基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”背景下的沉淀溶解平衡圖像分析與突破

李文星

(江蘇省徐州市第七中學(xué))

新課程標(biāo)準(zhǔn)對沉淀溶解平衡的要求為認(rèn)識難溶電解質(zhì)在水溶液中存在沉淀溶解平衡,了解沉淀的生成、溶解與轉(zhuǎn)化.整理近幾年的高考題,涉及沉淀溶解平衡圖像的高考題多以選擇題的形式來呈現(xiàn),有時(shí)也會以填空題的形式呈現(xiàn).

1 反比例函數(shù)沉淀溶解平衡圖像分析與突破

例1某溫度下,FeS 的水溶液中存在平衡FeS(s)?Fe2＋(aq)＋S2－(aq),其沉淀溶解平衡曲線如圖1所示.下列說法正確的是( ).

圖1

A.可以通過升溫實(shí)現(xiàn)由c點(diǎn)變到a點(diǎn)

B.d點(diǎn)可能有沉淀生成

C.a點(diǎn)對應(yīng)的Ksp大于b點(diǎn)對應(yīng)的Ksp

D.該溫度下,Ksp(FeS)＝2.0×10－18

從圖像可以看出,從c點(diǎn)到a點(diǎn),c(S2－)不變,c(Fe2＋)變小,而溫度變化時(shí),c(S2－)與c(Fe2＋)同時(shí)變化,選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.沉淀溶解平衡曲線上方表示過飽和溶液,可析出沉淀,曲線下方表示不飽和溶液,所以d點(diǎn)沒有沉淀生成,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.a、b點(diǎn)處于等溫線上,溫度不變,Ksp不變,選項(xiàng)C 錯(cuò)誤.由圖知,該溫度下,Ksp(FeS)＝2.0×10－18,選項(xiàng)D 正確.答案為D.

2 對數(shù)直線沉淀溶解平衡圖像分析與突破

例2常溫下,Ksp(NiS)＝1.0×10－21,Ksp(FeS)＝6.0×10－18.RS的沉淀溶解平衡曲線如圖2所示(R 表示Ni或Fe).下列說法正確的是( ).

圖2

A.圖中Ⅱ表示FeS溶解平衡曲線

B.常溫下,NiS＋Fe2＋?FeS＋Ni2＋的平衡常數(shù)K＝6000

C.常溫下,與Q點(diǎn)相對應(yīng)的NiS的分散系固—液共存

D.常溫下,向P點(diǎn)對應(yīng)的溶液中加適量Na2S固體,可轉(zhuǎn)化成M點(diǎn)對應(yīng)的溶液

該題是對數(shù)直線沉淀溶解平衡圖像,要判斷曲線Ⅰ和曲線Ⅱ?qū)?yīng)的是FeS還是NiS.需要根據(jù)Ksp的大小判斷,但要注意圖像的縱坐標(biāo)是－lgc(R2＋),－lgc(R2＋)的值越大,金屬離子的濃度越小,－lgc(S2－)的值越大,硫離子的濃度越小,所以曲線Ⅱ的Ksp應(yīng)該是小的,對應(yīng)的應(yīng)該是NiS溶解平衡曲線,選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.常溫下,NiS＋Fe2＋?FeS＋Ni2＋的平衡常數(shù),選項(xiàng)B 錯(cuò)誤.Q點(diǎn)處,平衡常數(shù)小于Ksp(NiS),分散系中無固體,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.P點(diǎn)對應(yīng)的溶液中加適量Na2S 固體,S2－濃度增大,R2＋濃度減小,可使溶液由P點(diǎn)轉(zhuǎn)化成M點(diǎn)對應(yīng)的溶液,選項(xiàng)D 正確.答案為D.

推理與建模此類試題是把沉淀溶解平衡圖像的反比例函數(shù)形式變成直線形式,直線上的點(diǎn)是沉淀溶解平衡的點(diǎn),解題時(shí)要看清坐標(biāo),注意數(shù)值表示形式的不同,應(yīng)用圖像中關(guān)鍵的點(diǎn)進(jìn)行Ksp的計(jì)算.

3 滴定曲線沉淀溶解平衡圖像分析與突破

例3室溫時(shí),用0.100mol?L－1的標(biāo)準(zhǔn)AgNO3溶液滴定15.00mL 濃度相等的Cl－、Br－和I－混合溶液,通過電位滴定法獲得lgc(Ag＋)與V(AgNO3)的關(guān)系曲線如圖3 所示(忽略沉淀對離子的吸附作用).若溶液中離子濃度小于1.0×10－5mol?L－1時(shí),認(rèn)為該離子沉淀完全.已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10,Ksp(AgBr)＝5.4×10－13,Ksp(AgI)＝8.5×10－17.

圖3

下列說法不正確的是( ).

A.a點(diǎn):有AgI沉淀生成

B.原溶液中Cl－的濃度為0.010mol?L－1

C.當(dāng)Br－沉淀完全時(shí),已經(jīng)有部分Cl－沉淀

D.b點(diǎn):

由題意可知,AgI更難溶,a點(diǎn)先生成AgI沉淀,選項(xiàng)A 說法正確.當(dāng)?shù)稳?.50mLAgNO3溶液時(shí),3種離子完全沉淀,根據(jù)3種離子濃度相等,則每種離子完全沉淀消耗1.5mL0.100mol?L－1的標(biāo)準(zhǔn)AgNO3溶液,則氯離子濃度為

選項(xiàng)B 說法正確.當(dāng)Br－完全沉淀時(shí),Br－的濃度為1.0×10－5mol?L－1,此時(shí)溶液中的Ag＋濃度為

若Cl－開始沉淀,則此時(shí)Cl－的濃度為

小于溶液中Cl－的濃度,說明已經(jīng)開始沉淀,選項(xiàng)C說法正確.b點(diǎn)時(shí),AgNO3過量,Ag＋濃度最大,此時(shí)Cl－、Br－和I－完全沉淀,又因?yàn)?/p>

所以各離子濃度大小關(guān)系為

選項(xiàng)D 說法錯(cuò)誤.答案為D.

4 其他類型沉淀溶解平衡圖像分析與突破

例4常溫下,向10.0 mL 濃度均為0.1 mol?L－1的AlCl3和FeCl3混合溶液中加入NaOH 固體,溶液中金屬元素有不同的存在形式,它們的物質(zhì)的量濃度與NaOH 物質(zhì)的量關(guān)系如圖4 所示,測得a、b點(diǎn)溶液的pH 分別為3.0、4.3.

圖4

已知:①Ksp[Al(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3];

②Al3＋(aq)＋4OH－(aq)?[Al(OH)4]－(aq).

下列敘述正確的是( ).

A.曲線Ⅰ代表Al3＋

B.常溫下,Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－38

C.b點(diǎn)溶液中金屬元素主要存在形式為Fe(OH)3和AlO－2

D.Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－的平衡常數(shù)為1.1×10－1.1

根據(jù)a點(diǎn)、b點(diǎn)對應(yīng)的pH,計(jì)算溶度積為

根據(jù)信息①可知,前者為Fe(OH)3的溶度積,后者為Al(OH)3的溶度積;溶解度小,優(yōu)先沉淀,故曲線Ⅰ代表Fe3＋,曲線Ⅱ代表Al3＋,選項(xiàng)A、B 錯(cuò)誤.b點(diǎn)恰好2種金屬離子完全沉淀,金屬元素主要存在形式為Fe(OH)3和Al(OH)3,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.平衡常數(shù)

選項(xiàng)D 正確.答案為D.

沉淀溶解平衡是電解質(zhì)溶液中離子平衡的重要內(nèi)容,也是高考經(jīng)常考查的內(nèi)容.在備考時(shí)涉及沉淀溶解平衡的圖像分析應(yīng)該與鹽類的水解與弱電解質(zhì)的電離平衡一樣受到重視.

(完)