高三化学攻关三十六法之――多离子盐溶液的结晶

多离子盐溶液中晶体的析出属初中所学内容，但初中所学不能满足于高考的要求，因此高中阶段有必要加深。

●难点磁场

请试做以下题目，然后自我界定学习本篇是否需要。

已知四种物质在水中、液氨中的溶解度(g溶质/100 g溶剂)如下表：

溶质

溶剂

AgNO₃

Ba(NO₃)₂

AgCl

BaCl₂

水

170

9.3

1.5×10^－4

33.3

液氨

86

97.2

0.8

0

(1)分别是1.0 mol? L^－1的Ag^＋、Ba^2＋、NO^－₃和Cl^－在水中发生反应的离子方程式是                           。

(2)分别是0.50 mol?L^－1的以上四种离子在液氨中发生反应的离子方程式是         

                  。

(3)得出以上结论的依据是                                      。

(4)将以上四种离子按适当浓度混合于液氨之中，能否有AgCl沉淀析出？

答：________(“能”或“否”)。

●案例探究

[例题]下面是四种盐在不同温度下的溶解度(g／100 g　H₂O)：

NaNO₃                      KNO₃                         NaCl              KCl

10℃       80.5               20.9               35.7               31.0

100℃     175                246                39.1               56.6

(计算时假定：①盐类共存时不影响各自的溶解度；②过滤晶体时，溶剂损耗忽略不计)

(1)取23.4 g NaCl和40.4 g KNO₃，加70.0 g H₂O，加热溶解。在100℃时蒸发掉 50.0 g　H₂O，维持该温度，过滤析出晶体，计算所得晶体的质量(m_高温)。

将滤液冷却至10 ℃，待充分结晶后过滤。计算所得晶体的质量(m_低温)。

(2)另取34.0gNaNO₃和29.8 g KCl，同样进行如上实验。10℃时析出的晶体是_______________(写化学式)。100℃和10℃得到的晶体质量(m′_高温和m′_低温)分别是多少?

命题意图：本题考查多离子溶液中晶体的析出(实为沉淀生成)和溶解度的计算技能。

知识依托：物质的结晶。

错解分析：不了解物质的结晶与复分解反应的关系，(1)问无解；没看出(2)问数据的巧妙而费解。

解题思路：(1)100℃时S (NaCl)最小，所以析出NaCl晶体，则不析出KCl、NaNO₃；KNO₃溶液未达饱和，亦不会析出。

m_高温＝23.4 g－39.1 g×(70.0 g－50.0 g)÷100 g

＝23.4 g－7.82 g

＝15.6 g

将溶液冷却到10℃，析出晶体为KNO₃和NaCl，析出KNO₃晶体质量为：

40.4 g－20.9 g×(70.0g－50.0 g)÷100 g

＝40.4 g－4.18 g

=36.2 g

析出NaCl晶体的质量为：

(39.1 g－35.7 g)×(70.0 g－50.0 g)÷100 g=0.68 g

则：m_低温=0.68 g＋36.2 g=36.9 g

(2)两种原始溶液中，各种盐的物质的量都相等。

n(NaCl)==n(KNO₃)==n(NaNO₃)

     ==n(KCl)==0.400 mol。

因而溶解后得到的两种溶液中四种离子浓度完全相同，根据溶解度数据可知，100℃时蒸发后得到的是NaCl晶体，冷却后得到的是KNO₃晶体，但也含有少量的NaCl。所以第(2)小题不必再计算，便知：

m′_高温=m_高温=15.6 g     m′_低温=m_低温=36.9 g

答案：(1)15.6 g  36.9 g      (2)15.6 g  36.9 g

●锦囊妙计

多离子溶液中的任何一种阳离子与任何一种阴离子相结合都可构成为溶液的一种溶质，若忽略同离子效应和盐效应(即假定盐类共存时不影响各自的溶解度)，当溶液中各离子浓度相等时，不论蒸发还是降温，溶解度最小的溶质首先析出，且析出盐的阳离子(或阴离子)与溶液中的其他阴离子(或其他阳离子)不会结晶析出，但与析出盐晶体中阴、阳离子无关的其他阴、阳离子所形成的溶质有析出的可能。

若溶液中各离子浓度不等，则有析出多种晶体的可能。若S_A＞S_B＞S_C＞S_D，则晶体析出的先后顺序为：D、C、B，一般不会析出A。

●歼灭难点训练

1.(★★★)取100 g H₂O，配成10℃饱和KCl溶液，又取50 g 水，加入35.4 g NaNO₃，配成10℃　NaNO₃溶液。将以上两溶液混合后，10℃时有      种晶体析出，质量是______g，该晶体的化学式为           ，析出该晶体的原因是                          (溶解度见例题)。

2.(★★★)将例题中的“40.4 g KNO₃”改为“29.8 g KCl”，其他不变，试求m_高温和m_低温。

3.(★★★★)将例题中的“23.4 g NaCl和40.4 g KNO₃”改为“0.120 mol　KCl和0.110 mol　NaNO₃”，其他不变，求m_高温和m_低温。

4.(★★★★★)某化学兴趣小组欲从NaNO₃和KCl的混合溶液中分离出KNO₃，设计了如下实验方案：

假设：①混合溶液中，n(KCl)=n(NaNO₃)；②盐类共存时不影响各自的溶解度。溶液中各种溶质在100℃和10℃的溶解度参照例题。试回答下列问题：

(1)①的主要操作是                                                 ；

②的主要操作是                                                   。

(2)晶体A的主要成分是____________，若含有杂质可能是____________。晶体C的主要成分是____________，若含有杂质可能____________；通过实验确定晶体C中是否含有该杂质的方法是                                                   。

(3)若晶体C中确实含有杂质，进一步提纯的方法是____________。

难点磁场

解析：(4)若析出BaCl₂沉淀之后，Ag^＋与剩余Cl^－的浓度超过了饱和AgCl液氨溶液中Ag^＋和Cl^－的浓度就会有AgCl沉淀析出。

答案：(1)Ag^＋＋Cl^－====AgCl↓        Ba^2＋＋2NO====Ba(NO₃)₂↓

(2)Ba^2＋＋2Cl^－====BaCl₂

(3)溶液中复分解反应发生的条件之一是有沉淀生成，而溶解度小者首先形成沉淀析出

(4)能

歼灭难点训练

1.解析：10℃时，KNO₃溶解度最小，所以首先计算是否有KNO₃晶体析出。

100 g＋50 g=150 g水中能溶解KNO₃质量为：

=31.4 g

而n(NaNO₃)==n(KCl)==0.416 mol

则析出KNO₃质量为：

101 g?mol^－1×0.416 mol－31.4 g=42.0 g－31.4 g=10.6 g

析出KNO₃晶体，则不析出KCl晶体和NaNO₃晶体。

其次，计算是否有NaCl晶体析出。

150 g水能溶解NaCl质量为：

=53.6 g

此时溶液中共有NaCl质量为：

58.5 g?mol^－1×0.416 mol=24.3 g

可见，不会有NaCl晶体析出。

答案：一 10.6      KNO₃   因为溶液中存在K^＋、Na^＋、NO、Cl^－四种离子，可以自由组合成KCl、KNO₃、NaCl、NaNO₃四种物质，在10℃时，S(KNO₃)＜S(KCl)，所以可能有KNO₃晶体析出，S(NaCl)＜S(NaNO₃)，所以可能有NaCl晶体析出，经计算知，只析出KNO₃晶体。

2.解析：100℃时。70.0 g－50.0 g=20.0 g水溶解NaCl和KCl的质量分别是：

m(NaCl)=39.1 g×20.0 g／100 g=7.82 g

m(KCl)=56.6 g×20.0 g／100 g=11.3 g

10℃时，20.0 g水溶解NaCl和KCl的质量分别是：

m′(NaCl)=35.7 g×20.0 g／100 g=7.14 g

m′(KCl)=31.0 g×20.0 g／100 g=6.20 g

则：m_高温=23.4 g－7.82 g＋29.8 g－11.3 g=34.1 g

m_低温=7.82 g－7.14 g＋11.3 g－6.20 g=5.8 g

答案：34.1 g  5.8 g

3.解析：100℃时，NaCl不析出，因为：

58.5 g?mol^－1×0.110 mol－=6.44 g－7.82 g＜0

那么，NaNO₃亦不析出，因NaNO₃与NaCl物质的量相等，且溶解度大；同理KNO₃亦不析出，因KNO₃与NaNO₃物质的量相等，且溶解度大。

KCl亦不析出，因为：

74.5 g?mol^－1×0.120 mol－=8.94 g－11.3 g＜0

则：m_高温=0

降温至10℃，析出KNO₃：

101 g?mol^－1×0.110 mol－=11.1 g－4.18 g=6.9 g

那么，NaNO₃不会析出。KCl亦不析出，因为：

74.5 g?mol^－1×(0.120 mol－0.110 mol)－=0.745 g－6.20 g＜0

NaCl亦不析出，因为：

58.5 g?mol^－1×0.110 mol－=6.44 g－7.14 g＜0

则：m_低温=6.9 g

答案：0  6.9 g

4.解析：从含有4种离子：K^＋、Na^＋、Cl^－和NO的溶液中提取KNO₃，应该采取冷却热饱和溶液的方法。而原溶液可能是不饱和的(对KNO₃而言)、低温的。欲冷却，应制成高温的；欲使KNO₃饱和，要蒸发水分――此为操作①。高温(100℃)下蒸发水，溶解度小者就会首先析出(NaCl)――此为A主要成分。过滤出NaCl晶体，然后冷却的饱和溶液――此即操作②，可析出晶体――主要是KNO₃，也含有少量NaCl――C的主要成分。进行再结晶可提纯KNO₃。

答案：(1)①蒸发水分，并将溶液控制在较高温度(如100℃)下，过滤析出晶体

②冷却至较低温度(如10℃)，过滤析出晶体

(2)NaCl   KNO₃       KNO₃           NaCl       用焰色反应检验是否含有Na^＋，用AgNO₃(aq)和稀HNO₃检验是否含有Cl^－

(3)重结晶