高三化學(xué)攻關(guān)三十六法之――多離子鹽溶液的結(jié)晶
多離子鹽溶液中晶體的析出屬初中所學(xué)內(nèi)容,但初中所學(xué)不能滿足于高考的要求,因此高中階段有必要加深。
●難點(diǎn)磁場(chǎng)
請(qǐng)?jiān)囎鲆韵骂}目,然后自我界定學(xué)習(xí)本篇是否需要。
已知四種物質(zhì)在水中、液氨中的溶解度(g溶質(zhì)/100 g溶劑)如下表:
溶質(zhì)
溶劑
AgNO3
Ba(NO3)2
AgCl
BaCl2
水
170
9.3
1.5×10-4
33.3
液氨
86
97.2
0.8
0
(1)分別是1.0 mol? L-1的Ag+、Ba2+、NO-3和Cl-在水中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是 。
(2)分別是0.50 mol?L-1的以上四種離子在液氨中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是
。
(3)得出以上結(jié)論的依據(jù)是 。
(4)將以上四種離子按適當(dāng)濃度混合于液氨之中,能否有AgCl沉淀析出?
答:________(“能”或“否”)。
●案例探究
[例題]下面是四種鹽在不同溫度下的溶解度(g/100 g H2O):
NaNO3 KNO3 NaCl KCl
10℃ 80.5 20.9 35.7 31.0
100℃ 175 246 39.1 56.6
(計(jì)算時(shí)假定:①鹽類共存時(shí)不影響各自的溶解度;②過濾晶體時(shí),溶劑損耗忽略不計(jì))
(1)取23.4 g NaCl和40.4 g KNO3,加70.0 g H2O,加熱溶解。在100℃時(shí)蒸發(fā)掉 50.0 g H2O,維持該溫度,過濾析出晶體,計(jì)算所得晶體的質(zhì)量(m高溫)。
將濾液冷卻至10 ℃,待充分結(jié)晶后過濾。計(jì)算所得晶體的質(zhì)量(m低溫)。
(2)另取34.0gNaNO3和29.8 g KCl,同樣進(jìn)行如上實(shí)驗(yàn)。10℃時(shí)析出的晶體是_______________(寫化學(xué)式)。100℃和10℃得到的晶體質(zhì)量(m′高溫和m′低溫)分別是多少?
命題意圖:本題考查多離子溶液中晶體的析出(實(shí)為沉淀生成)和溶解度的計(jì)算技能。
知識(shí)依托:物質(zhì)的結(jié)晶。
錯(cuò)解分析:不了解物質(zhì)的結(jié)晶與復(fù)分解反應(yīng)的關(guān)系,(1)問無解;沒看出(2)問數(shù)據(jù)的巧妙而費(fèi)解。
解題思路:(1)100℃時(shí)S (NaCl)最小,所以析出NaCl晶體,則不析出KCl、NaNO3;KNO3溶液未達(dá)飽和,亦不會(huì)析出。
m高溫=23.4 g-39.1 g×(70.0 g-50.0 g)÷100 g
=23.4 g-7.82 g
=15.6 g
將溶液冷卻到10℃,析出晶體為KNO3和NaCl,析出KNO3晶體質(zhì)量為:
40.4 g-20.9 g×(70.0g-50.0 g)÷100 g
=40.4 g-4.18 g
=36.2 g
析出NaCl晶體的質(zhì)量為:
(39.1 g-35.7 g)×(70.0 g-50.0 g)÷100 g=0.68 g
則:m低溫=0.68 g+36.2 g=36.9 g
(2)兩種原始溶液中,各種鹽的物質(zhì)的量都相等。
n(NaCl)==n(KNO3)==n(NaNO3)
==n(KCl)==0.400 mol。
因而溶解后得到的兩種溶液中四種離子濃度完全相同,根據(jù)溶解度數(shù)據(jù)可知,100℃時(shí)蒸發(fā)后得到的是NaCl晶體,冷卻后得到的是KNO3晶體,但也含有少量的NaCl。所以第(2)小題不必再計(jì)算,便知:
m′高溫=m高溫=15.6 g m′低溫=m低溫=36.9 g
答案:(1)15.6 g 36.9 g (2)15.6 g 36.9 g
●錦囊妙計(jì)
多離子溶液中的任何一種陽(yáng)離子與任何一種陰離子相結(jié)合都可構(gòu)成為溶液的一種溶質(zhì),若忽略同離子效應(yīng)和鹽效應(yīng)(即假定鹽類共存時(shí)不影響各自的溶解度),當(dāng)溶液中各離子濃度相等時(shí),不論蒸發(fā)還是降溫,溶解度最小的溶質(zhì)首先析出,且析出鹽的陽(yáng)離子(或陰離子)與溶液中的其他陰離子(或其他陽(yáng)離子)不會(huì)結(jié)晶析出,但與析出鹽晶體中陰、陽(yáng)離子無關(guān)的其他陰、陽(yáng)離子所形成的溶質(zhì)有析出的可能。
若溶液中各離子濃度不等,則有析出多種晶體的可能。若SA>SB>SC>SD,則晶體析出的先后順序?yàn)椋篋、C、B,一般不會(huì)析出A。
●殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練
1.(★★★)取100 g H2O,配成10℃飽和KCl溶液,又取50 g 水,加入35.4 g NaNO3,配成10℃ NaNO3溶液。將以上兩溶液混合后,10℃時(shí)有 種晶體析出,質(zhì)量是______g,該晶體的化學(xué)式為 ,析出該晶體的原因是 (溶解度見例題)。
2.(★★★)將例題中的“40.4 g KNO3”改為“29.8 g KCl”,其他不變,試求m高溫和m低溫。
3.(★★★★)將例題中的“23.4 g NaCl和40.4 g KNO3”改為“0.120 mol KCl和0.110 mol NaNO3”,其他不變,求m高溫和m低溫。
4.(★★★★★)某化學(xué)興趣小組欲從NaNO3和KCl的混合溶液中分離出KNO3,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案:
假設(shè):①混合溶液中,n(KCl)=n(NaNO3);②鹽類共存時(shí)不影響各自的溶解度。溶液中各種溶質(zhì)在100℃和10℃的溶解度參照例題。試回答下列問題:
(1)①的主要操作是 ;
②的主要操作是 。
(2)晶體A的主要成分是____________,若含有雜質(zhì)可能是____________。晶體C的主要成分是____________,若含有雜質(zhì)可能____________;通過實(shí)驗(yàn)確定晶體C中是否含有該雜質(zhì)的方法是 。
(3)若晶體C中確實(shí)含有雜質(zhì),進(jìn)一步提純的方法是____________。
難點(diǎn)磁場(chǎng)
解析:(4)若析出BaCl2沉淀之后,Ag+與剩余Cl-的濃度超過了飽和AgCl液氨溶液中Ag+和Cl-的濃度就會(huì)有AgCl沉淀析出。
答案:(1)Ag++Cl-====AgCl↓ Ba2++2NO====Ba(NO3)2↓
(2)Ba2++2Cl-====BaCl2
(3)溶液中復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件之一是有沉淀生成,而溶解度小者首先形成沉淀析出
(4)能
殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練
1.解析:10℃時(shí),KNO3溶解度最小,所以首先計(jì)算是否有KNO3晶體析出。
100 g+50 g=150 g水中能溶解KNO3質(zhì)量為:
=31.4 g
而n(NaNO3)==n(KCl)==0.416 mol
則析出KNO3質(zhì)量為:
101 g?mol-1×0.416 mol-31.4 g=42.0 g-31.4 g=10.6 g
析出KNO3晶體,則不析出KCl晶體和NaNO3晶體。
其次,計(jì)算是否有NaCl晶體析出。
150 g水能溶解NaCl質(zhì)量為:
=53.6 g
此時(shí)溶液中共有NaCl質(zhì)量為:
58.5 g?mol-1×0.416 mol=24.3 g
可見,不會(huì)有NaCl晶體析出。
答案:一 10.6 KNO3 因?yàn)槿芤褐写嬖贙+、Na+、NO、Cl-四種離子,可以自由組合成KCl、KNO3、NaCl、NaNO3四種物質(zhì),在10℃時(shí),S(KNO3)<S(KCl),所以可能有KNO3晶體析出,S(NaCl)<S(NaNO3),所以可能有NaCl晶體析出,經(jīng)計(jì)算知,只析出KNO3晶體。
2.解析:100℃時(shí)。70.0 g-50.0 g=20.0 g水溶解NaCl和KCl的質(zhì)量分別是:
m(NaCl)=39.1 g×20.0 g/100 g=7.82 g
m(KCl)=56.6 g×20.0 g/100 g=11.3 g
10℃時(shí),20.0 g水溶解NaCl和KCl的質(zhì)量分別是:
m′(NaCl)=35.7 g×20.0 g/100 g=7.14 g
m′(KCl)=31.0 g×20.0 g/100 g=6.20 g
則:m高溫=23.4 g-7.82 g+29.8 g-11.3 g=34.1 g
m低溫=7.82 g-7.14 g+11.3 g-6.20 g=5.8 g
答案:34.1 g 5.8 g
3.解析:100℃時(shí),NaCl不析出,因?yàn)椋?/p>
58.5 g?mol-1×0.110 mol-=6.44 g-7.82 g<0
那么,NaNO3亦不析出,因NaNO3與NaCl物質(zhì)的量相等,且溶解度大;同理KNO3亦不析出,因KNO3與NaNO3物質(zhì)的量相等,且溶解度大。
KCl亦不析出,因?yàn)椋?/p>
74.5 g?mol-1×0.120 mol-=8.94 g-11.3 g<0
則:m高溫=0
降溫至10℃,析出KNO3:
101 g?mol-1×0.110 mol-=11.1 g-4.18 g=6.9 g
那么,NaNO3不會(huì)析出。KCl亦不析出,因?yàn)椋?/p>
74.5 g?mol-1×(0.120 mol-0.110 mol)-=0.745 g-6.20 g<0
NaCl亦不析出,因?yàn)椋?/p>
58.5 g?mol-1×0.110 mol-=6.44 g-7.14 g<0
則:m低溫=6.9 g
答案:0 6.9 g
4.解析:從含有4種離子:K+、Na+、Cl-和NO的溶液中提取KNO3,應(yīng)該采取冷卻熱飽和溶液的方法。而原溶液可能是不飽和的(對(duì)KNO3而言)、低溫的。欲冷卻,應(yīng)制成高溫的;欲使KNO3飽和,要蒸發(fā)水分――此為操作①。高溫(100℃)下蒸發(fā)水,溶解度小者就會(huì)首先析出(NaCl)――此為A主要成分。過濾出NaCl晶體,然后冷卻的飽和溶液――此即操作②,可析出晶體――主要是KNO3,也含有少量NaCl――C的主要成分。進(jìn)行再結(jié)晶可提純KNO3。
答案:(1)①蒸發(fā)水分,并將溶液控制在較高溫度(如100℃)下,過濾析出晶體
②冷卻至較低溫度(如10℃),過濾析出晶體
(2)NaCl KNO3 KNO3 NaCl 用焰色反應(yīng)檢驗(yàn)是否含有Na+,用AgNO3(aq)和稀HNO3檢驗(yàn)是否含有Cl-
(3)重結(jié)晶
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