3.4沉淀溶解平衡及影响因素的探究 导学案 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

水溶液中的离子平衡复习 水溶液中的离子平衡—沉淀溶解平衡 (一)、溶度积常数及其应用 1．溶度积和离子积: 以AmBn(s)mAn＋(aq)＋nBm－(aq)为例： Ksp(AmBn)＝cm(An＋)·cn(Bm－)，式中的浓度是____浓度; Q(AmBn)＝cm(An＋)·cn(Bm－)，式中的浓度是____浓度 2．Ksp的影响因素 (1)内因：物质本身的性质。(2)外因：仅与温度有关 3．应用： (1)判断在一定条件下沉淀能否生成或溶解 (2)判断沉淀先后顺序及沉淀的转化 ①难溶的物质转化为更难溶的物质较易实现。 ②Ksp相差不大时，Ksp小的物质可以转化为Ksp大的物质。 ③Ksp相差很大时，Ksp小的物质不能转化为Ksp大的物质。 【1】（2023春·山东聊城·高三校联考阶段练习）某小组拟设计实验探究影响氢氧化物在铵盐溶液中溶解度的因素。已知：①常温下，几种氢氧化物的溶度积： 物质 ②可能用到的试剂：溶液、溶液，溶液和溶液。 ③常温下，的电离常数，的电离常数。 实验I．比较在不同浓度的溶液中的溶解情况。 操作 试剂X 现象 i．溶液 白色浊液逐渐变澄清 ii．溶液 白色浊液变化不明显 (1)从科学性角度考虑，还需要设计的对照实验是___________。 (2)针对实验i，“白色浊液”变澄清的原因，提出如下假设： 假设①：，，。 假设②：，___________(补充离子方程式)。 (3)为了验证(2)提出的假设，设计如下实验： 实验II．比较在不同浓度的溶液中的溶解情况。 操作 试剂X 现象 iii．溶液 白色浊液逐渐变澄清 iv．溶液 白色浊液变化不明显 实验结论是(2)中假设___________成立(填“①”或“②”)。 (4)根据上述实验，有同学认为金属氢氧化物都能溶于溶液。为了验证他的观点，设计如下实验： 实验III．探究、、在溶液中溶解情况。 操作 浊液Y 现象 v． 没有明显现象 vi． 浊液变澄清溶液 vii． 没有明显现象 已知：、、都易溶于水。 预测：实验vi现象不同的可能原因是___________。设计简单实验证明：___________。 (5)通过上述实验，影响氢氧化物的铵盐溶液中溶解度的因素主要有浓度、___________、___________。 【2】（2022·河北·高考真题）下列说法错误的是 A．CaF2与浓H2SO4糊状混合物可用于刻蚀玻璃 B．NaOH是强碱，因此钠盐的水溶液不会呈酸性 C．溶洞的形成主要源于溶解CO2的水对岩石的溶蚀作用 D．KMnO4与H2C2O4的反应中，Mn2+既是还原产物又是催化剂 【3】回答下列问题 （1）判断对错：比较BaCO3和BaSO4的Ksp相对大小：向烧杯中加入碳酸钡固体，加入水，然后再加入足量硫酸钾溶液，一段时间后过滤，向过滤得到的固体中加入盐酸，无气泡生成，则 （ ） （2）已知25℃时，Ksp(AgCl)=1.8×10-10，现将足量氯化银固体分别放入：a.100mL蒸馏水中b.100mL0.2mol/LAgNO3溶液中；c.100mL0.1mol/L氯化铝溶液中；d.100mL0.1mol/L盐酸溶液中；充分搅拌后，相同温度下银离子浓度由大到小的顺序是_____(填序号)。 【4】（2023·浙江·高考）碳酸钙是常见难溶物，将过量碳酸钙粉末置于水中达到溶解平衡： [已知，，的电离常数]，下列有关说法正确的是（ ） A．上层清液中存在 B．上层清液中含碳微粒最主要以形式存在 C．向体系中通入气体，溶液中保持不变 D．通过加溶液可实现向的有效转化 (3)在化学工艺流程题中判断pH的调控及沉淀剂选择、离子浓度计算。 ①根据题意中离子浓度求Ksp或判断沉淀的生成。 【5】(2017·全国节选)若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02 mol/L，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5 mol/L，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成____________（列式计算）。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24。 ②根据Ksp的大小进行沉淀先后判断或计算。 【6】(2021·全国乙卷·26) 金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋ 开始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4 沉淀完全（c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8 (2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调解pH至11.6，依次析出的金属离子是_________。 (3)“母液①”中Mg2＋浓度为________________mol·L－1。 ③根据Ksp进行沉淀转化的有关浓度计算。 【7】(2022全国乙卷26题)一些难溶电解质的溶度积常数如下表： 难溶电解质 PbSO4 PbCO3 BaSO4 BaCO3 Ksp 2.5×10-8 7.4×10-14 1.1×10-10 2.6×10-9 (1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为________，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因________。 (2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是________。 ④根据不同的Ksp，进行离子分离的pH范围计算。 【8】含Cr2O的废水毒性较大，某工厂废水中含5.0×10-3mol/L的Cr2O。为了使废水的排放达标，进行如图处理： 常温下若处理后的废水中c(Cr3+)=6.0×10-7mol/L，则处理后的废水的pH=_____。备注：Ksp[Cr(OH)3]=6.0×10-31 Kw=1×10-14 【9】(2015·江苏节选)已知：Ksp[Al(OH)3]=1×10-33，Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39，pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀。室温下，除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其浓度均小于1×10-6mol·L-1)，需调节溶液pH范围为_____________。 【10】(2021河北模拟考试)已知：通常认为溶液中离子浓度小于10-5mol·L-1为沉淀完全；室温下相关物质的Ksp见下表。 物质 Co(OH)2 NiS CoS Ksp 1×10-14.2 1×10-18.5 1×10-20.4 (3)K2CO3与钴、镍离子反应的产物是氢氧化物沉淀，室温下，在pH 8.5~9.0范围内Co2+___________(填“能”或“不能”)沉淀完全。 (5)利用硫化物分离钴镍离子，向浓度同为0.1mol·L-1的Ni2+和Co2+混合溶液中逐滴加入(NH4)2S溶液(忽略溶液体积变化)，首先生成硫化物沉淀的离子为___________________；当第二种离子生成硫化物沉淀时，第一种离子的浓度为___________mol·L-1。 【11】(2021·重庆节选)某电镀厂生产的废水经预处理后含有Cr2O72―和少量的Cu2+、Ni2+，能够采用如图流程进行逐一分离， 实现资源再利用。 已知：Ksp(CuS)=6.3 ×10-36和Ksp(NiS)=3.0×10-19 (5)若废水中还含有Cd2+，pH=4时Cd2+的浓度为_______mol·L-1，用该结果说明Cd2+影响上述流程进行分离的原因是_______(设H2S平衡浓度为1.0× 10-6mol·L-1。已知：H2S的K1=1.0×10-7，K2=7.0×10-15，Ksp(CdS)=7.0×10-27) (4)溶度积曲线：滴定曲线、溶度积曲线、直线类。 【12】(2021年1月新高考8省联考·辽宁卷)天然水体中的H2CO3与空气中的CO2保持平衡。已知Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9, 某溶洞水体中lg c(X) (X为H2CO3、HCO、CO或Ca2＋) 与pH的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A． 曲线①代表CO B．H2CO3的一级电离常数为10－8.3 C．c(Ca2＋)随 pH升高而增大 D．pH＝10.3 时，c(Ca2＋)＝2.8×10－7.9 mol·L－1 【13】(2022年海南卷)某元素M的氢氧化物M(OH)2(s)在水中的溶解反应为：M(OH)2(s)⥫⥬ M2+(aq)+2OH-(aq)，M(OH)2(s)+2OH-(aq)⥫⥬ M(OH)42―(aq)，25℃，-lgc与pH的关系如图所示，c为M2+或M(OH)42―浓度的值。下列说法错误的是 A．曲线①代表-lgc(M2+)与pH的关系 B．M(OH)2的Ksp约为1×10－10 C．向c(M2+)=0.1mol·L－1的溶液中加入NaOH溶液至pH=9.0，体系中元素M主要以M(OH)2(s)存在 D．向c[M(OH)42―]=0.1mol·L－1的溶液中加入等体积0.4mol/L的HCl后，体系中元素M主要以M2+存在 【14】（2023·全国·模拟预测）图1为和在25℃时的沉淀溶解平衡曲线，图2为向两份等体积等浓度的溶液中分别滴加等浓度的NaOH溶液和溶液滴定关系图(图1中横坐标为阴离子浓度的负对数，为浓度的负对数)。下列说法正确的是 A．X为对应直线， B．M为向溶液中滴加NaOH溶液对应的曲线 C．图1中a点对应的溶液为的不饱和溶液 D．图2中c点、b点对应取值分别为， 【15】（2023·全国·模拟预测）已知25℃时，反应的平衡常数，，。用0.02 mol·L的一元强酸HX滴定20 mL 0.02 mol·L 溶液，所得pH-V(HX)关系如图所示。已知：，下列说法错误的是 A．a点溶液中滴加0.01 mol·L-1 AgNO3溶液，先产生AgX沉淀 B．a点溶液显酸性 C．若b点，则b点 D．c点溶液中满足： 【16】（2023·山东潍坊)AgCl()和(砖红色)都是难溶电解质，以对pCl和作图的沉淀平衡曲线如图所示。下列说法正确的是 A．阴影区域AgCl和都沉淀 B． C．向含有AgCl(s)的1.0 KCl溶液中加入，白色固体逐渐变为砖红色 D．用硝酸银标准液滴定溶液中的，作指示剂的浓度在0.01左右时滴定误差较小 沉淀溶解平衡参考答案 【1】(1)取相同的浊液，加入10mL蒸馏水，观察溶解情况 (2)(3)②(4) 更难电离 比较溶液加入前后的导电性，若导电性减弱，则证明预测正确 (5) 产物的电离程度 氢氧化物自身的溶度积大小 【详解】（1）根据题意需要做对比实验以防干扰，取相同的浊液，加入10mL蒸馏水，观察溶解情况； （2）氯化铵中铵根离子与电离产生的氢氧根离子结合，生成一水合氨，促进电离，离子方程式为：； （3）根据电离常数，醋酸铵溶液呈中性，可以排除氢离子与氢氧根离子反应。由实验iii可知，溶于氯化铵溶液主要是铵根离子与氢氧根离子反应，实验结论是(2)中假设②成立； （4）溶解度小于，能溶解，说明产物更难电离，减小了浊液中离子浓度。离子浓度减小，溶液导电性减弱，可做导电实验；证明实验为：比较溶液加入前后的导电性，若导电性减弱，则证明预测正确； （5）氢氧化物在铵盐溶液中的溶解度与铵盐浓度、氢氧化物本身溶解度(溶度积)以及产物电离程度有关。 【2】B 【详解】A．氢氟酸能与二氧化硅反应生成氟化硅和水，氟化钙与浓硫酸反应生成硫酸钙和氟化氢，则糊状混合物中的氢氟酸能与玻璃中的二氧化硅反应，可用于刻蚀玻璃，故A正确； B．硫酸氢钠是强酸的钠盐，在溶液中能电离出氢离子使溶液呈酸性，故B错误； C．溶洞的形成主要源于溶解于水的二氧化碳与岩石中的碳酸钙反应生成可溶于水的碳酸氢钙，故C正确； D．酸性高锰酸钾溶液与草酸溶液反应生成硫酸钾、硫酸锰、二氧化碳和水，反应中锰元素的化合价降低被还原，硫酸锰是反应的催化剂，反应生成的硫酸锰能做反应的催化剂加快反应速率，则锰离子既是反应的还原产物又是反应的催化剂，故D正确； 故选B。 【3】 （1） 碳酸钡固体加水后，再加入足量硫酸钾溶液，一段时间后向过滤所得固体中加入盐酸，无气泡产生说明此时固体为硫酸钡，碳酸钡转化成了硫酸钡，说明，正确； （2） b＞a＞d＞c 【解析】a.100mL蒸馏水中银离子浓度为1.3×10-5mol/L； b.100mL0.2mol/LAgNO3溶液中银离子浓度为0.2mol/L； c.100mL0.1mol/L氯化铝溶液中氯离子的浓度为0.3mol/L，银离子浓度为6×10-10mol/L； d.100mL0.1mol/L盐酸溶液中氯离子的浓度为0.1mol/L，银离子浓度为1.8×10-9mol/L； 充分搅拌后，相同温度下银离子浓度由大到小的顺序是：b＞a＞d＞c； 【4】B 【详解】A．上层清液为碳酸钙的饱和溶液，碳酸根离子水解生成碳酸氢根离子，因此，A错误； B．根据Ka2=4.7×10-11可得，则碳酸根的水解平衡常数为，说明碳酸根的水解程度较大，则上层清液中含碳微粒主要为碳酸氢根离子，B正确； C．向体系中通入CO2，，c()减小，CaCO3(s)⇌Ca2+(aq)+CO(aq)正向移动，溶液中钙离子浓度增大，C错误； D．由题干可知，，，碳酸钙比硫酸钙更难溶，加入硫酸钠后碳酸钙不会转化成硫酸钙，D错误； 故答案选B。 【5】【答案】Fe3+恰好沉淀完全时，c(PO)=mol·L−1=1.3×10–17 mol·L−1，c3(Mg2+)×c2(PO)＝(0.01)3×(1.3×10–17)2=1.69×10–40＜KspMg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。 【6】(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋ (3)1.0×10－6 【解析】(2)根据三种金属阳离子完全沉淀时的pH可知：Fe3＋（完全沉淀pH为3.2）、Al3＋（完全沉淀pH为4.7）、Mg2＋（完全沉淀pH为11.1），所以依次析出的金属离子为Fe3＋、Al3＋、Mg2＋； (3) Mg2＋完全沉淀时，pH=11.1，得KspMg(OH)2=c(Mg2＋)·c2(OH－)=1.0×10－5×(10－2.9)2=10－10.8，“母液①”的pH为11.6[c(OH－)=10－2.4 mol·L－1]，所以c(Mg2＋)=KspMg(OH)2/c2(OH－)=10－10.8/(10－2.4)2=1.0×10－6mol·L－1。 【7】(1)  PbSO4(s)+CO32-(aq)= PbCO3(s)+SO42-(aq)     反应PbSO4(s)+CO32- (aq)= PbCO3(s)+SO42- (aq)的平衡常数 K= = = = = 3.4×105 > 105， PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3。 (2)反应BaSO4(s)+CO32- (aq)= BaCO3(s)+SO42- (aq)的平衡常数 K= = = = = 0.04 << 105， 反应正向进行的程度有限。 【8】常温下若处理后的废水中c(Cr3+)=6.0×10-7mol/L，c(OH-)=，c(H+)=，则处理后的废水的pH=6。 【9】【答案】5.0<pH<7.1 【详解】pH=7.1时，Mn2+→Mn(OH)2，故pH<7.1。氢氧化铝完全变成沉淀时的pH：Ksp[Al(OH)3]=1×10－33=c(Al3＋)×c3(OH－)，c(Al3＋)=1×10－6mol·L－1，得出：c(OH－)=1×10－9mol·L－1，c(H＋)=Kw/c(OH－)=10－5，pH=5，同理计算出Fe(OH)3完全变成沉淀时，pH约为3.5，故范围是：5.0<pH<7.1。 【10】(3)不能 (5)Co2+ 10-2.9 【解析】(3)若溶液pH为9，溶液中二价钴离子的浓度为 =10—4.2mol/L>10—5mol/L，则Co2+ 没有沉淀完全； (5)由题给溶度积可知，CoS的溶度积小于NiS，则向含有0.1mol/L的Ni2+和Co2+混合溶液中逐滴加入(NH4)2S溶液时，首先生成CoS沉淀；当生成NiS沉淀时，溶液中硫离子的浓度为 =10—17.5mol/L，则溶液中Co2+的浓度为 =10—2.9mol/L。 【11】1.0×10 -7     在沉淀池2中进行的沉淀Cu2+反应需要调节溶液体系pH=4，经过计算可以发现此时c(Cd2+)<1.0×10-5mol/L，可以认为Cd2+与Cu2+此时均完全沉淀，即沉淀2是CuS和CdS的混合物而无法准确分离。 【解析】H2S的K1= =1.0×10-7、K2= =7.0×10-15， pH=4时，c(S2-) ===7.0×10-20mol·L-1， 则c(Cd2+)===1.0× 10-7mol·L-1，而沉淀池2中进行的沉淀Cu2+反应需要调节溶液体系pH=4，此时c(Cd2+)=1.0× 10-7mol·L-1<1.0× 10-5mol·L-1，可以认为Cd2+与Cu2+此时均完全沉淀，即沉淀2是CuS和CdS的混合物而无法准确分离开。 【12】【答案】D 【解析】由图可知，曲线①代表HCO，A错误；由点(6.3，－5)可知，H2CO3的一级电离常数Kal＝＝1.0×10－6.3，B错误；曲线③代表Ca2＋，根据图可知，c(Ca2＋)随pH升高而减小，C错误；已知Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9，根据图示，pH＝10.3时，c(HCO)＝c(CO)＝10－1.1，则c(Ca2＋)＝＝＝2.8×10－7.9 mol·L－1，D正确。 【13】BD 【解析】由题干信息，M(OH)2(s)⥫=⥬ M2+(aq)+2OH-(aq)，M(OH)2(s)+2OH-(aq)⥫=⥬ M(OH)42―(aq)，随着pH增大，c(OH-)增大，则c(M2+)减小，c[M(OH)42―]增大，即-lg c(M2+)增大，-lg c[M(OH)42―]减小，因此曲线①代表-lg c(M2+)与pH的关系，曲线②代表-lg c[M(OH)42―]与pH的关系。 A．由分析可知，曲线①代表-lg c(M2+)与pH的关系，A正确； B．由图象，pH=7.0时，-lg c(M2+)=3.0，则M(OH)2的Ksp=c(M2+)·c2(OH-)=1×10-17，B错误 C．向c(M2+)=0.1mol/L的溶液中加入NaOH溶液至pH=9.0，根据图像，pH=9.0时，c(M2+)、c[M(OH)42―]均极小，则体系中元素M主要以M(OH)2(s)存在，C正确 D．根据图象，c[M(OH)42―]=0.1mol/L时溶液的pH约为14.5，c(OH-)≈10-14/10-14.5mol/L≈3.2mol/L，加入等体积的0.4mol/L的HCl后，发生中和反应，反应后c (OH-)=(3.2-0.4)/2mol/L=1.4mol/L，此时体系中元素M仍主要以M(OH)42―存在，D错误。 【14】A 【分析】，是定值，图1中横坐标为阴离子浓度的负对数，pCd2+为Cd2+浓度的负对数，则对应CdCO3的曲线斜率应该为-1，故直线Y是，X为。根据滴定终点可知沉淀完全时所需的氢氧化钠的体积要多一些，故M应该为溶液中滴加溶液对应的曲线，N为溶液中滴加溶液对应的曲线。 【详解】A．，是定值，图1中横坐标为阴离子浓度的负对数，pCd2+为Cd2+浓度的负对数，则对应CdCO3的曲线斜率应该为-1，故直线Y是，X为，利用曲线上点可算出，A正确； B．根据滴定终点可知沉淀完全时所需的氢氧化钠的体积要多一些，故M应该为溶液中滴加溶液对应的曲线，B错误； C．a点溶液，故a点对应的溶液为的过饱和溶液，C错误； D．c点有，，则；设b点，，，则b＜5，D错误； 故答案选A。 【15】C 【详解】A．反应的平衡常数，可得。a点时加入HX 10 mL，得到等物质的量的NaHA、Na₂A、NaX的混合溶液，此时溶液中mol·L，由得，开始生成AgX沉淀时mol·L，由得，开始生成沉淀时mol·L，因为，所以a点溶液中滴加0.01 mol·L 溶液时先产生AgX沉淀，A正确； B．结合A项分析可知，a点溶液中的和相等，的电离常数，的水解常数，可得的电离程度远大于其水解程度，的水解常数，可知的电离常数远大于的水解常数，所以a点溶液显酸性，B正确； C．由和可知，则，C错误； D．c点加入30 mL强酸HX，此时溶液中，即，将其代入电荷守恒式：得，整理得，因为c点溶液显酸性(a点时已显酸性)，，所以，D正确； 故选：C。 【16】BD 【分析】根据图像，由图可知，取纵坐标为零，计算得2线对应的，数量级为10-12，故2线代表Ag2CrO4，1线代表AgCl，以此解题。 【详解】A．纵坐标越大，银离子浓度越小，横坐标越大，阴离子浓度越小，故阴影区域AgCl和都不沉淀，A错误； B．此时时，则，B正确； C．当溶液中有1.0 KCl时，则此时氯离子的浓度为1.0，pCl=0，由图可知，此时无法形成，C错误； D．由图可知，当浓度在0.01左右时(pCrO4=2)形成所需要的银离子浓度约为10-5mol/L，根据氯化银的溶度积可知此时氯离子浓度约为1.6×10-5mol/L，氯离子接近完全沉淀，滴定误差较小，D正确； 故选BD。 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $$