Question

16．（1）一定溫度下，K_sp[Mg₃（PO₃）₂]=6.0×10^-29，K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=6.0×10^-26．向濃度均為0.20mol/L的MgCl₂和CaCl₂混合溶液中逐滴加人Na₃PO ₄，先生成Mg₃（PO₄）₂沉淀（填化學(xué)式）；當測得溶液其中一種金屬陽離子沉淀完全（濃度小于10^-5mol/L）時，溶液中的另一種金屬陽離子的物質(zhì)的量濃度c=10^-4mol/L．
（2）毒重石的主要成分BaCO₃（含Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等雜質(zhì)），實驗室利用毒重石制備BaCl₂•2H₂O的流程如下：

①毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨，目的是增大接觸面積從而使反應(yīng)速率加快．
②加入NH₃•H₂O調(diào)節(jié)PH=8可除去Fe³⁺（填離子符號），濾渣II中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂（填化學(xué)式）．加入H₂C₂O4時應(yīng)避免過量，原因是H₂C₂O₄過量會導(dǎo)致生成BaC₂O₄沉淀，產(chǎn)品的產(chǎn)量減少．

	Ca2+	Mg2+	Fe3+
開始沉淀時的pH	11.9	9.1	1.9
完全沉淀時的pH	13.9	11.1	3.7

已知：K_sp（BaC₂O₄）=1.6×10^-7，K_sp（CaC₂O₄）=2.3×10^-9
（3）已知25℃時，CaSO₄在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示，向100mL該條件下的CaSO₄飽和溶液中加入400mL0.01mol/LNa₂SO₄溶液，下列敘述正確的是D

A．溶液中析出CaSO₄固體沉淀，最終溶液中c（SO₄^2-）比原來的大
B．溶液中無沉淀析出，溶液中c（Ca²⁺）、c（SO₄^2-）都變小
C．溶液中析出CaSO₄固體沉淀．溶液中c（Ca²⁺）、c（SO₄^2-）都變小
D．溶液中無沉淀析出，但最終溶液中c（SO₄^2-）比原來的大．

Answer 1

分析 （1）難溶物溶度積常數(shù)小的先沉淀，根據(jù)溶度積常數(shù)相對大小知，Mg₃（PO₄）₂先生成沉淀，當溶液中C（Mg²⁺）=10^-5 mol/L時，認為鎂離子完全沉淀，再根據(jù)磷酸根濃度計算c（Ca²⁺）；
（2）制備BaCl₂•2H₂O的流程：毒重石的主要成分BaCO₃（含Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等雜質(zhì)），加鹽酸溶解，碳酸鋇和鹽酸反應(yīng)：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，加入氨水，調(diào)pH為8，F(xiàn)e³⁺完全沉淀時的pH為3.2，只有Fe³⁺完全沉淀，濾渣1為Fe（OH）₃，溶液中主要含Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺，加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH=12.5，Ca²⁺完全沉淀時的pH為13.9，Mg²⁺完全沉淀時的pH為11.1，Mg²⁺完全沉淀，Ca²⁺部分沉淀，濾渣Ⅱ中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；溶液中主要含Ca²⁺、Ba²⁺，加入H₂C₂O₄，得到CaC₂O₄↓，除去Ca²⁺，蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶得到BaCl₂•2H₂O，
①研磨將塊狀固體變成粉末狀，可以增大反應(yīng)物的接觸面積，增大反應(yīng)速率；
②根據(jù)流程圖和表中數(shù)據(jù)分析加入NH₃•H₂O調(diào)節(jié)pH=8可除去Fe³⁺，加入NaOH調(diào)pH=12.5，可完全除去Mg²⁺，除去部分Ca²⁺，濾渣Ⅱ中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；加入過量H₂C₂O₄，易發(fā)生Ba²⁺+H₂C₂O₄═BaC₂O₄↓+2H⁺，產(chǎn)品的產(chǎn)量減少；
（3）通過圖象分析得到該溫度下硫酸鈣飽和溶液中的沉淀溶解平衡為：CaSO₄（s）?Ca²⁺+SO₄^2-；c（Ca²⁺）=c（ SO₄^2-）=3.0×10^-3 mol/L；溶度積常數(shù)K_sp（CaSO₄）=c（Ca²⁺）×c（ SO₄^2-）=9.0×10^-6通過計算混合溶液中鈣離子濃度和硫酸根離子濃度，乘積與Ksp比較來判斷沉淀的生成與溶解．

解答 解：（1）難溶物溶度積常數(shù)小的先沉淀，根據(jù)溶度積常數(shù)相對大小知，Mg₃（PO₄）₂先生成沉淀，當溶液中C（Mg²⁺）=10^-5 mol/L時，認為鎂離子完全沉淀，則溶液中的磷酸根濃度為C²（PO₄^3-）=$\frac{{K}_{SP}[M{g}_{3}（P{O}_{4}）_{2}]}{C（M{g}^{2+}）^{3}}$=$\frac{6.0×1{0}^{-29}}{（1{0}^{-5}）^{3}}$=6.0×10^-14，所以c（Ca²⁺）=$\root{3}{\frac{6.0×1{0}^{-26}}{6.0×1{0}^{-14}}}$=10^-4，
故答案為：Mg₃（PO₄）₂；10^-4；
（2）①化學(xué)反應(yīng)的速率與反應(yīng)物的接觸面積有關(guān)，毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨，可以增大反應(yīng)物的接觸面積，增大反應(yīng)速率，
故答案為：增大接觸面積從而使反應(yīng)速率加快；
②根據(jù)流程圖和表中數(shù)據(jù)可知：Fe³⁺完全沉淀時的pH為3.2，加入氨水，調(diào)pH為8，F(xiàn)e³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺，F(xiàn)e³⁺完全沉淀，濾渣1為Fe（OH）₃，加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH=12.5，Ca²⁺完全沉淀時的pH為13.9，Mg²⁺完全沉淀時的pH為11.1，Mg²⁺完全沉淀，Ca²⁺部分沉淀，濾渣Ⅱ中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂，溶液中主要含Ca²⁺、Ba²⁺，K_sp（BaC₂O₄）=1.6×10^-7，K_sp（CaC₂O₄）=2.3×10^-9，易形成CaC₂O₄沉淀，加入H₂C₂O₄時應(yīng)避免過量，防止CaC₂O₄沉淀完全后，過量的H₂C₂O₄會導(dǎo)致生成BaC₂O₄沉淀，產(chǎn)品的產(chǎn)量減少，
故答案為：Fe³⁺；Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；H₂C₂O₄過量會導(dǎo)致生成BaC₂O₄沉淀，產(chǎn)品的產(chǎn)量減少；
（3）由圖示可知，在該條件下，CaSO₄飽和溶液中，c（Ca²⁺）=c（ SO₄^2-）=3.0×10^-3 mol/L，K_sp（CaSO₄）=9.0×10^-6．當向100 mL該條件下的CaSO₄飽和溶液中加入400 mL 0.01 mol/L的Na₂SO₄溶液后，混合液中c（Ca²⁺）=$\frac{0.1L×3.0×1{0}^{-3}mol/L}{0.1L+0.4L}$=6.0×10^-4 mol/L，c（SO₄^2-）=$\frac{0.1L×3.0×1{0}^{-3}mol/L+0.4L×0.01mol/L}{0.1L+0.4L}$=8.6×10^-3 mol/L，溶液中c（Ca²⁺）•c（ SO₄^2- ）=5.16×10^-6＜K_sp（CaSO₄）=9.0×10^-6，所以混合液中無沉淀析出，最終溶液中硫酸根離子濃度增大，
故選D．

點評 本題考查了沉淀溶解平衡的計算、實驗室利用毒重石制備BaCl₂•2H₂O的設(shè)計方法，側(cè)重考查影響反應(yīng)速率的因素、實驗基本操作、沉淀溶解平衡的應(yīng)用等知識，實驗步驟結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)分析是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．