運(yùn)用控制變量思想巧解沉淀溶解平衡類試題

◇ 北京 李淑平

分析近幾年高考對(duì)“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”的考查可以發(fā)現(xiàn),基于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中沉淀的生成、溶解或者轉(zhuǎn)化是高考必考考點(diǎn).考查形式和內(nèi)容多樣,從選擇題到填空題,從工業(yè)流程題到實(shí)驗(yàn)探究題均有涉及.

1 提出和驗(yàn)證假設(shè)的探究過程中,控制變量的思想要時(shí)時(shí)印在腦海中

在實(shí)驗(yàn)探究中往往考查實(shí)驗(yàn)猜想、設(shè)計(jì)和實(shí)施能力,考查科學(xué)表達(dá)探究結(jié)果的能力.

例1某研究小組進(jìn)行Mg(OH)2沉淀溶解和生成的實(shí)驗(yàn)探究.實(shí)驗(yàn)如圖1所示.

圖1

(1)比較2.0mol·L－1鹽酸溶液的pH1和2.0 mol·L－1NH4Cl溶液的pH2大小:pH1pH2,原因是________.

(2)用平衡移動(dòng)原理解釋ⅰ中沉淀溶解的原因:_______.

(3)ⅲ是ⅰ和ⅱ的對(duì)比實(shí)驗(yàn),目的是排除____.

(4)推測ⅱ中沉淀溶解的原因.

推測1:NH4Cl溶液顯酸性,溶液中的H＋可以結(jié)合OH－,進(jìn)而使沉淀溶解.

推測2:_____________________________.

(5)為探究ⅱ中沉淀溶解的原因,小組同學(xué)繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn):

① 取________溶液,向其中滴加2滴濃氨水,得到pH為8的混合溶液,再向?qū)嶒?yàn)Ⅰ制得的Mg(OH)2沉淀中加入該混合溶液,沉淀溶解.

② 上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明(4)中的推測________成立,理由是________.

解析

(1)出題者搭設(shè)小臺(tái)階,降低下一步理論分析的難度.由于鹽酸完全電離,NH＋4發(fā)生部分水解:＋H2O?NH3·H2O＋H＋,導(dǎo)致同濃度的兩溶液中,鹽酸溶液中的H＋濃度大于NH4Cl溶液中H＋濃度.

(2)考查沉淀轉(zhuǎn)化的文字表述四步走(擺出平衡、談條件、說移動(dòng)、得結(jié)論).因存在平衡 Mg(OH)2(s)?Mg2＋(aq)＋2OH－(aq),鹽酸中的 H＋與 OH－中和使得OH－濃度減小,平衡向右移動(dòng),沉淀溶解.

(3)簡單考查控制變量法的應(yīng)用,所以ⅲ對(duì)比實(shí)驗(yàn)是排除實(shí)驗(yàn)ⅰ、ⅱ中溶劑水使沉淀溶解的干擾.但是如果只答排除水電離出的H＋和OH－的干擾就錯(cuò)了,因水的電離極其微弱,要抓主要矛盾.

(4)補(bǔ)充推測2,與第(1)問鋪設(shè)的臺(tái)階有關(guān).要針對(duì)NH4Cl的強(qiáng)酸弱堿鹽的性質(zhì)進(jìn)行推測,即應(yīng)聚焦在“NH＋4容易結(jié)合OH－生成弱電解質(zhì)”這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上,所以推測2為溶液中c(NH＋4)較大,NH＋4結(jié)合OH－促進(jìn)沉淀溶解.

(5)再次應(yīng)用控制變量法.①仍是研究圖中ⅱ沉淀的溶解.首先藥品必須和NH4Cl相關(guān),滴加氨水制成混合溶液是為了調(diào)節(jié)c(H＋).即取4mL2.0mol·L－1NH4Cl,一定要注意必須寫出體積和濃度.以往也設(shè)計(jì)成把NH4Cl替換成中性的CH3COONH4溶液進(jìn)行論證同樣結(jié)論.這是此題精華所在,但是審題不細(xì)也很難拿到滿分.②考查根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論的能力,推測2更合理.理由是混合后溶液中c(H＋)＝10－8mol·L－1非常小,c(NH＋4)比2.0mol·L－1還要大,故能確定是因?yàn)镹H＋4結(jié)合OH－使沉淀溶解.

例2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證Mg(OH)2可以向更難溶的Fe(OH)3轉(zhuǎn)化.

實(shí)驗(yàn):① 將0.1mol·L－1MgCl2溶液和0.5 mol·L－1NaOH溶液等體積混合得到濁液;

② 取少量①中濁液,滴加0.1mol·L－1FeCl3溶液,出現(xiàn)紅褐色沉淀;

③ 將①中濁液過濾,取少量白色沉淀,滴加0.1 mol·L－1FeCl3溶液,白色沉淀變?yōu)榧t褐色.

請(qǐng)問實(shí)驗(yàn)②和③均能說明Fe(OH)3比Mg(OH)2難溶嗎?

解析

在制取Mg(OH)2的過程中,給出的NaOH溶液遠(yuǎn)遠(yuǎn)過量.取濁液,滴加0.1mol·L－1FeCl3溶液,出現(xiàn)紅褐色沉淀,先發(fā)生反應(yīng)Fe3＋＋3OH－＝Fe(OH)3↓,而不是3Mg(OH)2＋2Fe3＋＝3Mg2＋＋2Fe(OH)3,無法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

新高考形勢(shì)下,實(shí)驗(yàn)探究題中沉淀轉(zhuǎn)化與氧化還原反應(yīng)結(jié)合起來就增加了試題的難度,那我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)呢?

2 分析好溶液內(nèi)的粒子行為,從復(fù)分解和氧化還原兩個(gè)方面考慮粒子間的相互作用

例3(2016年北京卷第28題,節(jié)選)以Na2SO3溶液和不同金屬的硫酸鹽溶液作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,探究鹽的性質(zhì)和鹽溶液間反應(yīng)的多樣性,如表1所示.

表1

(1)經(jīng)檢驗(yàn),現(xiàn)象Ⅰ中白色沉淀是Ag2SO3.用離子方程式解釋現(xiàn)象Ⅰ:_______.

圖2

① 白色沉淀A是BaSO4,試劑1是________.

② 證實(shí)沉淀中含有Cu2＋和的理由是____.

解析

(1)審題.Ag2SO4是微溶物,絕對(duì)不溶的物質(zhì)是沒有的,難溶(微溶)≠不溶.在飽和Ag2SO4溶液中,粒子是以離子形式存在的.該反應(yīng)實(shí)質(zhì)是,而不是Ag2SO4＋.

(2)①因?yàn)榘咨恋鞟是BaSO4,檢驗(yàn)溶液中是否存在,一般的操作為先加入過量的稀鹽酸排除其他離子干擾,再加入BaCl2溶液沉淀,所以可知試劑1是HCl和BaCl2溶液.

②洗凈的棕黃色沉淀加入KI,看到了白色沉淀.也許是Cu＋＋I(xiàn)－＝CuI↓,或是(白色)＋I(xiàn)2.因?yàn)樯蠈忧逡褐心軝z測到有生成,所以推斷把氧化成的氧化劑是I2,I2被消耗后,此時(shí)用淀粉溶液檢測另一份上層清液,就檢測不到I2的存在.說明一定發(fā)生了如下反應(yīng):

此題旨在考查學(xué)生篩選信息、獲取證據(jù)、求證結(jié)果以及將思維過程表達(dá)出來的能力.相似題型可關(guān)注2013年高考北京卷第10題.在配制濁液過程中,必須關(guān)注所加溶液的量.在探究題中,多數(shù)都要運(yùn)用變量控制、定性和定量相結(jié)合的方式解決問題.

例4(2015年北京卷第28題,節(jié)選)為探討化學(xué)平衡移動(dòng)原理與氧化還原反應(yīng)規(guī)律的聯(lián)系,某同學(xué)通過改變濃度研究“2Fe3＋(aq)＋2I－?2Fe2＋(aq)＋I(xiàn)2”反應(yīng)中Fe3＋和Fe2＋的相互轉(zhuǎn)化.實(shí)驗(yàn)如圖3所示.

圖3

(1)ⅲ是ⅱ的對(duì)比實(shí)驗(yàn),目的是排除ⅱ中______造成的影響.

(2)ⅰ和ⅱ的顏色變化表明平衡逆向移動(dòng),Fe2＋向Fe3＋轉(zhuǎn)化.用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋原因:_____.

圖4

(3)根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律,該同學(xué)推測ⅰ中Fe2＋向Fe3＋轉(zhuǎn)化的原因:外加 Ag＋使c(I－)降低,導(dǎo)致I－的還原性弱于Fe2＋.用圖4裝置(a、b均為石墨電極)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.

①K閉合時(shí),指針向右偏轉(zhuǎn).b作________極.

② 當(dāng)指針歸零(反應(yīng)達(dá)到平衡)后,向U形管左管中滴加0.01mol·L－1AgNO3溶液.產(chǎn)生的現(xiàn)象證實(shí)了其推測.該現(xiàn)象是________.

(4)按照(3)的原理,該同學(xué)用圖4裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),證實(shí)了ⅱ中Fe2＋向Fe3＋轉(zhuǎn)化的原因.

① 轉(zhuǎn)化原因是________.

② 與(3)實(shí)驗(yàn)對(duì)比,不同的操作是________.

解析

(1)運(yùn)用控制變量思想分析,答案應(yīng)是排除溶液稀釋對(duì)顏色變化的影響.如果只答“水的影響”是不全面的.

(2)注意審題,此題要同時(shí)表達(dá)出ⅰ和ⅱ改變2個(gè)條件對(duì)平衡移動(dòng)的影響,所以,加入Ag＋發(fā)生反應(yīng)Ag＋＋I(xiàn)－＝AgI↓,降低c(I－)或增大c(Fe2＋),平衡均逆向移動(dòng).

(3)運(yùn)用電化學(xué)手段探究實(shí)驗(yàn)并表征實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.b作正極,這里要清楚描述U形管和電流計(jì)兩處的現(xiàn)象:左管產(chǎn)生黃色沉淀,指針向左偏轉(zhuǎn).

(4)通過電化學(xué)手段表征可逆的氧化還原反應(yīng)中濃度變化對(duì)氧化性、還原性的影響,近幾年北京高考多次出現(xiàn),體現(xiàn)了建立模型并應(yīng)用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的思想.因此①中Fe2＋向Fe3＋轉(zhuǎn)化的原因是Fe2＋隨濃度增大,還原性增強(qiáng),使Fe2＋還原性強(qiáng)于I－.②是對(duì)模型再次進(jìn)行應(yīng)用,不能脫離原實(shí)驗(yàn)ⅱ,所以與(3)實(shí)驗(yàn)對(duì)比不同的操作是向右管中加入1mL1mol·L－1FeSO4溶液.

3 拿分策略

在高三專題復(fù)習(xí)過程中,首先要夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí),靜下心來閱讀題干,提煉并標(biāo)注出信息,準(zhǔn)確地運(yùn)用反應(yīng)原理進(jìn)行分析.

1)關(guān)注探究題中的“小臺(tái)階”,基礎(chǔ)題、送分題,即便時(shí)間緊迫,也堅(jiān)決不能丟分.

2)閱讀時(shí),第一遍可以略讀“查閱資料”的信息,但是答題時(shí)一定要回看,所給信息都可能是答題的方向,都能用得上.

3)文字表達(dá)題,必須鍛煉文字表達(dá)能力.抓住“起因”,描述“過程”,判斷“結(jié)果”.

4)如果我們平時(shí)復(fù)習(xí)過程中,注重運(yùn)用控制變量的思想,并建立起觀點(diǎn)、結(jié)論與論據(jù)間的邏輯關(guān)系,那么,就能輕松面對(duì)高考題了.