2021版化学名师讲练大一轮复习方略人教通用版高考新风向·命题新情境8.4难溶电解质的溶解平衡

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高考新风向·命题新情境

闻名于世的桂林溶洞、北京石花洞、娄底梅山龙宫,它们就是由于水和二氧化碳的缓慢侵蚀而创造出来的杰作。

石灰石的主要成分为CaCO3,当它遇到溶有CO2的水时就会发生反应变成可溶性的碳酸氢钙,溶有碳酸氢钙的水,当从溶洞顶滴到洞底时,由于水分的蒸发或压强减小,以及温度的变化都会使二氧化碳溶解度减小而析出碳酸钙的沉淀。这些沉淀经过千百万年的积聚,渐渐形成了钟乳石、石笋等,洞顶的钟乳石与地面的石笋连接起来了,就会形成奇特的石柱。反应的化学方程式为

CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2,

Ca(HCO3)2 CaCO3↓+CO2↑+H2O。

在自然界中不断发生上述反应于是就形成了溶洞中的各种景观。

问题1.CaCO3难溶于水,属于电解质吗?(素养角度——宏观辨识与微观探析)

提示:是。CaCO3难溶于水,但其属于盐类,属于强电解质。

问题2.试从溶解平衡的角度解释碳酸钙溶于含有CO2的水的原理?(素养角

度——变化观念与平衡思想)

提示:CaCO3溶于水的溶解平衡为CaCO3(s) Ca2+(aq)+C (aq),当遇到含有CO2的水时发生:CO2+H2O+C 2 HC ,促进碳酸钙的溶解平衡向右进行,逐渐溶解,生成Ca(HCO3)2溶液。

问题3.“滴水石穿”是物理变化还是化学变化?你能解释其道理吗?(素养角

度——变化观念与平衡思想)

提示:化学变化。原理同问题2。

问题4.碳酸钙可以溶于强酸(如硝酸),但硫酸钡不能溶于强酸,为什么?(素养角度——变化观念与平衡思想)

提示:CaCO3的溶解平衡为CaCO3(s) Ca2+(aq)+C (aq),加入硝酸后C 与H+反应生成CO2,使c(C )减小,溶解平衡右移,碳酸钙逐渐溶解;BaSO4的溶解平衡为BaSO4(s) Ba2+(aq)+S (aq),加入硝酸后, Ba2+、S 都不与H+和N 反应,两者浓度都不改变,平衡不移动,故BaSO4不溶解。

1.镁在自然界中以化合态存在,主要分布于镁矿石(白云石矿、菱镁矿等)、盐湖、海水等资源中。

某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案:

注:溶液中某种离子的浓度小于1.0×10-5 mol·L-1,可认为该离子不存在;实验过程中,假设溶液体积不变。已知:

Ksp(CaCO3)=4.96×10-9,

Ksp(MgCO3)=6.82×10-6 ,

Ksp[Ca(OH)2]=4.68×10-6,

Ksp[Mg(OH)2]=5.61×10-12。

下列说法中正确的是 (　　)

A.沉淀物X为CaCO3

B.滤液M中存在Mg2+,不存在Ca2+

C.滤液N中存在Mg2+、Ca2+

D.步骤②中若改为加入4.2 g NaOH固体,沉淀物Y为Ca(OH)2和Mg(OH)2的混合物

【解析】选A。加入NaOH溶液, HC与OH-反应生成C,此时c(Ca2+)·

c(C)=0.011×0.001=1.1×10-5>Ksp(CaCO3),c(Mg2+)·c(C)=0.050×0.001=5×10-5>Ksp(MgCO3),由于Ksp(CaCO3)<Ksp(MgCO3),因此先生成CaCO3沉淀,生成沉淀后溶液中c(C)==4.5×10-7<1×10-5,因此C完全沉淀,则无MgCO3沉淀生成,A对;滤液M中c(Ca2+)=0.010 mol·L-1,c(Mg2+)=0.050 mol·L-1,

B错;pH=11时,c(OH-)=10-3 mol·L-1,c(Ca2+)·c2(OH-)=10-2×10-6=10-8<4.68×10-6,

Ca2+不沉淀,c(Mg2+)·c2(OH-)=5×10-2×10-6=5×10-8>5.61×10-12,Mg2+沉淀,故滤液N中存在Ca2+,不存在Mg2+,C错;若改为加入4.2 g NaOH固体,则c(OH-)=

0.105 mol·L-1,则c(Mg2+)·c2(OH-)=0.050×(0.105)2=5.51×10-4>Ksp[Mg(OH)2],

c(Ca2+)·c2(OH-)=0.010×(0.105)2=1.10×10-4>Ksp[Ca(OH)2],由于Ksp[Mg(OH)2]<

Ksp[Ca(OH)2],则先生成Mg(OH)2沉淀,并且沉淀完全,生成沉淀后溶液中c(OH-)

=(0.105-0.05×2) mol·L-1=0.005 mol·L-1,此时c(Ca2+)·c2(OH-)=0.010

×(0.005)2=2.5×10-7<Ksp[Ca(OH)2],故无Ca(OH)2沉淀生成,D错。

2.溶洞的形成与碳酸钙的溶解平衡有关。如图是碳酸钙(CaCO3)在25 ℃和100 ℃两种情况下,在水中的沉淀溶解平衡曲线。下列有关说法正确的是              (　　)

A.CaCO3(s)Ca2+(aq)+C(aq)　ΔH<0

B.a、b、c、d四点对应的溶度积Ksp相等

C.25 ℃时,CaCO3的Ksp=2.8×10-9

D.温度不变,挥发水分,可使溶液由a点变到c点

【解析】选C。由题干图象可知,100 ℃时碳酸钙的溶度积大于25 ℃时的溶度积,故其溶解过程吸热,即ΔH>0,A项错误;Ksp仅与温度有关,但a、d点温度不确定,B项错误;25 ℃时,用c点数据计算,Ksp=c(Ca2+)·c(C)=2.0×10-5×1.4×

10-4=2.8×10-9,C项正确;挥发水分,c(Ca2+)、c(C)均增大,而a点到c点,c(Ca2+)不变,D项错误。

3.氢氧化钙是一种微溶于水的碱。如图是Ca(OH)2在温度分别为T1、T2时的两种沉淀溶解平衡曲线(浓度单位为mol·L-1,与曲线Ⅰ对应的Ksp=4×10-6,≈1.6)。下列说法中正确的是              (　　)

A.温度:T1<T2

B.在温度为T1时,P点分散系中分散质粒子直径<1 nm

C.Q点的溶液中c(OH-)约为0.012 5 mol·L-1

D.加水稀释时溶液碱性减弱,Z点溶液可转化为Q点溶液

【解析】选C。因Ca(OH)2溶解度随着温度的升高而减小,故曲线Ⅰ对应的温度较高,A错误;P点分散系相对T1是过饱和的,属于不稳定的浊液,B错误;由Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)及Ksp可求出c(OH-)=0.012 5 mol·L-1,C正确;加水稀释时,Ca2+、OH-浓度均减小,D错误。

4.杂卤石是主要的固体钾矿物。

杂卤石中含有K2SO4·MgSO4·2CaSO4,其在水中存在如下平衡: K2SO4·MgSO4·2CaSO4(s)2Ca2+(aq)+2K+(aq)+Mg2+(aq)+4S (aq),不同温度下,K+的浸出浓度与溶浸时间的关系如图所示。则下列说法错误的是              (　　)

A.向该体系中分别加入饱和NaOH溶液和饱和碳酸钠溶液,沉淀溶解平衡均向右移动

B.分析可知T1>T2>T3

C.升高温度,溶浸速率增大,平衡向右移动

D.该物质的Ksp=c2(Ca2+)·c2(K+)·c(Mg2+)·c4(S)/c(K2SO4·MgSO4·2CaSO4)

【解析】选D。加入饱和NaOH溶液和饱和碳酸钠溶液,Ca2+和Mg2+浓度减小,则溶解平衡向右移动,故A正确;温度越高,溶浸速率越快,达到平衡所需要时间越短,据题干图示可知温度由高到低的顺序为T1>T2>T3,故B正确;由题图可知,溶解平衡吸热,则升高温度,溶浸速率增大,平衡向正反应方向移动,故C正确;K2SO4·

MgSO4·2CaSO4是纯固体,则由反应可知,该平衡的Ksp=c2(Ca2+)·c2(K+)·

c(Mg2+)·c4(S),故D错误。

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