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^＋、Ba^2＋、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S_A＞S_B＞S_C＞S_D，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↓        Ba^2＋＋2NO====Ba(NO₃)₂↓

(2)Ba^2＋＋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