内容正文:
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第九单元 水溶液中的
离子反应与平衡
第4讲 沉淀溶解平衡
1.认识难溶电解质在水溶液中存在沉淀溶解平衡,了解沉淀的生成、溶解与转化。2.能综合运用离子反应,化学平衡原理,分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题。
2
考点一
01
课时作业
05
目录
CONTENTS
考点二
02
高考真题演练
04
微专题
03
考点一 沉淀溶解平衡及其影响因素
1.难溶、微溶、可溶、易溶界定
20 ℃时,电解质在水中的溶解度与溶解性存在如下关系:
2.沉淀溶解平衡
(1)概念
在一定温度下,当难溶电解质沉淀和溶解的速率_______时,形成___________,达到平衡状态,把这种平衡称为沉淀溶解平衡。
相等
饱和溶液
考点一
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(2)沉淀溶解平衡的建立
>
=
<
考点一
6
(3)特点(适用勒夏特列原理)
=
≠
不变
考点一
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3.影响沉淀溶解平衡的因素
(1)内因
难溶电解质本身的性质,这是决定因素。
(2)外因
①浓度:加水稀释,平衡向___________的方向移动;
②温度:绝大多数难溶电解质的溶解是________过程,升高温度,平衡向___________的方向移动;
③同离子效应:向平衡体系中加入难溶物溶解产生的离子,平衡向__________的方向移动;
④其他:向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶或更难电离或气体的离子时,平衡向_______________的方向移动。
沉淀溶解
吸热
沉淀溶解
生成沉淀
沉淀溶解
考点一
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外界条件 移动方向 平衡后c(Ag+) 平衡后c(Cl-) Ksp
升高温度 ________ ________ ________ ________
加水稀释 ________ ________ ________ ________
加入少量AgNO3 ________ ________ ________ ________
通入HCl ________ ________ ________ ________
通入H2S ________ ________ ________ ________
正向
增大
增大
增大
正向
不变
不变
不变
逆向
增大
减小
不变
逆向
减小
增大
不变
正向
减小
增大
不变
考点一
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判断下列说法的正误,并指出错误说法的错因。
(1)沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的离子浓度相等,且保持不变。( )
错因:______________________________________________________________ ______________________________________
(2)向一定量的饱和NaOH溶液中加入少量Na2O固体,恢复到原来温度时,溶液中的Na+总数不变。( )
错因:______________________________________________________________ ______________________________
×
加入的Na2O固体与H2O反应,生成NaOH析出,但溶剂H2O的量减少,故饱和溶液中Na+总数减少。
×
考点一
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(3)难溶电解质达到沉淀溶解平衡时,增加难溶电解质的量,平衡向溶解方向移动。( )
错因:______________________________________________________________
错因:______________________________________________________________
(5)洗涤沉淀时,洗涤次数越多越好。( )
错因:______________________________________________________________
×
沉淀溶解达到平衡时,再加入该难溶电解质对平衡无影响。
×
×
水洗沉淀时,沉淀溶解平衡向右移动,洗涤次数越多,产物损失越大。
考点一
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1.勒夏特列原理同样适用于沉淀溶解平衡。
2.用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部转化为沉淀除去,一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时沉淀完全。
3.利用生成沉淀分离或除去某种离子,首先要求生成沉淀的反应能够发生,其次生成沉淀的反应进行得越完全越好。如除去溶液中的Mg2+,用NaOH溶液比用Na2CO3溶液好,原因是Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小。
考点一
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4.若一种沉淀剂可使溶液中多种离子产生沉淀,则可以控制条件,使这些离子先后沉淀。
(1)对同一类型的沉淀,Ksp越小越先沉淀,且Ksp相差越大,分步沉淀效果越好。
例如:含Cl-、Br-、I-的混合溶液中,由于AgCl、AgBr、AgI的Ksp相差较大,逐滴滴加Ag+可按I-、Br-、Cl-的顺序先后沉淀。
(2)对不同类型的沉淀,其沉淀先后顺序要通过计算才能确定,如AgCl和Ag2CrO4的分步沉淀。
5.通过调节某种离子的浓度,可由溶解度小的难溶电解质向溶解度大的难溶电解质转化。
考点一
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考点一
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考点一
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解析:0.1 mol·L-1 MgCl2溶液与0.5 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合得到Mg(OH)2浊液,剩余NaOH,实验②中剩余的NaOH能和氯化铁反应生成Fe(OH)3,不能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶,故C错误。
考点一
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4.某研究性学习小组通过传感器测量一定温度下溶液的电导率(电导率越大,说明溶液的导电能力越强),各物质的电导率数据如下:
序号 物质 电导率
① CaCO3(固体) 0
② H2O 7
③ CaCO3饱和溶液 37
④ CaSO4饱和溶液 389
⑤ NaCl 0.001 mol·L-1 1989
⑥ AgNO3 0.001 mol·L-1 1138
⑦ AgCl饱和溶液 13
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解析:CaCO3饱和溶液的电导率比CaSO4的小,说明CaCO3的溶解度比CaSO4的小,应生成CaCO3沉淀,故C错误。
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考点二 溶度积
常数及其应用
溶度积 离子积
概念 沉淀溶解的平衡常数 溶液中有关离子浓度幂的乘积
符号 Ksp Q
表达式 Ksp(AmBn)=_____________________,式中的浓度都是平衡浓度 Q(AmBn)=___________________,式中的浓度是任意浓度
应用 判断在一定条件下沉淀能否生成或溶解:
①Q>Ksp:溶液过饱和,有________析出;
②Q=Ksp:溶液饱和,沉淀与溶解处于________状态;
③Q<Ksp:溶液___________,无沉淀析出
cm(An+)·cn(Bm-)
cm(An+)·cn(Bm-)
沉淀
平衡
未饱和
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2.影响Ksp的因素
(1)内因:难溶物质本身的性质。
(2)外因:Ksp只受_________影响,与其他外界条件无关。绝大多数难溶电解质的溶解是________过程,升高温度,平衡向________方向移动,Ksp________。
提醒:溶解平衡一般是吸热的,但Ca(OH)2相反。
温度
吸热
溶解
增大
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3.Ksp的应用
(1)沉淀的生成
①原理:当Q>Ksp时,难溶电解质的沉淀溶解平衡向左移动,生成沉淀。
②方法
a.调节pH法,如除去NH4Cl溶液中的FeCl3杂质,可加入氨水调节pH,离子方程式为______________________________________。
b.沉淀剂法:如用H2S沉淀Cu2+,离子方程式为_________________________。
Cu2++H2S===CuS↓+2H+
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(2)沉淀的溶解
①原理:当Q<Ksp时,难溶电解质的沉淀溶解平衡向右移动,沉淀溶解。
②方法
a.酸溶解法:CaCO3溶于盐酸,离子方程式为_________________________ __________________。
b.盐溶解法:Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液。
c.氧化还原溶解法:不溶于盐酸的硫化物(如Ag2S)溶于稀HNO3。
d.配位溶解法:AgCl溶于氨水,离子方程式为AgCl+2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O。
CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
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小
更小
白
浅黄
黄
黑
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c.氟化物预防龋齿
ⅰ.牙齿表面的釉质层,主要成分是难溶的羟基磷灰石[Ca5(PO4)3OH]。
ⅱ.口腔中的有机酸使釉质层溶解:
______________________________________________。
ⅲ.氟离子能与羟基磷灰石反应,生成溶解度更小的氟磷灰石,更能抵抗酸的腐蚀。
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判断下列说法的正误,并指出错误说法的错因。
(1)25 ℃时,Ksp(Ag2CrO4)<Ksp(AgCl),则溶解度Ag2CrO4<AgCl。( )
错因:______________________________________________________________
(2)溶解度较小的沉淀一定不能转化成溶解度较大的沉淀。( )
错因:______________________________________________________________
(3)Ksp既与难溶电解质的性质和温度有关,也与沉淀的量和溶液中离子浓度有关。( )
错因:______________________________________________________________
×
相同类型的化合物才能通过溶度积直接判断溶解度。
×
在一定条件下,溶解度较小的沉淀也可以转化成溶解度较大的沉淀。
Ksp与沉淀的量和离子浓度无关。
×
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(4)常温下,向Mg(OH)2饱和溶液中加入少量NaOH固体,Mg(OH)2的Ksp增大。( )
错因:______________________________________________________________
(5)溶度积常数Ksp只受温度影响,温度升高,Ksp增大。( )
错因:______________________________________________________________
×
温度不变,Ksp[Mg(OH)2]不变。
×
Ca(OH)2的Ksp随温度的升高而减小。
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1.Ksp的意义
Ksp可以反映难溶电解质在水中的溶解能力。当化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时,Ksp越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强,一般溶解度也越大;但阴、阳离子个数比不相同时,Ksp大的难溶电解质的溶解度不一定大。
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角度一 Ksp的理解与运用
1.下列说法不正确的是( )
A.Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关
B.由于Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),所以ZnS在一定条件下可转化为CuS
C.其他条件不变,离子浓度改变时,Ksp不变
D.两种难溶电解质做比较时,Ksp越小的电解质,其溶解度一定越小
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物质(颜色) Ag2SO4(白色) Ag2S(黑色) FeS(黑色) MnS(肉色)
Ksp 1.2×10-5 6.3×10-50 6.3×10-18 2.5×10-13
2.25 ℃时,下列4种盐的溶度积常数(Ksp)分别如下表,结合相关数据分析,下列说法错误的是( )
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角度二 Ksp的归纳与计算
3.已知表中数据
物质 Fe(OH)2 Cu(OH)2 Fe(OH)3
Ksp/25 ℃ 8.0×10-16 2.2×10-20 4.0×10-36
完全沉淀时的pH范围 ≥9.6 ≥6.4 ≥3
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4.(2025·辽宁省五校高三联考)V2O5(五氧化二钒)常作为化学工业中的催化剂,广泛用于冶金化工等行业,工业上以石煤(含有V2O3、V2O5、Al2O3等)来制备V2O5的一种工艺流程如图:
已知:①NH4VO3(偏钒酸铵)是白色粉末,微溶于冷水,可溶于热水。
②V2O5、Al(OH)3沉淀生成和溶解的pH如表所示:
物质 开始沉淀pH 完全沉淀pH 沉淀开始溶解pH 沉淀完全溶解pH
V2O5 2.2 5.1 7.1 8.1
Al(OH)3 3.3 4.7 8.7 12.8
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8.1≤pH<8.7
0.8 mol·L-1
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角度三 理解与辨析沉淀溶解平衡的应用
5.下列化学原理的应用,不能用沉淀溶解平衡原理来解释的是( )
A.热纯碱溶液洗涤油污的能力比冷纯碱溶液强
B.误将钡盐[BaCl2、Ba(NO3)2]当作食盐食用后,常用0.5%的Na2SO4溶液解毒
C.石灰岩(喀斯特地貌)溶洞的形成
D.BaCO3不能作“钡餐”,而BaSO4可以
解析:热纯碱溶液洗涤油污的能力更强,应用了盐类水解原理。
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6.(2025·江西省南昌市高三质检)我国的钴(Co)资源非常贫乏,一种利用湿法炼锌净化渣回收钴的工艺如图所示。已知净化渣含有较高的锌、铜、铅、钴元素以及一定量的铁和锰元素,它们大多以金属单质和氧化物的形式存在。
已知:①298 K,Ksp(CuS)=9.0×10-36,
Ka1(H2S)=1.3×10-7,
Ka2(H2S)=7.0×10-15。
②NaClO3在酸性溶液中有强氧化性。
大多数金属硫化物都难溶于水,能选择Na2S除铜的原因是______________ _____________________________________,若加入Na2S后溶液中c(Cu2+)≈1.0×10-6 mol·L-1,c(H2S)≈1.0×10-10 mol·L-1,则溶液的pH约为________。
生成的CuS溶解度最小,先于其他的金属离子沉淀
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微专题 沉淀溶解
平衡图像的分析
微专题
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微专题
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(3)沉淀滴定图像
①b点恰好沉淀即为滴定终点;
②利用b点对应的pM可以求有关离子浓度和溶度积;
③注意溶液体积变化
微专题
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2.内化三步解题方法
第一步:明确图像中横、纵坐标的含义
横、纵坐标通常是难溶物溶解后电离出的离子浓度。
第二步:理解图像中线上点、线外点的含义
①以氯化银为例,在该沉淀溶解平衡图像中,曲线上任意一点都达到了沉淀溶解平衡状态,此时Q=Ksp。在温度不变时,饱和溶液中无论改变哪种离子的浓度,另一种离子的浓度只能在曲线上变化,不会出现在曲线以外。
②曲线上方区域的点均为过饱和溶液,此时Q>Ksp,有沉淀析出。
③曲线下方区域的点均为不饱和溶液,此时Q<Ksp,无沉淀析出。
微专题
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第三步:抓住Ksp的特点,结合选项分析判断
①沉淀溶解平衡曲线类似于溶解度曲线,曲线上任意一点都表示饱和溶液。
②从图像中找到数据,根据Ksp公式计算得出Ksp的值。
③比较溶液的Q与Ksp的大小,判断溶液中有无沉淀析出。
④涉及Q的计算时,所代入的离子浓度一定是混合溶液中的离子浓度,因此计算离子浓度时,所代入的溶液体积也必须是混合溶液的体积。
微专题
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微专题
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微专题
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微专题
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微专题
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解析:由于c(Al3+)、c(Zn2+)均为0.1 mol·L-1,则曲线③④表示的离子为c(Al3+)或c(Zn2+),由pH=0即c(H+)=1 mol·L-1时c(OH-)=10-14 mol·L-1可知曲线②代表-lg c(OH-)与pH的关系,则曲线①代表-lg c(S2-)与pH的关系。根据曲线②与曲线④的交点坐标(5.8,8.2)可知此时pH=5.8,则c(OH-)=10-8.2 mol·L-1,同时根据Ksp[Zn(OH)2]=1.2×10-17,可知曲线④为-lg c(Al3+)与pH的关系,曲线③为-lg c(Zn2+)与pH的关系,A正确;根据交点(5.6,10.8)可知,Ksp(ZnS)=c(Zn2+)·c(S2-)=10-10.8×10-10.8=10-21.6,而Ksp[Zn(OH)2]=1.2× 10-17,则当c(Zn2+)为0.1 mol·L-1时,随pH逐渐增大时,溶液中优先析出的沉淀为ZnS,B正确;
微专题
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微专题
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微专题
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高考真题演练
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2.(2024·安徽卷)环境保护工程师研究利用Na2S、FeS和H2S处理水样中的Cd2+。已知25 ℃时,H2S饱和溶液浓度约为0.1 mol·L-1,Ka1(H2S)=10-6.97,Ka2(H2S)= 10-12.90,Ksp(FeS)=10-17.20,Ksp(CdS)=10-26.10。下列说法错误的是( )
A.Na2S溶液中:c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(HS-)+2c(S2-)
B.0.01 mol·L-1 Na2S溶液中:c(Na+)>c(S2-)>c(OH-)>c(HS-)
C.向c(Cd2+)=0.01 mol·L-1的溶液中加入FeS,可使c(Cd2+)<10-8 mol·L-1
D.向c(Cd2+)=0.01 mol·L-1的溶液中通入H2S气体至饱和,所得溶液中:
c(H+)>c(Cd2+)
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7.(2024·全国甲卷)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注:加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10-5 mol·L-1,其他金属离子不沉淀,即认为完全分离。
已知:①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。
②以氢氧化物形式沉淀时,lg [c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的关系如图所示。
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回答下列问题:
(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是_________________________________ ______________。
(2)“酸浸”步骤中,CoO发生反应的化学方程式是__________________________。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此时溶液中c(Co2+)=____________mol·L-1,据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离________(填“能”或“不能”)。
(4)“沉锰”步骤中,生成1.0 mol MnO2,产生H+的物质的量为________。
增大固体与酸反应的接触面积,提高酸浸速率
CoO+H2SO4===CoSO4+H2O
1.6×10-4
不能
4.0 mol
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(5)“沉淀”步骤中,用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是___________。
(6)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,其反应的离子方程式为______________________________________________。
(7)根据题中给出的信息,从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是_______________________________________________________________________________________________________________。
Fe(OH)3
2Co2++ClO-+5H2O===2Co(OH)3↓+Cl-+4H+
向滤液中滴加NaOH溶液,边加边搅拌,控制溶液的pH接近12但不大于12,静置后过滤、洗涤、干燥
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[建议用时:40分钟]
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课时作业
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7.某温度下,Ksp(PbI2)=4×10-6,Ksp(PbS)=8×10-28。该温度下,取适量黄色PbI2固体配制成100 mL溶液,配制过程中溶液的离子浓度与时间的变化关系如图所示。下列说法中正确的是( )
A.A点处可表示PbI2的不饱和溶液
B.t时刻有可能向该PbI2溶液中加入了KI固体
C.常温下PbI2饱和溶液中的c(Pb2+)=8×10-4 mol·L-1
D.向A点处的PbI2悬浊液中加入100 mL 2×10-3 mol·L-1的Na2S溶液,平衡后溶液中的c(Pb2+)<4×10-3 mol·L-1(忽略体积变化)
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解析:A点时c(I-)不再改变,达到沉淀溶解平衡,可
表示PbI2的饱和溶液,A错误;t时刻之后c(Pb2+)逐渐减小、
c(I-)瞬间增大后减小,所以可能是向该PbI2溶液中加入了
KI固体,使PbI2的沉淀溶解平衡逆向移动,B正确;PbI2
饱和溶液中c(I-)=2c(Pb2+),Ksp(PbI2)=c(Pb2+)·c2(I-)=
4×10-6,可得该温度下,c(Pb2+)=1×10-2 mol·L-1,c(I-)=2×10-2 mol·L-1,但常温下的数值无法计算,C错误;向A点处的PbI2悬浊液中加入100 mL 2×10-3 mol·L-1的Na2S溶液,溶液体积增加1倍,c(Pb2+)=5×10-3 mol·L-1,c(S2-)=1×10-3 mol·L-1,S2-完全反应生成PbS沉淀,剩余c(Pb2+)=4×10-3 mol·L-1,PbS还存在沉淀溶解平衡,所以平衡后溶液中c(Pb2+)>4×10-3 mol·L-1,D错误。
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课时作业
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课时作业
95
二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)
9.已知:pAg=-lg c(Ag+),常温下向10 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液中滴加0.1 mol·L-1 NaCl溶液的滴定曲线Ⅰ如图所示。已知:Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)。下列说法正确的是( )
A.常温下,Ksp(AgCl)=1.0×10-5.87
B.溶液中水的电离程度:a>b=c
C.c点溶液中c(Ag+)=5×10-8.74 mol·L-1
D.将NaCl溶液换为等浓度的NaI溶液,图像变为曲线Ⅱ
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课时作业
104
三、非选择题
13.我国《生活饮用水卫生标准》中规定生活用水中镉的含量不超过0.005 mg·L-1。处理含镉废水可采用化学沉淀法。
(1)写出磷酸镉[Cd3(PO4)2]沉淀溶解平衡常数的表达式:Ksp[Cd3(PO4)2]=__________________。
(2)一定温度下,CdCO3的Ksp=4.0×10-12,Cd(OH)2的Ksp=3.2×10-14,该温度下____________[填“CdCO3”或“Cd(OH)2”]的饱和溶液中Cd2+浓度较大。
(3)向某含镉废水中加入Na2S,当S2-浓度达到7.9×10-8 mol·L-1时,废水中Cd2+的浓度为____________mol·L-1[已知Ksp(CdS)=7.9×10-27],此时镉的含量________(填“符合”或“不符合”)《生活饮用水卫生标准》。
Cd(OH)2
1.0×10-19
符合
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课时作业
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课时作业
106
14.(2025·济南市高三质量检测)利用铜转炉烟灰(主要成分为ZnO,含少量Fe3O4及Pb、Cu、As元素的化合物)制取活性氧化锌的工艺流程如下:
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课时作业
107
已知:“浸取”后,锌元素以[Zn(NH3)4]2+形式存在;25 ℃时,部分金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表(当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。
金属离子 Fe3+ Fe2+ Cu2+
开始沉淀pH 1.9 7.0 4.5
完全沉淀pH 3.2 9.0 6.4
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课时作业
108
“除杂2”中,需先将溶液的pH调至4.0~4.5,此时应选择的最佳试剂是________(填标号)。
A.氨水 B.氧化锌
C.硫酸 D.盐酸
滴加KMnO4溶液有MnO2生成,该反应的离子方程式为________________________________________________;25 ℃时,体系中Fe3+最大残留浓度为________ mol·L-1(忽略反应对溶液pH的影响)。
C
10-7.4
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课时作业
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课时作业
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课时作业
111
回答下列问题:
(1)“滤渣2”中除硫单质外,还含有的主要物质为________(填化学式)。
(2)“酸浸”中发生的氧化还原反应方程式为___________________________ ___________________________。
(3)采用氯化钙溶液作为浸出剂,进行氯盐浸出实验。研究温度、氯化钙浓度对银、铅浸出的影响曲线如图所示,则该工艺中“氯盐浸出”最适宜条件为____________________________。
CaSO4
ZnS+MnO2+2H2SO4=== MnSO4+ZnSO4+S+2H2O
60 ℃、CaCl2浓度为400 g·L-1
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课时作业
112
7.5×10-4
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课时作业
113
R
eq \a\vs4\al(固体\o(,\s\up17(溶解),\s\do17(沉淀))\x(\a\al(溶液中,的溶质)))
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(v溶解_______v沉淀,固体溶解,v溶解_______v沉淀,沉淀溶解平衡,v溶解_______v沉淀,析出晶体))
以AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq) ΔH>0为例(体系中存在不溶固体):
达到平衡时,离子浓度不变但不一定相等,与物质构成有关,如:Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq)。
(4)向Na2SO4溶液中加入过量的BaCl2溶液,则SOeq \o\al(2-,4)沉淀完全,溶液中只含Ba2+、Na+和Cl-,不含SOeq \o\al(2-,4)。( )
生成BaSO4沉淀,溶液中建立BaSO4的沉淀溶解平衡,仍含有SOeq \o\al(2-,4)。
角度一 理解与辨析沉淀溶解平衡及影响因素
1.已知Ca(OH)2溶液中存在平衡:Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)(ΔH<0),下列有关该平衡体系的说法正确的是( )
A.向溶液中加入CaO固体并恢复到原温度,溶液的pH升高
B.给溶液加热,溶液的pH升高
C.向溶液中加入Na2CO3溶液,其中固体质量增加
D.向溶液中加入少量NaOH固体,Ca(OH)2固体质量不变
2.某同学进行如图实验。下列说法不正确的是( )
A.①中存在:BaCO3(s)Ba2+(aq)+COeq \o\al(2-,3)(aq)
B.由上述实验现象可说明:BaCO3(s)+SOeq \o\al(2-,4)(aq)BaSO4(s)+COeq \o\al(2-,3)(aq)
C.③中存在:COeq \o\al(2-,3)+H2OHCOeq \o\al(-,3)+OH-
D.比较c(Ba2+)大小:③>①
角度二 探究与创新沉淀溶解平衡实验
3.某兴趣小组进行下列实验:
①将0.1 mol·L-1 MgCl2溶液和0.5 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合得到浊液 ②取少量①中浊液,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,出现红褐色沉淀 ③将①中浊液过滤,取少量白色沉淀,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,白色沉淀变为红褐色沉淀 ④另取少量白色沉淀,滴加饱和NH4Cl溶液,沉淀溶解
下列说法中不正确的是( )
A.将①中所得浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+
B.①中浊液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)
C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶
D.NH4Cl溶液中的NHeq \o\al(+,4)可能是④中沉淀溶解的原因
下列分析不正确的是( )
A.依据数据,CaCO3固体中不存在自由移动的离子
B.与②对比,说明⑦中存在:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)
C.将Na2CO3固体加入④中,可以生成CaSO4沉淀
D.⑤⑥等体积混合后过滤,推测滤液的电导率大于13
1.溶度积和离子积
以AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)为例:
Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓++,4)eq \a\vs4\al(3NH)
(3)沉淀的转化
①规律:一般说来,溶解度________的沉淀转化成溶解度_______的沉淀容易实现。两者的溶解度差别越大越易实现。
如:AgNO3溶液eq \o(――→,\s\up17(NaCl))AgCl(_______色沉淀)eq \o(――→,\s\up17(NaBr))AgBr(______色沉淀)eq \o(――→,\s\up17(NaI))AgI(______色沉淀)eq \o(――→,\s\up17(Na2S))Ag2S(______色沉淀)
②应用
a.锅炉除水垢:将CaSO4转化为CaCO3,离子方程式为___________________ _______________________________。
b.自然界中矿物的转化
原生铜的硫化物eq \o(――→,\s\up17(氧化、淋滤))CuSO4溶液
eq \o(―――――――――――――――――――――→,\s\up17(渗透、遇闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)))铜蓝(CuS)
________________________________________;
___________________________________________
CaSO4(s)+COeq \o\al(2-,3)(aq) CaCO3(s)+SOeq \o\al(2-,4)(aq)
CuSO4(aq)+ZnS(s)CuS(s)+ZnSO4(aq)
CuSO4(aq)+PbS(s)CuS(s)+PbSO4(s)
Ca5(PO4)3(OH)+4H+===5Ca2++3HPOeq \o\al(2-,4)+H2O
2.溶度积(Ksp)的有关计算
(1)已知溶度积求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp=a的饱和AgCl溶液中c(Ag+)=eq \r(a) mol·L-1。
(2)已知溶度积、溶液中某离子的浓度,求溶液中另一种离子的浓度,如某温度下,AgCl的Ksp=a,在0.1 mol·L-1 NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10a mol·L-1。
(3)计算反应的平衡常数,如反应Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq)的平衡常数K=eq \f(c(Mn2+),c(Cu2+))=eq \f(Ksp(MnS),Ksp(CuS))。
(4)求解开始沉淀和沉淀完全时的pH,如判断M(OH)n(s)Mn+(aq)+nOH-(aq)开始沉淀与沉淀完全时的pH。
①开始沉淀时pH的求法:c(OH-)=eq \r(n,\f(Ksp,c(Mn+))),c(H+)=eq \f(Kw,c(OH-)),从而确定pH。
②沉淀完全时pH的求法:当Mn+的浓度小于或等于1.0×10-5 mol·L-1时,认为该离子已经沉淀完全,c(OH-)=eq \r(n,\f(Ksp,1.0×10-5)) mol·L-1,结合Kw求出c(H+),从而确定pH。
提醒:有关Ksp的计算往往与pH的计算结合,要注意pH与c(OH-)关系的转换;难溶电解质的悬浊液即其沉淀溶解平衡状态,满足相应的Ksp。
A.除去某溶液中的Ag+用Na2S溶液比Na2SO4溶液效果好
B.25 ℃时,MnS的溶解度大于FeS的溶解度
C.向少量FeS悬浊液中加入足量饱和MnCl2溶液,沉淀颜色会由黑色变为肉色
D.向Ag2S(s)2Ag+(aq)+S2-(aq)平衡体系中加入少量Na2S固体,溶液中 c(Ag+)不变
解析:向Ag2S(s)2Ag+(aq)+S2-(aq)平衡体系中加入少量Na2S固体,溶液中c(S2-)增大,平衡逆向移动,则溶液中c(Ag+)减小,D错误。
对含等物质的量的CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3的混合溶液的下列说法中正确的是( )
A.向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先看到的是蓝色沉淀
B.该溶液中c(SOeq \o\al(2-,4))∶[c(Cu2+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)]>5∶4
C.向该溶液中加入适量氯水,调节pH到4~5后过滤,可获得纯净的CuSO4溶液
D.向该溶液中加入适量氨水,调节pH到9.6后过滤,将所得沉淀灼烧,可得等物质的量的CuO、FeO、Fe2O3三种固体的混合物
解析:由题表数据计算可知沉淀Fe3+所需pH最小,所以向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先看到的是红褐色沉淀,故A错误;Cu2+、Fe2+、Fe3+能水解,所以该溶液中c(SOeq \o\al(2-,4))∶[c(Cu2+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)]>5∶4,故B正确;向该溶液中加入适量氯水,调节pH到4~5后过滤,溶液中含有Cl-,过滤得不到纯净的CuSO4溶液,故C错误;向该溶液中加入适量氨水,调节pH到9.6后过滤,将所得沉淀灼烧,产物中不含FeO,故D错误。
回答下列问题:
(1)粗V2O5中含有Al(OH)3,可通过NaOH溶液碱溶除去,需调节pH的范围为_________________。
(2)已知:室温下,Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3,Ksp[Ca(VO3)2]=4×10-6,向偏钒酸铵的悬浊液中加入CaCl2,当溶液中c(Ca2+)=1 mol·L-1时,溶液中的c(NHeq \o\al(+,4))=_______________。
解析:(1)粗V2O5中含有Al(OH)3,可通过NaOH溶液碱溶除去,根据V2O5、Al(OH)3沉淀生成和溶解的pH可知,为使V2O5完全溶解,而Al(OH)3不溶解,需调节pH的范围为8.1≤pH<8.7。
(2)向偏钒酸铵的悬浊液中加入CaCl2,当溶液中c(Ca2+)=1 mol·L-1时,c(VOeq \o\al(-,3))=eq \r(\f(\a\vs4\al(Ksp[Ca(VO3)2]),c(Ca2+)))=eq \r(4×10-6) mol·L-1=2×10-3 mol·L-1,溶液中的c(NHeq \o\al(+,4))=-,3)eq \f(Ksp(NH4VO3),c(VO))
=eq \f(1.6×10-3,2×10-3) mol·L-1=0.8 mol·L-1。
解析:加入Na2S后的溶液中,c(Cu2+)≈1.0×10-6 mol·L-1,则溶液中的c(S2-)=eq \f(Ksp(CuS),c(Cu2+))=eq \f(9.0×10-36,1.0×10-6) mol·L-1=9.0×10-30 mol·L-1,根据Ka1(H2S)=
eq \f(c(H+)·c(HS-),c(H2S))=1.3×10-7、Ka2(H2S)=eq \f(c(H+)·c(S2-),c(HS-))=7.0×10-15知,Ka1(H2S)·Ka2(H2S)=eq \f(c2(H+)·c(S2-),c(H2S))=1.3×10-7×7.0×10-15,其中c(H2S)≈1.0×10-10 mol·L-1,则c(H+)≈0.1 mol·L-1,溶液的pH约为1。
1.准确识别三类图像模型
(1)曲线型
常温下,CaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示(Ksp=9×10-6):
①a、c点在曲线上,从a点到c点,在曲线上变化,条件是增加c(SOeq \o\al(2-,4)),如加入Na2SO4固体;从c点到a点,在曲线上变化,条件是增大c(Ca2+),Ksp不变。
②b点在曲线的上方,Q>Ksp,会有沉淀生成,从b点到曲线上,可加水稀释。
③d点在曲线的下方,Q<Ksp,为不饱和溶液,还能继续溶解CaSO4,从d点到c点,可以选择增大c(Ca2+),如加入氯化钙。
(2)直线型(pM为阳离子浓度的负对数,pR为阴离子浓度的负对数)
①直线AB上的点:c(M2+)=c(R2-)。
②溶度积:CaSO4>CaCO3>MnCO3。
③X点:对CaCO3要析出沉淀;对CaSO4是不饱和溶液,能继续溶解CaSO4。
④Y点:c(SOeq \o\al(2-,4))>c(Ca2+),二者的离子积等于10-5。
⑤Z点:c(COeq \o\al(2-,3))<c(Mn2+),二者的离子积等于10-10.6。
1.一定温度下,AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)体系中,c(Ag+)和c(Cl-)的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.a、b、c三点对应的Ksp相等
B.d点的溶液为AgCl的不饱和溶液
C.AgCl在c点的溶解度比在b点的大
D.AgCl溶于水形成的饱和溶液中,c(Ag+)=c(Cl-)
2.某温度时硫酸盐MSO4(M:Pb2+、Ba2+、Sr2+)的沉淀溶解平衡曲线如图所示。已知pM=-lg c(M),pSOeq \o\al(2-,4)=-lg c(SOeq \o\al(2-,4))。下列说法正确的是( )
A.向BaSO4悬浊液中加入浓度较大的Pb(NO3)2溶液可能转化成PbSO4
B.X、Y两点对应的SrSO4均是饱和溶液,不能继续溶解SrSO4
C.蒸发Z点的BaSO4溶液可得到C点状态的BaSO4溶液
D.溶度积:Ksp(SrSO4)<Ksp(PbSO4)<Ksp(BaSO4)
解析:由题图可知Y点对应的c(Sr2+)×c(SOeq \o\al(2-,4))<Ksp(SrSO4),所以为不饱和溶液,能继续溶解SrSO4,故B错误;由题图可知Z点对应溶液中c(Ba2+)>c(SOeq \o\al(2-,4)),蒸发Z点的BaSO4溶液不能得到C点状态的溶液,故C错误;由题图可知溶度积BaSO4<PbSO4<SrSO4,故D错误。
3.(2025·聊城市高三质检)室温下,向c(Al3+)、c(Zn2+)均为0.1 mol·L-1的混合溶液中持续通入H2S气体,始终保持H2S饱和(H2S的物质的量浓度为0.1 mol·L-1),通过调节pH使Al3+、Zn2+分别沉淀,溶液中-lg c与pH的关系如图所示。其中,c表示Al3+、Zn2+、OH-和S2-的物质的量浓度的数值,Ksp[Zn(OH)2]=1.2×10-17。下列说法错误的是( )
A.①代表-lg c(S2-)与pH的关系曲线
B.pH逐渐增大时,溶液中优先析出的沉淀为ZnS
C.Al(OH)3的Ksp=10-32.8
D.Zn2++H2SZnS+2H+的平衡常数K=10-0.4
根据交点(5.8,8.2)可知,Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)·c3(OH-)=10-8.2×(10-8.2)3=10-32.8,C正确;Zn2++H2SZnS+2H+的平衡常数表达式为K=eq \f(c2(H+),c(Zn2+)·c(H2S))=
eq \f(c2(H+)·c(S2-),c(Zn2+)·c(H2S)·c(S2-))=eq \f(c2(H+)·c(S2-),c(H2S)·Ksp(ZnS)),根据交点(5.6,10.8)可知,此时c(S2-)=10-10.8 mol·L-1,c(H+)=10-5.6 mol·L-1,c(H2S)=0.1 mol·L-1,则K=eq \f((10-5.6)2×10-10.8,0.1×10-21.6)=10-0.6,D错误。
4.(2025·哈尔滨第三中学高三质检)MB是一种难溶盐,H2B是一种二元弱酸(Ka1=1.3×10-7,Ka2=2.6×10-15),难挥发,M2+不发生水解。室温下,将MB溶于一定浓度的一元强酸HA溶液中,直到不再溶解,所得溶液中c2(H+)c2(M2+)有如图所示线性关系(已知:eq \r(6.76)=2.6,忽略溶液体积的变化),下列说法错误的是( )
A.在图示实线对应的pH范围内,溶液中c(M2+)≈c(H2B)
B.MB的溶度积Ksp(MB)≈2.0×10-24
C.溶液中存在c(HB-)+c(H+)+2c(H2B)=c(A-)+c(OH-)
D.将0.02 mol MB溶于1.0 L HA溶液中,所需HA的最低浓度为0.26 mol·L-1
解析:在图示实线对应的pH范围内,发生的反应为MB+2HA===MA2+H2B,H2B电离程度很小,可以忽略不计,M2+与H2B的浓度几乎相等,故A正确;Ksp(MB)=c(M2+)·c(B2-),Ka1×Ka2=eq \f(c2(H+)·c(B2-),c(H2B)),且由A项可知c(M2+)≈c(H2B),所以Ka1×Ka2≈eq \f(c2(H+)×\f(Ksp(MB),c(M2+)),c(M2+)),即有c2(H+)≈eq \f(Ka1×Ka2,Ksp(MB))c2(M2+),代入一组数据得Ksp(MB)≈2.0×10-24,故B正确;由质子守恒可得出c(HB-)+c(H+)+2c(H2B)=c(A-)+c(OH-),故C正确;由图可知,c(M2+)=0.02 mol·L-1时,溶液中c(H+)=eq \r(0.0676) mol·L-1=0.26 mol·L-1,再加上溶液中溶解0.02 mol MB时需消耗0.04 mol HA,故所需HA的最低浓度为0.3 mol·L-1,故D错误。
1.(2024·重庆卷)某兴趣小组探究[Cu(NH3)4](NO3)2的生成过程。若向3 mL 0.1 mol/L Cu(NO3)2溶液中逐滴加入1 mol/L氨水,则下列说法正确的是( )
A.产生少量沉淀时(pH=4.8),溶液中c(NHeq \o\al(+,4))<c(OH-)
B.产生大量沉淀时(pH=6.0),溶液中c(NHeq \o\al(+,4))>c(NOeq \o\al(-,3))
C.沉淀部分溶解时,溶液中c(Cu2+)<c(NHeq \o\al(+,4))
D.沉淀完全溶解时,溶液中2c{[Cu(NH3)4]2+}>c(NOeq \o\al(-,3))
解析:向Cu(NO3)2溶液中逐滴加入氨水的反应方程式为①Cu(NO3)2+2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH4NO3;②Cu(OH)2+4NH3·H2O===[Cu(NH3)4](OH)2+4H2O;③总反应Cu(NO3)2+4NH3·H2O===[Cu(NH3)4](NO3)2+4H2O。产生少量沉淀时(pH=4.8),按照反应①处理,溶液中的溶质为Cu(NO3)2、NH4NO3,NH4NO3在水溶液中完全电离,溶液呈酸性,溶液中c(OH-)很小,则溶液中c(NHeq \o\al(+,4))>c(OH-),A错误;产生大量沉淀时(pH=6.0),按照反应①处理,溶液中的溶质为Cu(NO3)2、NH4NO3,Cu(NO3)2、NH4NO3都电离出c(NOeq \o\al(-,3)),只有NH4NO3电离出c(NHeq \o\al(+,4)),且NHeq \o\al(+,4)会水解,所以c(NHeq \o\al(+,4))<c(NOeq \o\al(-,3)),B错误;沉淀完全溶解时,按照反应③处理,溶液中的溶质为[Cu(NH3)4](NO3)2,[Cu(NH3)4]2+部分水解,NOeq \o\al(-,3)不水解,所以溶液中2c{[Cu(NH3)4]2+}<c(NOeq \o\al(-,3)),D错误。
解析:Na2S溶液中存在电荷守恒,即c(H+)+c(Na+)=c(OH-)+c(HS-)+2c(S2-),A正确;0.01 mol·L-1 Na2S溶液中,S2-水解使溶液呈碱性,其水解常数为Kh(S2-)=eq \f(c(OH-)·c(HS-),c(S2-))=eq \f(Kw,Ka2)=eq \f(10-14,10-12.9)=10-1.1,根据硫元素守恒可知c(HS-)<10-2 mol·L-1,所以eq \f(c(OH-),c(S2-))>1,则c(OH-)>c(S2-),B错误;Ksp(FeS)远远大于Ksp(CdS),向c(Cd2+)=0.01 mol·L-1的溶液中加入FeS时,可以发生沉淀的转化,该反应的平衡常数为K=eq \f(Ksp(FeS),Ksp(CdS))=eq \f(10-17.20,10-26.10)=108.9≫105,因此该反应可以进行完全,
CdS的饱和溶液中c(Cd2+)=eq \r(10-26.10) mol·L-1=10-13.05 mol·L-1,若加入足量FeS可使c(Cd2+)< 10-8 mol·L-1,C正确;Cd2++H2SCdS+2H+的平衡常数K=eq \f(c2(H+),c(Cd2+)·c(H2S))=eq \f(Ka1·Ka2,Ksp(CdS))=eq \f(10-6.97×10-12.90,10-26.10)=106.23≫105,该反应可以进行完全,因此,当向c(Cd2+)=0.01 mol·L-1的溶液中通入H2S气体至饱和,Cd2+可以完全沉淀,所得溶液中c(H+)>c(Cd2+),D正确。
3.(2024·辽宁卷)25 ℃下,AgCl、AgBr和Ag2CrO4的沉淀溶解平衡曲线如下图所示。某实验小组以K2CrO4为指示剂,用AgNO3标准溶液分别滴定含Cl-水样、含Br-水样。
已知:①Ag2CrO4为砖红色沉淀;②相同条件下AgCl溶解度大于AgBr;③25 ℃时,pKa1 (H2CrO4)=0.7,pKa2 (H2CrO4)=6.5。
下列说法错误的是( )
A.曲线②为AgCl沉淀溶解平衡曲线
B.反应Ag2CrO4+H+2Ag++HCrOeq \o\al(-,4)的平衡常数K=10-5.2
C.滴定Cl-时,理论上混合液中指示剂浓度不宜超过10-2.0 mol·L-1
D.滴定Br-达终点时,溶液中2-,4)eq \f(c(Br-),c(CrO))
=10-0.5
解析:由于AgCl和AgBr中阴、阳离子个数比均为1∶1,即两者图像平行,所以①代表Ag2CrO4的沉淀溶解平衡曲线,由于相同条件下,AgCl溶解度大于AgBr,即Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr),所以②代表AgCl的沉淀溶解平衡曲线,则③代表AgBr的沉淀溶解平衡曲线,根据①上的点(2.0,7.7),可求得Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)×c(CrOeq \o\al(2-,4))=(10-2)2×10-7.7=10-11.7,根据②上的点(2.0,7.7),可求得Ksp(AgCl)=c(Ag+)×c(Cl-)=10-2×10-7.7=10-9.7,根据③上的点(6.1,6.1),可求得Ksp(AgBr)=c(Ag+)×c(Br-)=10-6.1×10-6.1=10-12.2。由分析得,A正确;反应Ag2CrO4+H+2Ag++HCrOeq \o\al(-,4)的平衡常数K=-,4)eq \f(c2(Ag+)·c(HCrO),c(H+))
=
2-,4)eq \f(c2(Ag+)·c(CrO)·c(HCrOeq \o\al(-,4)),c(H+)·c(CrOeq \o\al(2-,4)))
=eq \f(Ksp(Ag2CrO4),Ka2(H2CrO4))=eq \f(10-11.7,10-6.5)=10-5.2,B正确;当Cl-恰好滴定完全时,c(Ag+)=eq \r(Ksp(AgCl))=10-4.85 mol·L-1,即c(CrOeq \o\al(2-,4))=eq \f(Ksp(Ag2CrO4),c2(Ag+))=eq \f(10-11.7,(10-4.85)2) mol·L-1=10-2.0 mol·L-1,因此,指示剂的浓度不宜超过10-2.0 mol·L-1,C正确;当Br-达滴定终点时,c(Ag+)=c(Br-)=eq \r(Ksp(AgBr))=10-6.1 mol·L-1,即c(CrOeq \o\al(2-,4))=eq \f(Ksp(Ag2CrO4),c2(Ag+))=eq \f(10-11.7,(10-6.1)2) mol·L-1=100.5 mol·L-1,2-,4)eq \f(c(Br-),c(CrO))
=eq \f(10-6.1,100.5)=10-6.6,D错误。
4.(2023·全国甲卷)下图为Fe(OH)3、Al(OH)3和Cu(OH)2在水中达沉淀溶解平衡时的pMpH关系图{pM=-lg [c(M)/(mol·L-1)];c(M)≤10-5 mol·L-1可认为M离子沉淀完全}。下列叙述正确的是( )
A.由a点可求得Ksp[Fe(OH)3]=10-8.5
B.pH=4时的Al(OH)3溶解度为eq \f(10-10,3) mol·L-1
C.浓度均为0.01 mol·L-1的Al3+和Fe3+可通过分步沉淀进行分离
D.Al3+、Cu2+混合溶液中c(Cu2+)=0.2 mol·L-1时二者不会同时沉淀
解析:由点a(2,2.5)可知,此时pH=2,pOH=12,则Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=10-2.5×10-(12×3)=10-38.5,A错误;由点(5,6)可知,此时pH=5,pOH=9,则Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)·c3(OH-)=10-6×10-(9×3)=10-33,pH=4时Al(OH)3的溶解度为eq \f(10-33,(10-10)3) mol·L-1=10-3 mol·L-1,B错误;由题图中数据计算可知,Al3+沉淀完全时,pH约为4.7,Cu2+刚要开始沉淀,此时c(Cu2+)=0.1 mol·L-1,若c(Cu2+)=0.2 mol·L-1>0.1 mol·L-1,则Al3+、Cu2+会同时沉淀,D错误。
5.(2023·浙江1月选考)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:CaCO3(s)Ca2+(aq)+COeq \o\al(2-,3)(aq)[已知Ksp(CaCO3)=3.4×10-9,Ksp(CaSO4)=4.9×10-5,H2CO3的电离常数Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11],下列有关说法正确的是( )
A.上层清液中存在c(Ca2+)=c(COeq \o\al(2-,3))
B.上层清液中含碳微粒最主要以HCOeq \o\al(-,3)形式存在
C.向体系中通入CO2气体,溶液中c(Ca2+)保持不变
D.通过加Na2SO4溶液可实现CaCO3向CaSO4的有效转化
解析:上层清液为CaCO3的饱和溶液,COeq \o\al(2-,3)存在水解平衡,根据元素守恒,c(Ca2+)=c(COeq \o\al(2-,3))+c(HCOeq \o\al(-,3))+c(H2CO3),A错误;向体系中通入CO2气体,发生反应:CaCO3+H2O+CO2===Ca(HCO3)2,CaCO3(s)转化为可溶的Ca(HCO3)2,溶液中c(Ca2+)增大,C错误;CaCO3(s)+SOeq \o\al(2-,4)(aq)CaSO4(s)+COeq \o\al(2-,3)(aq)的平衡常数K=2-,3)eq \f(c(CO),c(SOeq \o\al(2-,4)))
=eq \f(Ksp(CaCO3),Ksp(CaSO4))≈6.9×10-5,加Na2SO4溶液不易实现CaCO3向CaSO4的有效转化,D错误。
6.(2023·北京卷)利用平衡移动原理,分析一定温度下Mg2+在不同pH的Na2CO3体系中的可能产物。
已知:①图1中曲线表示Na2CO3体系中各含碳粒子的物质的量分数与pH的关系。
②图2中曲线Ⅰ的离子浓度关系符合c(Mg2+)·c2(OH-)=Ksp[Mg(OH)2];曲线Ⅱ的离子浓度关系符合c(Mg2+)·c(COeq \o\al(2-,3))=Ksp(MgCO3)[注:起始c(Na2CO3)=0.1 mol·L-1,不同pH下c(COeq \o\al(2-,3))由图1得到]。
下列说法不正确的是( )
A.由图1,pH=10.25,c(HCOeq \o\al(-,3))=c(COeq \o\al(2-,3))
B.由图2,初始状态pH=11、lg [c(Mg2+)]=-6,无沉淀生成
C.由图2,初始状态pH=9、lg [c(Mg2+)]=-2,平衡后溶液中存在c(H2CO3)+c(HCOeq \o\al(-,3))+c(COeq \o\al(2-,3))=0.1 mol·L-1
D.由图1和图2,初始状态pH=8、lg [c(Mg2+)]=-1,发生反应:Mg2++2HCOeq \o\al(-,3)===MgCO3↓+CO2↑+H2O
解析:从图1可以看出pH=10.25时,碳酸氢根离子与碳酸根离子浓度相同,A正确;从图2可以看出pH=11、lg [c(Mg2+)]=-6时,该点位于曲线Ⅰ和曲线Ⅱ的下方,不会产生碳酸镁沉淀或氢氧化镁沉淀,B正确;从图2可以看出pH=9、lg [c(Mg2+)]=-2时,该点位于曲线Ⅱ的上方,会生成碳酸镁沉淀,根据元素守恒,溶液中c(H2CO3)+c(HCOeq \o\al(-,3))+c(COeq \o\al(2-,3))<0.1 mol·L-1,C错误;pH=8时,溶液中主要含碳微粒是HCOeq \o\al(-,3),pH=8、lg [c(Mg2+)]=-1时,该点位于曲线Ⅱ的上方,会生成碳酸镁沉淀,因此反应的离子方程式为Mg2++2HCOeq \o\al(-,3)===MgCO3↓+H2O+CO2↑,D正确。
解析:(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此时溶液中c(S2-)=eq \f(2.5×10-22,10-5) mol·L-1=2.5×10-17 mol·L-1,则c(Co2+)=eq \f(4.0×10-21,2.5×10-17) mol·L-1=1.6×10-4 mol·L-1,c(Co2+)小于0.10 mol·L-1,说明大部分Co2+也转化为硫化物沉淀,据此判断不能实现Zn2+和Co2+的完全分离。
(4)“沉锰”步骤中,Na2S2O8将Mn2+氧化为二氧化锰除去,发生的反应为S2Oeq \o\al(2-,8)+Mn2++2H2O===MnO2↓+4H++2SOeq \o\al(2-,4),因此,生成1.0 mol MnO2,产生H+的物质的量为4.0 mol。
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1.下列解释实验事实的方程式不正确的是( )
A.向AgCl浊液中滴入KI溶液,白色沉淀变黄:AgCl(s)+I-(aq)AgI(s)+Cl-(aq)
B.含少量H2S的乙炔通入CuSO4溶液,生成黑色沉淀:Cu2++S2-===CuS↓
C.电解CuCl2溶液,有红色固体和刺激性气味气体产生:Cu2++2Cl-eq \o(=====,\s\up16(通电))Cu+Cl2↑
D.CuSO4溶液遇到闪锌矿转变为铜蓝:Cu2+(aq)+ZnS(s)CuS(s)+Zn2+(aq)
2.(2025·保定模拟)在一定温度下,当过量的Mg(OH)2固体在水溶液中达到平衡时:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),要使Mg(OH)2固体增加,c(OH-)增加,可采取的措施是( )
A.加适量的水
B.通入少量HCl气体
C.加少量NaOH固体
D.加少量MgSO4固体
3.关于沉淀溶解平衡和溶度积常数,下列说法不正确的是( )
A.将饱和Na2SO4溶液加入饱和石灰水中,有白色沉淀产生,说明Ksp[Ca(OH)2]大于Ksp(CaSO4)
B.Ksp与溶液中的离子浓度无关
C.已知25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,该温度下反应Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数K=4.0×104
D.已知25 ℃时,Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,在MgCl2溶液中加入氨水,测得混合液的pH=11,则溶液中的c(Mg2+)为1.8×10-5 mol·L-1
解析:CaSO4与Ca(OH)2组成不同,不能根据溶解度比较其Ksp大小,A错误;Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,B正确;K=eq \f(c(Fe3+),c3(H+))=eq \f(c(Fe3+)·c3(OH-),c3(H+)·c3(OH-))=3,w)eq \f(Ksp[Fe(OH)3],K)
=eq \f(4.0×10-38,10-42)=4×104,C正确;c(Mg2+)=eq \f(Ksp[Mg(OH)2],c2(OH-))=eq \f(1.8×10-11,(10-3)2) mol·L-1=1.8×10-5 mol·L-1,D正确。
4.已知常温下Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgBr)=5×10-13,下列有关说法错误的是( )
A.饱和AgCl、AgBr的混合溶液中:eq \f(c(Cl-),c(Br-))=360
B.向AgCl悬浊液中滴加浓NaBr溶液会产生淡黄色沉淀
C.AgCl在水中溶解度及Ksp均比在NaCl溶液中的大
D.欲用1 L NaCl溶液将0.01 mol AgBr转化为AgCl,则c(NaCl)≥3.61 mol·L-1
解析:在饱和AgCl、AgBr的混合溶液中,eq \f(c(Cl-),c(Br-))=eq \f(Ksp(AgCl),Ksp(AgBr))=eq \f(1.8×10-10,5×10-13)=360,A正确;AgBr比AgCl更难溶,向AgCl悬浊液中滴加浓NaBr溶液,可发生沉淀转化生成更难溶的淡黄色沉淀,B正确;NaCl溶液中c(Cl-)较大,使AgCl的沉淀溶解平衡逆向移动,故AgCl在NaCl溶液中的溶解度比在水中小,但Ksp只与温度有关,则Ksp(AgCl)在水中和在NaCl溶液中相等,C错误;AgBr转化为AgCl的反应为AgBr(s)+Cl-(aq)AgCl(s)+Br-(aq),则平衡常数K=eq \f(c(Br-),c(Cl-))=eq \f(Ksp(AgBr),Ksp(AgCl)),当AgBr全部转化为AgCl时,溶液中c(Br-)=0.01 mol·L-1,将有关数据代入上式可得平衡时c(Cl-)=3.6 mol·L-1,AgBr转化过程中消耗了0.01 mol·L-1 NaCl,故原溶液中c(NaCl)≥3.61 mol·L-1,D正确。
5.室温下,用过量0.5 mol/L Na2CO3溶液浸泡CaSO4粉末,一段时间后过滤,向滤渣中加稀醋酸,产生气泡。[当溶液中剩余的离子浓度小于1×10-5 mol/L时,化学上通常认为该离子已经完全沉淀。已知:Ksp(CaSO4)=5×10-5,Ksp(CaCO3)=3×10-9]下列说法正确的是( )
A.浸泡后CaSO4未完全转化为CaCO3
B.0.5 mol/L Na2CO3溶液中存在:c(OH-)=c(H+)+c(HCOeq \o\al(-,3))+c(H2CO3)
C.反应CaSO4+COeq \o\al(2-,3)CaCO3+SOeq \o\al(2-,4)正向进行,需满足2-,4)eq \f(c(SO),c(COeq \o\al(2-,3)))
>eq \f(5,3)×104
D.过滤后所得清液中一定存在:c(Ca2+)=2-,3)eq \f(Ksp(CaCO3),c(CO))
且c(Ca2+)<2-,4)eq \f(Ksp(CaSO4),c(SO))
解析:用过量0.5 mol/L Na2CO3溶液浸泡CaSO4粉末,则浸泡后c(Ca2+)=2-,3)eq \f(Ksp(CaCO3),c(CO))
=eq \f(3×10-9,0.5) mol/L=6×10-9 mol/L<1×10-5 mol/L,可以认为浸泡后CaSO4完全转化为CaCO3,A错误;由质子守恒可知,0.5 mol/L Na2CO3溶液中存在:c(OH-)=c(H+)+c(HCOeq \o\al(-,3))+2c(H2CO3),B错误;反应CaSO4+COeq \o\al(2-,3)CaCO3+SOeq \o\al(2-,4)的K=eq \f(Ksp(CaSO4),Ksp(CaCO3))=eq \f(5×10-5,3×10-9)=eq \f(5,3)×104,反应正向进行,需满足2-,4)eq \f(c(SO),c(COeq \o\al(2-,3)))
<eq \f(5,3)×104,C错误。
6.(2025·武汉市高三调研)工业上使用Na2CO3溶液可将BaSO4转化为BaCO3。一定温度下BaSO4和BaCO3的沉淀溶解平衡曲线如图所示。已知Ksp(BaCO3)>Ksp(BaSO4),处理过程中忽略溶液体积的变化,lg 5≈0.7。
下列说法错误的是( )
A.曲线Ⅰ为BaCO3的沉淀溶解平衡曲线,Ksp(BaCO3)=5×10-9
B.向m点饱和溶液中加入适量BaCl2固体,可使溶液由m点变到n点
C.p点条件下,能生成BaSO4沉淀,不能生成BaCO3沉淀
D.用1 L 1.8 mol·L-1 Na2CO3溶液处理46.6 g BaSO4,处理5次可使SOeq \o\al(2-,4)完全进入溶液
解析:根据曲线Ⅰ上点(5,3.3)可计算出Ksp=10-8.3=100.7-9≈5×10-9,根据曲线Ⅱ上点(5,5)可计算出Ksp=10-10,结合Ksp(BaCO3)>Ksp(BaSO4),可知曲线Ⅰ为BaCO3的沉淀溶解平衡曲线,Ksp(BaCO3)=5×10-9,A正确;曲线Ⅱ为BaSO4的沉淀溶解平衡曲线,向m点饱和溶液中加入适量BaCl2固体,c(Ba2+)增大,c(SOeq \o\al(2-,4))减小,则-lg c(Ba2+)减小,-lg c(SOeq \o\al(2-,4))增大,可使溶液由m点变到n点,B正确;-lg c(Ba2+)相等时,p点对应的纵坐标比曲线Ⅰ对应的纵坐标大,则p点c(Ba2+)·c(COeq \o\al(2-,3))<Ksp(BaCO3),无BaCO3沉淀生成,同理,p点c(Ba2+)·c(SOeq \o\al(2-,4))>Ksp(BaSO4),有BaSO4沉淀生成,C正确;
设每次用1 L 1.8 mol·L-1 Na2CO3溶液能处理x mol BaSO4,根据反应方程式,处理1次后溶液中c(SOeq \o\al(2-,4))=x mol·L-1,c(COeq \o\al(2-,3))=(1.8-x) mol·L-1,BaSO4(s)+COeq \o\al(2-,3)(aq)BaCO3(s)+SOeq \o\al(2-,4)(aq) K=2-,4)eq \f(c(SO),c(COeq \o\al(2-,3)))
=eq \f(Ksp(BaSO4),Ksp(BaCO3)),则eq \f(x,1.8-x)=eq \f(10-10,5×10-9),解得x≈0.035,则处理46.6 g(0.2 mol) BaSO4的次数为eq \f(0.2,0.035)≈5.7,因此至少需要处理6次,D错误。
8.工业上可通过如图所示流程回收铅酸蓄电池中的铅,下列有关说法不正确的是( )
A.PbSO4在水中存在沉淀溶解平衡:PbSO4(s)Pb2+(aq)+SOeq \o\al(2-,4)(aq)
B.生成PbCO3的离子方程式为PbSO4(s)+COeq \o\al(2-,3)(aq)PbCO3(s)+SOeq \o\al(2-,4)(aq)
C.滤液中不存在Pb2+
D.pH:滤液<饱和Na2CO3溶液
解析:PbSO4难溶于水,在水中存在沉淀溶解平衡:PbSO4(s)Pb2+(aq)+SOeq \o\al(2-,4)(aq),A正确;铅膏(主要成分为PbSO4)中加入饱和Na2CO3溶液,过滤得到PbCO3的离子方程式为PbSO4(s)+COeq \o\al(2-,3)(aq)PbCO3(s)+SOeq \o\al(2-,4)(aq),B正确;PbSO4、PbCO3都难溶于水,在水中都存在沉淀溶解平衡,故滤液中仍存在Pb2+,C错误;滤液中溶质主要为Na2SO4,含有少量COeq \o\al(2-,3),其中c(COeq \o\al(2-,3))小于饱和Na2CO3溶液中的c(COeq \o\al(2-,3)),则滤液中COeq \o\al(2-,3)水解产生的c(OH-)小于饱和Na2CO3溶液中COeq \o\al(2-,3)水解产生的c(OH-),故pH:滤液<饱和Na2CO3溶液,D正确。
解析:由题图可知,b点时,Ag+与Cl-恰好完全反
应生成AgCl沉淀,pAg=-lg c(Ag+)=4.87,c(Ag+)=
10-4.87 mol·L-1,则c(Cl-)=10-4.87 mol·L-1,Ksp(AgCl)
=c(Ag+)·c(Cl-)=1.0×10-9.74,A错误;a点溶质为等物质
的量的AgNO3和NaNO3,AgNO3为强酸弱碱盐,Ag+水解
促进水的电离,b点溶质为NaNO3,c点溶质为NaCl和
NaNO3,NaCl和NaNO3均不影响水的电离,故水的电离程度:a>b=c,B正确;c点溶液中c(Cl-)=(5×10-3 L×0.1 mol·L-1)÷(25×10-3 L)=0.02 mol·L-1,又Ksp(AgCl)=1.0×10-9.74,则c(Ag+)=eq \f(1.0×10-9.74,0.02) mol·L-1=5×10-8.74 mol·L-1,C正确;与AgCl相比,碘化银的Ksp更小,所以把0.1 mol·L-1的NaCl溶液换成0.1 mol·L-1的NaI溶液,当加入的溶液的体积相同时,溶液中c(Ag+)更小,则pAg更大,D错误。
10.常温下,用HCl(g)调节SrF2浊液的pH,测得在通入HCl(g)的过程中,体系中-lg c(X)(X代表Sr2+或F-)与-lg eq \f(c(H+),c(HF))的关系如图所示。下列说法错误的是( )
已知:SrF2为微溶于水,溶于盐酸,不溶于氢氟酸、乙醇和丙酮的固体。
A.Ksp(SrF2)=10-8.4
B.L2表示-lg c(Sr2+)的变化情况
C.随着HCl的加入,SrF2溶解度逐渐增大
D.m、n点对应的溶液中均存在c(H+)=c(Cl-)+c(OH-)
解析:HF的电离平衡常数Ka=eq \f(c(F-)·c(H+),c(HF)),纵
坐标相当于-lg eq \f(Ka,c(F-)),随着-lg eq \f(Ka,c(F-))变大,c(F-)
变大,-lg c(F-)变小,则L2表示-lg c(F-)的变化情况,
L1表示-lg c(Sr2+)的变化情况,根据m、n两点的数据,得Ksp(SrF2)=c(Sr2+)·c2(F-)=10-8.4,A正确;根据A项分析,L2表示-lg c(F-)的变化情况,B错误;随着HCl的加入,SrF2沉淀溶解平衡正向移动,溶解度增大,C正确;m、n点时的溶液中均存在电荷守恒:2c(Sr2+)+c(H+)=c(F-)+c(Cl-)+c(OH-),又根据SrF2组成可知,溶液中存在元素守恒为2c(Sr2+)=c(F-)+c(HF),可得c(HF)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),D错误。
11.25 ℃时,用NaOH溶液分别滴定HX、CuSO4、FeSO4三种溶液,pMeq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(p表示负对数,M表示\f(c(HX),c(X-))、c(Cu2+)、c(Fe2+)))随pH的变化关系如图所示,已知:Ksp[Fe(OH)2]>Ksp[Cu(OH)2](不考虑二价铁的氧化)。下列说法错误的是( )
A.②代表滴定FeSO4溶液的变化关系
B.经计算,Cu(OH)2固体难溶于HX溶液
C.调节溶液的pH=6.0时,可将工业废水
中的Cu2+沉淀完全
D.滴定HX溶液至a点时,溶液中c(Na+)>c(X-)>c(OH-)>c(H+)
解析:根据题图及分析可知,①代表滴定CuSO4溶液的变化关系,②代表滴定FeSO4溶液的变化关系,③代表滴定HX溶液的变化关系。pH=4.2时,c(OH-)=eq \f(Kw,c(H+))=eq \f(10-14,10-4.2) mol·L-1=10-9.8 mol·L-1,c(Cu2+)=1.0 mol·L-1,则Ksp[Cu(OH)2]=1.0× (10-9.8)2=10-19.6,同理可得,Ksp[Fe(OH)2]=10-15,Ka(HX)=10-5。由上述分析知,A正确;Cu(OH)2+2HXCu2++2X-+2H2O,反应的平衡常数K=eq \f(c(Cu2+)·c2(X-),c2(HX))=eq \f(c(Cu2+)·c2(X-),c2(HX))×eq \f(c2(OH-)·c2(H+),c2(OH-)·c2(H+))=2,a)eq \f(Ksp[Cu(OH)2]×K,Keq \o\al(2,w))
=eq \f(10-19.6×(10-5)2,(10-14)2)=10-1.6,则Cu(OH)2固体难溶于HX溶液,B正确;
调节溶液的pH=6.0时,c(OH-)=10-8 mol·L-1,c(Cu2+)=eq \f(Ksp[Cu(OH)2],c2(OH-))=eq \f(10-19.6,(10-8)2) mol·L-1=10-3.6 mol·L-1>10-5 mol·L-1,Cu2+沉淀不完全,C错误;a点为滴定HX和FeSO4溶液曲线的交点,此时eq \f(c(HX),c(X-))=c(Fe2+),即eq \f(c(H+),Ka)=eq \f(Ksp[Fe(OH)2],c2(OH-)),c(OH-)=eq \f(Ksp[Fe(OH)2]×Ka,Kw)=10-6 mol·L-1,则a点的横坐标为8,再由电荷守恒知,D正确。
12.向工业废水中加入硫化物可以获得CuS、FeS纳米粒子[已知Ksp(FeS)=6.3× 10-18,Ksp(CuS)=1.3×10-36],下列说法正确的是( )
A.FeS固体不能用于去除工业废水中的Cu2+
B.向FeSO4和CuSO4混合溶液中加入Na2S溶液,当两种沉淀共存时, c(Cu2+)∶c(Fe2+)≈1018
C.向CuS饱和溶液中加入CuCl2固体,CuS的沉淀溶解平衡逆向移动,滤液中一定存在c(Cu2+)=eq \f(Ksp(CuS),c(S2-))
D.已知H2S溶液中Ka1·Ka2=1×10-21,可判断CuS易溶于稀盐酸
解析:根据Ksp(CuS)<Ksp(FeS)可知,FeS固体能用于去除工业废水中的Cu2+,A错误;向FeSO4和CuSO4混合溶液中加入Na2S溶液,当两种沉淀共存时,eq \f(c(Cu2+),c(Fe2+))=eq \f(Ksp(CuS),Ksp(FeS))=eq \f(1.3×10-36,6.3×10-18)≈2.1×10-19,B错误;CuS存在沉淀溶解平衡CuS(s)Cu2+(aq)+S2-(aq),向CuS饱和溶液中加入CuCl2固体,铜离子浓度增大,因此CuS的沉淀溶解平衡逆向移动,根据溶度积常数得到滤液中一定存在c(Cu2+)=eq \f(Ksp(CuS),c(S2-)),C正确;若要溶解CuS需发生反应:CuS(s)+2H+(aq)===Cu2+(aq)+H2S(aq),则K=eq \f(c(Cu2+)·c(H2S),c2(H+))=eq \f(Ksp(CuS),Ka1·Ka2)=eq \f(1.3×10-36,1×10-21)=1.3×10-15,平衡常数很小,反应几乎不能发生,可判断CuS难溶于稀盐酸,D错误。
c3(Cd2+)·c2(POeq \o\al(3-,4))
解析:(2)CdCO3饱和溶液中c(Cd2+)=eq \r(Ksp(CdCO3))=eq \r(4.0×10-12) mol·L-1=2.0×10-6 mol·L-1,Cd(OH)2饱和溶液中c(Cd2+)=eq \r(3,\f(\a\vs4\al(Ksp[Cd(OH)2]),4))=eq \r(3,\f(3.2×10-14,4)) mol·L-1=2.0×10-5 mol·L-1,则Cd(OH)2的饱和溶液中Cd2+浓度较大。
(3)当S2-浓度达到7.9×10-8 mol·L-1时,废水中Cd2+的浓度c(Cd2+)=eq \f(Ksp(CdS),c(S2-))=eq \f(7.9×10-27,7.9×10-8) mol·L-1=1.0×10-19 mol·L-1,即为1.0×10-19×112×103 mg·L-1<0.005 mg·L-1,符合《生活饮用水卫生标准》。
MnOeq \o\al(-,4)+3Fe2++7H2O===MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+
解析:
根据Fe3+完全沉淀时pH=3.2,可得Ksp[Fe(OH)3]=10-5×(10-10.8)3=10-37.4,pH调至4.0~4.5,则c(OH-)最小为10-10 mol·L-1,体系中Fe3+最大残留浓度为eq \f(Ksp[Fe(OH)3],c3(OH-))=eq \f(10-37.4,(10-10)3) mol·L-1=10-7.4 mol·L-1。
15.工业上制取ZnO的浸出渣中含ZnS、PbO、Ag2O等,现通过如图工艺流程回收其中的Ag和Pb。
已知:
Ksp(PbCl2)=2.0×10-5
Ksp(PbSO4)=1.5×10-8
Ksp(AgCl)=1.8×10-10
Ksp(Ag2SO4)=1.4×10-5
PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCleq \o\al(2-,4)(aq)
AgCl(s)+3Cl-(aq)AgCleq \o\al(3-,4)(aq)。
(4)“氯盐浸出”中的氯盐若为NaCl,则PbSO4(s)+2Cl-(aq)PbCl2(s)+SOeq \o\al(2-,4)(aq)的平衡常数为____________________;相比于NaCl,选择CaCl2的优点为________________________________________________________________________________________________________________。
(5)“铅板置换”析出海绵银的离子方程式为_____________________________。
用CaCl2还可除去SOeq \o\al(2-,4),避免SOeq \o\al(2-,4)浓度升高造成对浸出反应的抑制作用,从而促使反应向生成PbCl2和AgCl的方向进行
Pb+2AgCleq \o\al(3-,4)===2Ag+PbCleq \o\al(2-,4)+4Cl-
$$