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。
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⁻)/K | 0.10 / 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