題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。
一、考點定位與做題順序
沉澱轉化的題目裡,物質名常故意寫成 MX、MY 這類符號,考的就是不被陌生化學式帶偏:只要抓住「兩式相減得轉化式、兩 Ksp 相除得轉化常數」,符號怎麼換都一樣。
設兩種難溶鹽 MX(s) ⇌ M⁺ + X⁻,Ksp(MX);MY(s) ⇌ M⁺ + Y⁻,Ksp(MY)。向 MX 懸濁液中加 Y⁻,轉化反應為 MX(s) + Y⁻(aq) ⇌ MY(s) + X⁻(aq),其平衡常數
K = c(X⁻)/c(Y⁻) = Ksp(MX)/Ksp(MY)。
推導只需一步:Ksp(MX) = c(M⁺)c(X⁻),Ksp(MY) = c(M⁺)c(Y⁻),兩式相除即得。K 越大,轉化越完全;但 K 只是熱力學限度,與反應速率無關,這是最常設的陷阱。
二、逐題精講
題1
題1 轉化常數與可行性
自編示意體系:白色難溶鹽 MX 的 Ksp(MX) = 1.0×10⁻¹⁰,黃色難溶鹽 MY 的 Ksp(MY) = 1.0×10⁻¹⁶(均為自編示意數值,不代表真實物質常數)。向 MX 的懸濁液中加入含 Y⁻ 的溶液,觀察到白色沉澱逐漸變黃。
(1) 寫出轉化反應的離子方程式並標註狀態;(2) 計算該轉化反應的平衡常數 K;(3) 判斷轉化是否可進行得較完全,並說明理由。
解析
(1) MX(s) + Y⁻(aq) ⇌ MY(s) + X⁻(aq)。固體不出現在平衡常數表達式中,狀態必須標註(漏 (s)/(aq) 會扣方程式分)。(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,平衡強烈偏向右方,轉化可進行得較完全。理由要用商值說:平衡時 c(X⁻)/c(Y⁻) = 10⁶,意味著只要溶液中尚存可觀濃度的 Y⁻,X⁻ 就能被持續「擠」出來、MX 不斷溶解而 MY 不斷析出。但「較完全」不等於「100%」:若 Y⁻ 投料不足,或生成的 X⁻ 累積使 Q = c(X⁻)/c(Y⁻) 接近 K,轉化就會停在中間;實際操作中常用過量 Y⁻並傾去上層清液後重復處理把轉化推到底。
答案 (1) MX(s) + Y⁻(aq) ⇌ MY(s) + X⁻(aq);(2) K = 1.0×10⁶;(3) 可進行得較完全,因 K ≫ 1(平衡時 c(X⁻)/c(Y⁻)=10⁶),但需過量 Y⁻ 並移去清液以推進徹底。
採分點 離子方程式(含狀態、可逆號)2 分;K 表達式推導 2 分;數值 1 分;可行性判斷 1 分;「K 大不等於徹底/需過量試劑」的補充 2 分。
易錯點 把 K 寫成 Ksp(MY)/Ksp(MX)(除反了,得 10⁻⁶ 並誤判「不能轉化」);方程式寫成等號或漏狀態;把固體濃度寫進 K 表達式;用「K 大所以反應快」作答(混淆熱力學與動力學)。
題2
題2 維持轉化所需的最低離子濃度
承題1。若轉化進行到某一時刻,測得溶液中 c(X⁻) = 0.10 mol·L⁻¹,問此時為讓轉化繼續向右進行,c(Y⁻) 至少應滿足什麼條件?若此時 c(Y⁻) = 1.0×10⁻⁸ mol·L⁻¹,反應向哪個方向進行?
解析
轉化反應的反應商 Q = c(X⁻)/c(Y⁻),與 K 比較即可定方向: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⁻ 須維持在 1.0×10⁻⁷ mol·L⁻¹ 以上,轉化才繼續向右;等於該值時達到平衡。
若 c(Y⁻) = 1.0×10⁻⁸ mol·L⁻¹,則 Q = 0.10/(1.0×10⁻⁸) = 1.0×10⁷ > K = 1.0×10⁶,反應向左進行(已生成的 MY 會部分轉回 MX,直到 Q 降回 K)。這也解釋了為什麼投料不足時會出現「變黃後又變淡」的反覆。
邊界說明:本問按理想稀溶液處理,活度係數、離子強度與絡合副反應均忽略;MX/MY 與兩 Ksp 均為自編示意,不代表真實物質參數。若題目給出兩種 Ksp 數值接近(如相差不到 10² 倍),則不能答「轉化完全」,應答應採用多次轉化或改用配位溶解等路線。
答案 c(Y⁻) > 1.0×10⁻⁷ mol·L⁻¹(等於則平衡);當 c(Y⁻)=1.0×10⁻⁸ mol·L⁻¹ 時 Q=1.0×10⁷ > K,反應向左(逆向)進行。
採分點 寫出 Q 表達式 1 分;Q 與 K 比較判方向 2 分;臨界濃度計算 2 分;給定濃度下的數值與方向 2 分;理想稀溶液邊界說明 1 分。
易錯點 把判據寫反(Q > K 判成向右);算臨界濃度時用 K×c(X⁻)(應為除以 K);忘記「等於臨界值是平衡、不是向右」;把 mol·L⁻¹ 單位漏寫或寫成 mol。
三、規律小結與對照表
| 判斷對象 | 寫法/判據 | 本題數值 |
|---|---|---|
| 轉化反應 | MX(s) + Y⁻(aq) ⇌ MY(s) + X⁻(aq) | 固體不進 K 表達式 |
| 轉化常數 | K = Ksp(MX)/Ksp(MY) = c(X⁻)/c(Y⁻) | 1.0×10⁻¹⁰ / 1.0×10⁻¹⁶ = 1.0×10⁶ |
| 方向判據 | Q = c(X⁻)/c(Y⁻);Q<K 向右、Q>K 向左 | Q = 1.0×10⁷ > K ⇒ 向左 |
| 最低 Y⁻ 濃度 | c(Y⁻) > c(X⁻)/K | 0.10 / 1.0×10⁶ = 1.0×10⁻⁷ mol·L⁻¹ |
| K 大≠快≠徹底 | K 只給限度,速率看動力學;徹底需過量試劑並移去清液 | 兩 Ksp 相近時須多次轉化 |
沉澱轉化的全部難點就在兩行:兩式相除得 K,Q 與 K 比較定方向。把這兩行寫全,方程式、數值、方向、所需濃度四問都能落到採分點上。本篇所設 MX/MY、Ksp 數值與溶液濃度均為原創自編示意,不代表真實物質常數或工業體系,數值已按溶度積表達式逐項回代互驗。
四、自測清單
- 先把兩個溶解平衡式並排寫出,再相除,不憑記憶套 K 的方向
- 方程式標 (s)/(aq) 與可逆號,固體不寫進 K
- 求「至少多少」時先寫 Q < K,再解不等式,注意嚴格大於
- 給定濃度先算 Q 再定方向,別直接憑「加得少」猜
- 兩 Ksp 相差不到 10² 倍時,答「轉化不完全」並給多次處理方案