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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 沉淀轉化 結合圖像 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 還會結合難溶電解質溶解平衡曲線圖考查溫度對物質溶解速率的影響以及 Ksp 重 結晶等知識 同時還倒結合溶解度曲線進行考查 可以以選擇題形式考查 也可以結合非選擇 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 難溶電解質的溶解平衡試題的考查特點 近幾年的高考對難溶電解質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 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 如濃度不會改變溶度積 溶度積只與溫度有關 多數(shù)情況下 溫度越高 溶度積越 大 最后要能夠將圖像與溶度積原理聯(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) 坐標系內有 兩條曲線 坐標系內有 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 生 故 B 錯誤 C Q 點加水 溶液中 c Ni2 c S 2 減小 Q 不能轉化到 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 當難溶電解質類型相同時 溶度積大的溶 解度大 當難溶電解質類型不同時 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 只與難溶電解質的性質和溫度有關 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 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 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 調節(jié) pH 法 如工業(yè) 原料氯化銨中含雜質氯化鐵 使其溶解于水 再加入氨水調節(jié) pH 至 7 8 可 使 Fe3 轉變?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 沉淀轉化的實質 沉淀轉化的實質就是沉淀溶解平衡的移動 一般說來 溶解度大的沉淀轉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 沉淀轉化越容易 4 沉淀轉化的應用 沉淀的轉化在科研和生產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 使之轉變?yōu)殂~藍 CuS 其反應如下 CuSO 4 ZnS CuS ZnSO 4 CuSO 4 PbS CuS PbSO 4