化学:2011年浙江理综卷13题点评

化学:2011年浙江理综卷13题点评

海水中含有丰富的镁资源。某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案:

模拟海水中的

离子浓度/mol·L1

Na

Mg2

Ca2

Cl

HCO3

0.439

0.050

0.011

0.560

0.001

注:溶液中某种离子的浓度小于1.0×105mol/L,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)=4.96×109;Ksp(MgCO3)=6.82×106;Ksp[Ca(OH)2]=4.68×106;Ksp[Mg(OH)2]=5.61×1012

下列说法正确的是()

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 gNaOH固体,沉淀物Y为Ca(OH)2和Mg(OH)2的混合物

【答案】A

【解析】考场上学生可以单刀直入,简化思维:根据实验目的,不难确定沉淀Y为Mg(OH)2,模拟海水中的阳离子只有三种,而Na不可能形成沉淀,故沉淀X中必含Ca2,在1.0L模拟海水中加入1.0mL1.0mol·L1的NaOH溶液后,c(OH)近似为103mol·L1,而模拟海水中c(Ca2)为0.011mol·L1Qi[Ca(OH)2]=c(Ca2)c2(OH)=1.10×108<Ksp[Ca(OH)2]=4.68×106,所以不可能形成Ca(OH)2沉淀,只能形成CaCO3沉淀,故A对。

究其原因,还须借助计算才能判断正误:

往1.0L模拟海水加入的OH与模拟海水中的HCO3发生反应:OH+=CO32

+H2O,使得溶液中c(CO32)为103mol·L1,则Qi(CaCO3)=c(Ca2)c(CO32)=1.10×105>Ksp(CaCO3)=4.96×109,所以沉淀物X为CaCO3n(CaCO3)=103mol,此时滤液M中残存的c(Ca2)=0.011mol·L1-103mol·L1=0.010mol·L1>1.0×105mol/L,不能认为

Ca2不存在;所以A项正确、B项错误。

在滤液M中加NaOH固体,形成沉淀Y,调节溶液pH到11.0后,过滤,滤液N中

c(OH)=103mol·L1,再次运用溶度积规则判断Mg2、Ca2能否形成沉淀:Qi[Mg(OH)2]=c(Mg2)c2(OH)=5.0×108>Ksp[Mg(OH)2]=5.61×1012,所以Y是Mg(OH)2Qi[Ca(OH)2]=c(Ca2)c2(OH)=0.010×(103)2=106<Ksp[Ca(OH)2]=4.68×106,所以不可能形成Ca(OH)2沉淀,滤液N中存在Ca2,形成Mg(OH)2后,此时溶液中c(Mg2)与c(OH)须满足沉淀溶解平衡关系式:c(Mg2)c2(OH)=Ksp[Mg(OH)2]=5.61×1012,即c(Mg2)×(103)2=5.6×1012,解得c(Mg2)=5.6×106<105,可认为Mg2无剩余。C项错误。

加入4.2 gNaOH固体,c(OH)=0.105mol·L1c(Mg2)=0.050mol/L,c(Ca2)=0.010mol/L,因从Ksp值来看,Mg(OH)2比Ca(OH)2更小,故若有沉淀生成,应先生成Mg(OH)2沉淀,试判断如下:Qi[Mg(OH)2]=c(Mg2)c2(OH)=0.050×(0.105)2>Ksp[Mg(OH)2]=5.61×1012,所以生成Mg(OH)2沉淀

Mg2+    +  2OH-   =  Mg(OH)2

化学:2011年浙江理综卷13题点评

0.050mol·L1     0.105mol·L1

n[Mg(OH)2]=0.050mol,剩余OH0.005 mol,

Qi[Ca(OH)2]=c(Ca2)c2(OH)=0.010×(0.005)2=2.5×107<Ksp[Ca(OH)2]=4.68×106,所以无Ca(OH)2析出。D项错误。

【点评】

此题有两处学生极容易混淆:

(1)有学生这样认为:往1.0L模拟海水中加入1.0mL1.0mol·L1的NaOH溶液后,Qi[Mg(OH)2]=c(Mg2)c2(OH)=5.0×108>Ksp[Mg(OH)2]=5.61×1012,所以沉淀X是Mg(OH)2,殊不知,Mg(OH)2虽难溶,但碱性可视为中强碱,在HCO3存在时,能使Mg(OH)2沉淀溶解平衡Mg(OH)2(s)Mg2(aq)+2OH(aq)不断右移,最终Mg(OH)2沉淀溶解,生成的CO32足以让Ca2沉淀。

(2)在判断第二次沉淀后,Mg2有没有沉淀完全时,有不少学生错误地认为:在加入NaOH固体调至pH=11.0后,Mg2才开始沉淀,则有如下错误的计算过程:

c(Mg2)=0.050 mol/L,c(OH)=103mol·L1

Mg2+    +  2OH-   =  Mg(OH)2

0.050mol·L1     103mol·L1

所以,n[Mg(OH)2]=5.0×104 mol。

形成Mg(OH)2沉淀的过程中Mg2过量,滤液N中残存的Mg2近似为0.0495mol·L1,远大于105mol/L,所以不能认为Mg2沉淀完全,滤液N中还有Mg2,这样一来,C也貌似正确,于是在A与C之间摇摆不定,浪费了大量时间。其实这是一种思维僵化的表现,溶液中的离子反应是一触即发的,不可能是先使c(OH)=103mol·L1,然后Mg2才开始形成沉淀的。造成以上误解的原因是步骤①中加NaOH的方式与步骤②中加NaOH的方式不一样,考生容易把步骤①的情形负迁移到步骤②中。当然,从另一个侧面也反映出题面信息也可以表达得更清晰,比如把“pH=11.0”字样写在滤液N处,可能误解的同学就少很多了。

  

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