Question

16．（1）一定温度下，K_sp[Mg₃（PO₃）₂]=6.0×10^-29，K_sp[Ca₃（PO₄）₂]=6.0×10^-26．向浓度均为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（填化学式）；当测得溶液其中一种金属阳离子沉淀完全（浓度小于10^-5mol/L）时，溶液中的另一种金属阳离子的物质的量浓度c=10^-4mol/L．
（2）毒重石的主要成分BaCO₃（含Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl₂•2H₂O的流程如下：

①毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是增大接触面积从而使反应速率加快．
②加入NH₃•H₂O调节PH=8可除去Fe³⁺（填离子符号），滤渣II中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂（填化学式）．加入H₂C₂O4时应避免过量，原因是H₂C₂O₄过量会导致生成BaC₂O₄沉淀，产品的产量减少．

	Ca2+	Mg2+	Fe3+
开始沉淀时的pH	11.9	9.1	1.9
完全沉淀时的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℃时，CaSO₄在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示，向100mL该条件下的CaSO₄饱和溶液中加入400mL0.01mol/LNa₂SO₄溶液，下列叙述正确的是D

A．溶液中析出CaSO₄固体沉淀，最终溶液中c（SO₄^2-）比原来的大
B．溶液中无沉淀析出，溶液中c（Ca²⁺）、c（SO₄^2-）都变小
C．溶液中析出CaSO₄固体沉淀．溶液中c（Ca²⁺）、c（SO₄^2-）都变小
D．溶液中无沉淀析出，但最终溶液中c（SO₄^2-）比原来的大．

Answer 1

分析 （1）难溶物溶度积常数小的先沉淀，根据溶度积常数相对大小知，Mg₃（PO₄）₂先生成沉淀，当溶液中C（Mg²⁺）=10^-5 mol/L时，认为镁离子完全沉淀，再根据磷酸根浓度计算c（Ca²⁺）；
（2）制备BaCl₂•2H₂O的流程：毒重石的主要成分BaCO₃（含Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等杂质），加盐酸溶解，碳酸钡和盐酸反应：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，加入氨水，调pH为8，Fe³⁺完全沉淀时的pH为3.2，只有Fe³⁺完全沉淀，滤渣1为Fe（OH）₃，溶液中主要含Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺，加入氢氧化钠调节PH=12.5，Ca²⁺完全沉淀时的pH为13.9，Mg²⁺完全沉淀时的pH为11.1，Mg²⁺完全沉淀，Ca²⁺部分沉淀，滤渣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⁺，蒸发浓缩冷却结晶得到BaCl₂•2H₂O，
①研磨将块状固体变成粉末状，可以增大反应物的接触面积，增大反应速率；
②根据流程图和表中数据分析加入NH₃•H₂O调节pH=8可除去Fe³⁺，加入NaOH调pH=12.5，可完全除去Mg²⁺，除去部分Ca²⁺，滤渣Ⅱ中含Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；加入过量H₂C₂O₄，易发生Ba²⁺+H₂C₂O₄═BaC₂O₄↓+2H⁺，产品的产量减少；
（3）通过图象分析得到该温度下硫酸钙饱和溶液中的沉淀溶解平衡为：CaSO₄（s）?Ca²⁺+SO₄^2-；c（Ca²⁺）=c（ SO₄^2-）=3.0×10^-3 mol/L；溶度积常数K_sp（CaSO₄）=c（Ca²⁺）×c（ SO₄^2-）=9.0×10^-6通过计算混合溶液中钙离子浓度和硫酸根离子浓度，乘积与Ksp比较来判断沉淀的生成与溶解．

解答 解：（1）难溶物溶度积常数小的先沉淀，根据溶度积常数相对大小知，Mg₃（PO₄）₂先生成沉淀，当溶液中C（Mg²⁺）=10^-5 mol/L时，认为镁离子完全沉淀，则溶液中的磷酸根浓度为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，
故答案为：Mg₃（PO₄）₂；10^-4；
（2）①化学反应的速率与反应物的接触面积有关，毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，可以增大反应物的接触面积，增大反应速率，
故答案为：增大接触面积从而使反应速率加快；
②根据流程图和表中数据可知：Fe³⁺完全沉淀时的pH为3.2，加入氨水，调pH为8，Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺，Fe³⁺完全沉淀，滤渣1为Fe（OH）₃，加入氢氧化钠调节PH=12.5，Ca²⁺完全沉淀时的pH为13.9，Mg²⁺完全沉淀时的pH为11.1，Mg²⁺完全沉淀，Ca²⁺部分沉淀，滤渣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时应避免过量，防止CaC₂O₄沉淀完全后，过量的H₂C₂O₄会导致生成BaC₂O₄沉淀，产品的产量减少，
故答案为：Fe³⁺；Mg（OH）₂、Ca（OH）₂；H₂C₂O₄过量会导致生成BaC₂O₄沉淀，产品的产量减少；
（3）由图示可知，在该条件下，CaSO₄饱和溶液中，c（Ca²⁺）=c（ SO₄^2-）=3.0×10^-3 mol/L，K_sp（CaSO₄）=9.0×10^-6．当向100 mL该条件下的CaSO₄饱和溶液中加入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，所以混合液中无沉淀析出，最终溶液中硫酸根离子浓度增大，
故选D．

点评 本题考查了沉淀溶解平衡的计算、实验室利用毒重石制备BaCl₂•2H₂O的设计方法，侧重考查影响反应速率的因素、实验基本操作、沉淀溶解平衡的应用等知识，实验步骤结合物质的性质分析是解答的关键，题目难度中等．