xué)化學(xué),2018(01):40-41. [3]黨國(guó)沉淀溶解平衡考點(diǎn)聚焦[J].高中數(shù)理化,2017(07):48+61.