溶解度曲線在高考中的拓展與應(yīng)用

安徽 尉言勛 徐 楠

溶解度是初中知識(shí)，在高中化學(xué)中沒(méi)有進(jìn)行專題學(xué)習(xí)，但近幾年的高考試題中多次考查。溶解度和溶度積都可以表示物質(zhì)的溶解能力，但它們是兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的不同概念。二者本質(zhì)相同，只是采用的衡量標(biāo)準(zhǔn)不同，可以相互轉(zhuǎn)化。所謂溶解度，是指在一定溫度下，某固體物質(zhì)在100 g溶劑里(通常為水)達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的質(zhì)量，在未注明的情況下，通常溶解度指的是物質(zhì)在水溶液中的溶解度。難溶物質(zhì)的溶解度還可以用物質(zhì)的量濃度表示。

一、基本理論介紹

1.溶解度大小的影響因素

2.溶解度曲線

溶解度與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以用溶解度曲線來(lái)表示。溶解度曲線上的任意一點(diǎn)表示平衡狀態(tài)時(shí)溶液的組成，通過(guò)讀取曲線上的數(shù)值可以獲得物質(zhì)在某溫度下的溶解度，并比較不同物質(zhì)在同一溫度下的溶解度大小。例如KNO3的溶解度隨溫度的升高而迅速增大，而Na2SO4、Ce2(SO4)3的溶解度卻隨溫度的升高而減小。對(duì)于液體而言，隨溫度的升高，溶質(zhì)的溶解度增大，這是因?yàn)闇囟壬?，溶液分子間間距增大，更加容易相互進(jìn)入分子的間隙中。對(duì)于氣體而言，溫度升高，氣體從溶液中逸出，溶解度減小。

(1)定義：用縱坐標(biāo)表示溶解度，橫坐標(biāo)表示溫度，根據(jù)同種物質(zhì)在不同溫度下的溶解度繪制出來(lái)的曲線。

(2)意義：

(3)典型曲線

3.溶解度曲線上的點(diǎn)、線、面

(1)點(diǎn)的意義

(2)線的意義及應(yīng)用

(3)面的意義及應(yīng)用

4.溶解度與溶度積

溶度積是一個(gè)平衡常數(shù)，只與溫度有關(guān)。在溶度積的計(jì)算中，離子濃度必須是物質(zhì)的量濃度，其單位為mol·L-1；而溶解度的單位有g(shù)/100 g水、g·L-1、mol·L-1。計(jì)算時(shí)一般要先將難溶電解質(zhì)的溶解度S的單位換算為mol·L-1。難溶物質(zhì)飽和溶液濃度極低時(shí)，溶液密度可以認(rèn)為是水的密度，溶液體積與溶液質(zhì)量在數(shù)值上相等。可由溶解度先求出溶液的物質(zhì)的量濃度，再計(jì)算溶液的Ksp。

(1)AB型(比如：AgCl、AgBr、AgI等)

溶解度：SS

(2)AB2型(比如：Mg(OH)2、Cu(OH)2等，可類推A2B型)

溶解度：S2S

(3)AB3型(比如：Al(OH)3、Fe(OH)3等，可類推A3B型)

溶解度：S3S

說(shuō)明：對(duì)于同種類型化合物而言，Ksp越大，則S越大。但對(duì)于不同種類型化合物之間，不能根據(jù)Ksp來(lái)比較S的大小。

二、典例解析

1.溶解度的概念

【例1】分別取等質(zhì)量80℃的甲、乙兩種化合物的飽和溶液，降溫至20℃后，所析出的甲的質(zhì)量比乙的大(甲和乙均無(wú)結(jié)晶水)。下列關(guān)于甲、乙溶解度的敘述中一定正確的是

( )

A.20℃時(shí)，乙的溶解度比甲的大

B.80℃時(shí)，甲的溶解度比乙的大

C.溫度對(duì)乙的溶解度影響較大

D.溫度對(duì)甲的溶解度影響較大

【答案】D

【解析】降溫至20℃后，所析出的甲的質(zhì)量比乙的大，只能說(shuō)明甲物質(zhì)的溶解度受溫度影響大，乙物質(zhì)的溶解度受溫度影響小，不能通過(guò)析出晶體的多少來(lái)比較某一具體溫度時(shí)兩種物質(zhì)溶解度大小。

【點(diǎn)評(píng)】解答本題關(guān)鍵是要知道降溫為什么會(huì)析出晶體，是因?yàn)闇囟茸兓鹑苜|(zhì)的溶解度減小，減小的越多，溶質(zhì)析出的就越多。

2.溶解度曲線的考查

【例2】已知四種鹽的溶解度(S)曲線如圖所示，下列說(shuō)法不正確的是

( )

A.將NaCl溶液蒸干可得NaCl固體

B.將MgCl2溶液蒸干可得MgCl2固體

C.Mg(ClO3)2中混有少量NaCl雜質(zhì)，可用重結(jié)晶法提純

D.可用MgCl2和NaClO3制備Mg(ClO3)2

【答案】B

【點(diǎn)評(píng)】掌握溶解度曲線的意義及應(yīng)用，結(jié)合題意靈活分析解答問(wèn)題；重點(diǎn)考查學(xué)生提取圖中有效信息的能力，根據(jù)圖像中各物質(zhì)的溶解度變化情況，再結(jié)合相關(guān)選項(xiàng)進(jìn)行分析。

3.與溶度積結(jié)合的考查

【例3】(2014·全國(guó)卷Ⅰ·11)溴酸銀(AgBrO3)溶解度隨溫度變化曲線如圖所示，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

( )

A.溴酸銀的溶解是放熱過(guò)程

B.溫度升高時(shí)溴酸銀溶解速度加快

C.60℃時(shí)溴酸銀的Ksp約等于6×10-4

D.若硝酸鉀中含有少量溴酸銀，可用重結(jié)晶法提純

【答案】A

【點(diǎn)評(píng)】溶解度指“100克溶劑中溶解溶質(zhì)的最大質(zhì)量數(shù)”或者“1 L溶液中溶解物質(zhì)的最大物質(zhì)的量數(shù)”。解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：①由圖像分析橫、縱坐標(biāo)及曲線的意義；②注意Ksp計(jì)算公式中應(yīng)代入物質(zhì)的量濃度。

【例4】(2019·全國(guó)卷Ⅱ·12)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所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

( )

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Ksp(m)=Ksp(n)

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)

【答案】B

【解析】a、b分別表示溫度為T1、T2時(shí)溶液中Cd2+和S2-的物質(zhì)的量濃度，可間接表示對(duì)應(yīng)溫度下CdS在水中的溶解度，A項(xiàng)正確；Ksp只受溫度影響，即m、n、p三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Ksp相同，又T1

【點(diǎn)評(píng)】本題以“硫化鎘(CdS)是一種難溶于水的黃色顏料”作為背景，考查沉淀溶解的平衡曲線分析。這是全國(guó)卷Ⅱ繼2013年13題、2015年26題后，再次考查沉淀溶解平衡，與之前的差異是淡化了計(jì)算，沒(méi)有涉及沉淀時(shí)pH的計(jì)算，重點(diǎn)考查圖像分析，以及對(duì)概念的理解和平衡移動(dòng)的思想，側(cè)重考查考生從圖像中讀取信息的能力、識(shí)記、理解和判斷能力。

4.工藝流程題中與分離、提純結(jié)合的考查

【例5】(2017·全國(guó)卷Ⅲ·27節(jié)選)重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示：

回答下列問(wèn)題：

(1)步驟①的主要反應(yīng)為

上述反應(yīng)配平后FeO·Cr2O3與NaNO3的系數(shù)比為________。該步驟不能使用陶瓷容器，原因是________________________________________________。

(2)濾渣1中含量最多的金屬元素是________，濾渣2的主要成分是________及含硅雜質(zhì)。

(3)步驟④調(diào)濾液2的pH使之變________(填“大”或“小”)，原因是______________________________(用離子方程式表示)。

(4)有關(guān)物質(zhì)的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到________(填標(biāo)號(hào))得到的K2Cr2O7固體產(chǎn)品最多。

a.80℃ b.60℃ c.40℃ d.10℃

步驟⑤的反應(yīng)類型是________。

【答案】(1)2∶7 陶瓷在高溫下會(huì)與Na2CO3反應(yīng)

(2)Fe Al(OH)3

(4)d 復(fù)分解反應(yīng)

【點(diǎn)評(píng)】本題以制備K2Cr2O7作為載體，考查物質(zhì)的分離、提純等相關(guān)知識(shí)。分析流程中發(fā)生的反應(yīng)類型、混合物分離提純方法為解答問(wèn)題的關(guān)鍵，側(cè)重考查提取信息和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，注意元素化合物知識(shí)的應(yīng)用與溶解度曲線的分析。