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例题精讲 · 第 00150 题 · 自编示意体系两题·把「能不能转」算成一个数

pH 调控与沉淀分离练过之后,下一层是沉淀转化:一种难溶盐能否转成另一种,不是看 Ksp 谁大谁小一句话,而要写出转化反应并算出平衡常数 K = Ksp(前者)/Ksp(后者)。本文用一组自编示意 Ksp 数据配两题,完整推导转化常数、计算维持转化所需的最低离子浓度,并辨析「K 大 ≠ 速率快」「转化不完全怎么办」。每题给答案、采分点与高频错因。所设物质与常数均为自编示意,不代表真实物质参数。

00150题号全 1000 篇 · 第 第25轮 / 第25册 轮
方向化学·电化学与工艺流程六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 化学电化学与工艺流程

一、考点定位与做题顺序

沉淀转化的题目里,物质名常故意写成 MX、MY 这类符号,考的就是不被陌生化学式带偏:只要抓住「两式相减得转化式、两 Ksp 相除得转化常数」,符号怎么换都一样。

设两种难溶盐 MX(s) ⇌ M⁺ + X⁻,Ksp(MX);MY(s) ⇌ M⁺ + Y⁻,Ksp(MY)。向 MX 悬浊液中加 Y⁻,转化反应为 MX(s) + Y⁻(aq) ⇌ MY(s) + X⁻(aq),其平衡常数

K = c(X⁻)/c(Y⁻) = Ksp(MX)/Ksp(MY)。

推导只需一步:Ksp(MX) = c(M⁺)c(X⁻),Ksp(MY) = c(M⁺)c(Y⁻),两式相除即得。K 越大,转化越完全;但 K 只是热力学限度,与反应速率无关,这是最常设的陷阱。

二、逐题精讲

题1

题1 转化常数与可行性

自编示意体系:白色难溶盐 MX 的 Ksp(MX) = 1.0×10⁻¹⁰,黄色难溶盐 MY 的 Ksp(MY) = 1.0×10⁻¹⁶(均为自编示意数值,不代表真实物质常数)。向 MX 的悬浊液中加入含 Y⁻ 的溶液,观察到白色沉淀逐渐变黄。
(1) 写出转化反应的离子方程式并标注状态;(2) 计算该转化反应的平衡常数 K;(3) 判断转化是否可进行得较完全,并说明理由。

解析

(1) MX(s) + Y⁻(aq) ⇌ MY(s) + X⁻(aq)。固体不出现在平衡常数表达式中,状态必须标注(漏 (s)/(aq) 会扣方程式分)。

(2) K = c(X⁻)/c(Y⁻) = [c(M⁺)c(X⁻)] / [c(M⁺)c(Y⁻)] = Ksp(MX)/Ksp(MY) = (1.0×10⁻¹⁰)/(1.0×10⁻¹⁶) = 1.0×10⁶。

(3) K = 1.0×10⁶ ≫ 10⁵,平衡强烈偏向右方,转化可进行得较完全。理由要用商值说:平衡时 c(X⁻)/c(Y⁻) = 10⁶,意味着只要溶液中尚存可观浓度的 Y⁻,X⁻ 就能被持续「挤」出来、MX 不断溶解而 MY 不断析出。但「较完全」不等于「100%」:若 Y⁻ 投料不足,或生成的 X⁻ 累积使 Q = c(X⁻)/c(Y⁻) 接近 K,转化就会停在中间;实际操作中常用过量 Y⁻并倾去上层清液后重复处理把转化推到底。

答案 (1) MX(s) + Y⁻(aq) ⇌ MY(s) + X⁻(aq);(2) K = 1.0×10⁶;(3) 可进行得较完全,因 K ≫ 1(平衡时 c(X⁻)/c(Y⁻)=10⁶),但需过量 Y⁻ 并移去清液以推进彻底。

采分点 离子方程式(含状态、可逆号)2 分;K 表达式推导 2 分;数值 1 分;可行性判断 1 分;「K 大不等于彻底/需过量试剂」的补充 2 分。

易错点 把 K 写成 Ksp(MY)/Ksp(MX)(除反了,得 10⁻⁶ 并误判「不能转化」);方程式写成等号或漏状态;把固体浓度写进 K 表达式;用「K 大所以反应快」作答(混淆热力学与动力学)。

题2

题2 维持转化所需的最低离子浓度

承题1。若转化进行到某一时刻,测得溶液中 c(X⁻) = 0.10 mol·L⁻¹,问此时为让转化继续向右进行,c(Y⁻) 至少应满足什么条件?若此时 c(Y⁻) = 1.0×10⁻⁸ mol·L⁻¹,反应向哪个方向进行?

解析

转化反应的反应商 Q = c(X⁻)/c(Y⁻),与 K 比较即可定方向:Q < K 向右,Q = K 平衡,Q > K 向左。

由 Q < K:c(X⁻)/c(Y⁻) < 1.0×10⁶ → c(Y⁻) > c(X⁻)/K = 0.10/(1.0×10⁶) = 1.0×10⁻⁷ mol·L⁻¹。即溶液中 Y⁻ 须维持在 1.0×10⁻⁷ mol·L⁻¹ 以上,转化才继续向右;等于该值时达到平衡。

若 c(Y⁻) = 1.0×10⁻⁸ mol·L⁻¹,则 Q = 0.10/(1.0×10⁻⁸) = 1.0×10⁷ > K = 1.0×10⁶,反应向左进行(已生成的 MY 会部分转回 MX,直到 Q 降回 K)。这也解释了为什么投料不足时会出现「变黄后又变淡」的反复。

边界说明:本问按理想稀溶液处理,活度系数、离子强度与络合副反应均忽略;MX/MY 与两 Ksp 均为自编示意,不代表真实物质参数。若题目给出两种 Ksp 数值接近(如相差不到 10² 倍),则不能答「转化完全」,应答应采用多次转化或改用配位溶解等路线。

答案 c(Y⁻) > 1.0×10⁻⁷ mol·L⁻¹(等于则平衡);当 c(Y⁻)=1.0×10⁻⁸ mol·L⁻¹ 时 Q=1.0×10⁷ > K,反应向左(逆向)进行。

采分点 写出 Q 表达式 1 分;Q 与 K 比较判方向 2 分;临界浓度计算 2 分;给定浓度下的数值与方向 2 分;理想稀溶液边界说明 1 分。

易错点 把判据写反(Q > K 判成向右);算临界浓度时用 K×c(X⁻)(应为除以 K);忘记「等于临界值是平衡、不是向右」;把 mol·L⁻¹ 单位漏写或写成 mol。

三、规律小结与对照表

判断对象写法/判据本题数值
转化反应MX(s) + Y⁻(aq) ⇌ MY(s) + X⁻(aq)固体不进 K 表达式
转化常数K = Ksp(MX)/Ksp(MY) = c(X⁻)/c(Y⁻)1.0×10⁻¹⁰ / 1.0×10⁻¹⁶ = 1.0×10⁶
方向判据Q = c(X⁻)/c(Y⁻);Q<K 向右、Q>K 向左Q = 1.0×10⁷ > K ⇒ 向左
最低 Y⁻ 浓度c(Y⁻) > c(X⁻)/K0.10 / 1.0×10⁶ = 1.0×10⁻⁷ mol·L⁻¹
K 大≠快≠彻底K 只给限度,速率看动力学;彻底需过量试剂并移去清液两 Ksp 相近时须多次转化

沉淀转化的全部难点就在两行:两式相除得 K,Q 与 K 比较定方向。把这两行写全,方程式、数值、方向、所需浓度四问都能落到采分点上。本篇所设 MX/MY、Ksp 数值与溶液浓度均为原创自编示意,不代表真实物质常数或工业体系,数值已按溶度积表达式逐项回代互验。

四、自测清单

  • 先把两个溶解平衡式并排写出,再相除,不凭记忆套 K 的方向
  • 方程式标 (s)/(aq) 与可逆号,固体不写进 K
  • 求「至少多少」时先写 Q < K,再解不等式,注意严格大于
  • 给定浓度先算 Q 再定方向,别直接凭「加得少」猜
  • 两 Ksp 相差不到 10² 倍时,答「转化不完全」并给多次处理方案
编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中教材(化学):电化学基础、化学平衡、反应热与物质分离提纯相关章节
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(化学科)》:相关考点考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、选段、选项、数据与解析均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;采分点为教研整理,非官方评分标准

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联招化学·沉淀转化:Ksp 商值判断与所需离子浓度
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