Question

7．已知K_sp[Fe（OH）₃]=1.1×10^-38，K_sp[Mg（OH）₂]=1.6×10^-11．在Fe³⁺（0.01mol/L）和Mg²⁺（0.01mol/L）的混合溶液中加滴加NaOH溶液以調(diào)節(jié)pH，哪種離子先生成沉淀？若要使兩種離子分離，應(yīng)控制pH在什么范圍？（精確到整數(shù)）約為（lg2=0.301 lg4=0.602）

Answer 1

分析 根據(jù)氫氧化鐵和氫氧化鎂的溶度積表達(dá)式可知，當(dāng)Fe³⁺（0.01mol/L）開始沉淀時氫氧根離子濃度最少為：c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1.1×1{0}^{-38}}{0.01}}$mol/L=$\root{3}{1.1×1{0}^{-36}}$mol/L=1.04×10^-12mol/L，當(dāng)Mg²⁺（0.01mol/L）開始沉淀時氫氧根離子的濃度至少為：c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.6×1{0}^{-11}}{0.01}}$mol/L=4×10^-5mol/L，據(jù)此可知Fe³⁺優(yōu)先生成沉淀；
當(dāng)Fe³⁺完全沉淀時，其濃度為1×10^-5mol/L，此時氫氧根離子濃度為：c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1.1×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$=$\root{3}{1.1}$×10^-11mol/L=1.04×10^-11mol/L，溶液中氫離子濃度為：c（H⁺）=$\frac{1.0×1{0}^{-14}}{1.04×1{0}^{-11}}$mol/L≈1×10^-3mol/L，此時溶液的pH為3；
當(dāng)Mg²⁺開始沉淀時，氫氧根離子的濃度至少為：c（OH^-）=4×10^-5mol/L，溶液溶液中氫離子濃度為：c（H⁺）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-5}}$mol/L=2.5×10^-10mol/L，此時溶液的pH=-lg2.5×10^-10=10-（lg10-1g4）=9-lg4=9-0.602=8.398；
當(dāng)Mg²⁺完全沉淀時，其濃度為1×10^-5mol/L，此時氫氧根離子濃度為：c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.6×1{0}^{-11}}{1×1{0}^{-5}}}$=1.26×10^-3mol/L，溶液中氫離子濃度為：c（H⁺）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1.26×1{0}^{-3}}$mol/L≈8×10^-12mol/L，此時溶液的pH=-lg8×10^-12=12-3lg2=11.097≈11；
根據(jù)以上計算可判斷得到氫氧化鐵沉淀、氫氧化鎂沉淀需要的pH范圍．

解答 解：根據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]=c（Al³⁺）×c³（OH^-）、K_sp[Mg（OH）₂]=c（Cu²⁺）×c²（OH^-）可知，
當(dāng)Fe³⁺（0.01mol/L）開始沉淀時氫氧根離子濃度最少為：c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1.1×1{0}^{-38}}{0.01}}$mol/L=$\root{3}{1.1×1{0}^{-36}}$mol/L=1.04×10^-12mol/L，
當(dāng)Mg²⁺（0.01mol/L）開始沉淀時氫氧根離子的濃度至少為：c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.6×1{0}^{-11}}{0.01}}$mol/L=4×10^-5mol/L＞1.04×10^-12mol/L，
所以Fe³⁺優(yōu)先生成沉淀；
當(dāng)Fe³⁺完全沉淀時，其濃度為1×10^-5mol/L，此時氫氧根離子濃度為：c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1.1×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$=$\root{3}{1.1}$×10^-11mol/L=1.04×10^-11mol/L，溶液中氫離子濃度為：c（H⁺）=$\frac{1.0×1{0}^{-14}}{1.04×1{0}^{-11}}$mol/L≈1×10^-3mol/L，此時溶液的pH為3；
當(dāng)Mg²⁺開始沉淀時，氫氧根離子的濃度至少為：c（OH^-）=4×10^-5mol/L，溶液溶液中氫離子濃度為：c（H⁺）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-5}}$mol/L=2.5×10^-10mol/L，此時溶液的pH=-lg2.5×10^-10=10-（lg10-1g4）=9-lg4=9-0.602=8.398；
當(dāng)Mg²⁺完全沉淀時，其濃度為1×10^-5mol/L，此時氫氧根離子濃度為：c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.6×1{0}^{-11}}{1×1{0}^{-5}}}$=1.26×10^-3mol/L，溶液中氫離子濃度為：c（H⁺）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1.26×1{0}^{-3}}$mol/L≈8×10^-12mol/L，此時溶液的pH=-lg8×10^-12=12-3lg2=11.097≈11；
根據(jù)以上計算可知，當(dāng)pH＞3時得到的是Fe（OH）₃，當(dāng)8＜pH＜11時得到的沉淀為Mg（OH）₂，
答：當(dāng)pH＞3時得到的是Fe（OH）₃，當(dāng)8＜pH＜11時得到的沉淀為Mg（OH）₂．

點(diǎn)評 本題考查了難溶物溶解平衡及溶度積的計算，題目難度中等，明確溶度積的概念及表達(dá)式為解答關(guān)鍵，注意當(dāng)離子濃度小于1×10^-5mol/L時，可以看作該離子已經(jīng)沉淀完全，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計算了．