Mg(OH)2和MnCO3的Ksp数值相近,在Mg(OH)2和MnCO3两份饱和溶液中( )A. c(Mg2+)>c(Mn2+)B. c(Mg2+)=c(Mn2+)C. c(Mg2+)<c(Mn2+)D. 沉淀类型不同,无法用Ksp比较二种离子的浓度
A. c(Mg2+)>c(Mn2+)
B. c(Mg2+)=c(Mn2+)
C. c(Mg2+)<c(Mn2+)
D. 沉淀类型不同,无法用Ksp比较二种离子的浓度
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查溶度积(Ksp)的概念及其应用,重点在于理解不同化合物的溶度积表达式对离子浓度的影响。
解题核心思路:
- 明确溶度积表达式:根据化合物的化学式,写出对应的溶度积表达式。
- 比较阳离子浓度:通过溶度积表达式,推导出阳离子浓度的表达式,结合Ksp数值相近的条件进行比较。
- 结构差异决定浓度关系:不同化合物的离子数目和化学式不同,导致相同Ksp下阳离子浓度不同。
破题关键点:
- Mg(OH)₂的Ksp表达式为$K_{sp} = [\text{Mg}^{2+}][\text{OH}^-]^2$,阳离子浓度与Ksp的三次方根相关。
- MnCO₃的Ksp表达式为$K_{sp} = [\text{Mn}^{2+}][\text{CO}_3^{2-}]$,阳离子浓度与Ksp的平方根相关。
- 结构差异导致相同Ksp下,阳离子浓度不同。
溶度积表达式推导
-
Mg(OH)₂的解离:
$\text{Mg(OH)}_2 \leftrightharpoons \text{Mg}^{2+} + 2\text{OH}^-$
设$\text{Mg}^{2+}$浓度为$s$,则$\text{OH}^-$浓度为$2s$,溶度积为:
$K_{sp} = s \cdot (2s)^2 = 4s^3 \quad \Rightarrow \quad s = \sqrt[3]{\frac{K_{sp}}{4}}.$
因此,$\text{Mg}^{2+}$浓度为$\sqrt[3]{\frac{K_{sp}}{4}}$。 -
MnCO₃的解离:
$\text{MnCO}_3 \leftrightharpoons \text{Mn}^{2+} + \text{CO}_3^{2-}$
设$\text{Mn}^{2+}$浓度为$t$,则$\text{CO}_3^{2-}$浓度也为$t$,溶度积为:
$K_{sp} = t \cdot t = t^2 \quad \Rightarrow \quad t = \sqrt{K_{sp}}.$
因此,$\text{Mn}^{2+}$浓度为$\sqrt{K_{sp}}$。
比较阳离子浓度
假设两者的$K_{sp}$数值相近(即$K_{sp,\text{Mg(OH)}_2} \approx K_{sp,\text{MnCO}_3}$):
- $\text{Mg}^{2+}$浓度:$\sqrt[3]{\frac{K_{sp}}{4}}$
- $\text{Mn}^{2+}$浓度:$\sqrt{K_{sp}}$
关键结论:
由于$\sqrt{K_{sp}} > \sqrt[3]{\frac{K_{sp}}{4}}$(例如,取$K_{sp}=4$时,$\sqrt{4}=2$,$\sqrt[3]{4/4}=1$),因此$\text{Mn}^{2+}$浓度更大,即$c(\text{Mg}^{2+}) < c(\text{Mn}^{2+})$。