第3章 第4节 沉淀溶解平衡-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1创新导学案全书Word(人教版2019 单选版)
2025-10-06
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教辅
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 化学 |
| 教材版本 | 高中化学人教版选择性必修1 化学反应原理 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 第四节 沉淀溶解平衡 |
| 类型 | 学案-导学案 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 学年 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | DOCX |
| 文件大小 | 955 KB |
| 发布时间 | 2025-10-06 |
| 更新时间 | 2025-10-06 |
| 作者 | 河北华冠图书有限公司 |
| 品牌系列 | 金版教程·高中同步导学案 |
| 审核时间 | 2025-07-24 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/53177699.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
化学 选择性必修1 RJ(单选版)
第四节 沉淀溶解平衡
1.知道难溶电解质的沉淀溶解平衡及其影响因素。2.知道Ksp的意义,能根据Q和Ksp的大小关系判断难溶电解质的沉淀或溶解情况。3.能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质,并能解决生产、生活和实践中的实际问题。
一、难溶电解质的沉淀溶解平衡
1.常温时,溶解性与溶解度的关系
2.沉淀溶解平衡的建立
当AgNO3与NaCl在溶液中反应生成AgCl沉淀时,在体系中存在反应:Ag+(aq)+Cl-(aq) AgCl(s)。从固体溶解和沉淀生成的角度分析,AgCl在溶液中存在两个过程:
(1)溶解:在水分子作用下,少量Ag+和Cl-脱离AgCl固体表面进入溶液。
(2)沉淀:溶液中的Ag+和Cl-受AgCl表面阴、阳离子的吸引,回到AgCl固体表面析出。在一定温度下,当沉淀和溶解速率相等时,得到AgCl的饱和溶液。即建立下列动态平衡:
人们把这种平衡称为沉淀溶解平衡。
3.溶度积
(1)概念
与电离平衡、水解平衡一样,难溶电解质的沉淀溶解平衡也存在平衡常数,称为溶度积常数,简称溶度积,符号为Ksp。
(2)表达式
沉淀溶解平衡Ag2S(s)2Ag+(aq)+S2-(aq)的溶度积常数可表示为Ksp=c2(Ag+)·c(S2-)。
(3)意义
Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力,与难溶电解质的性质和温度有关。
(4)应用
通过比较溶度积常数Ksp与溶液中有关离子浓度幂的乘积——离子积Q的相对大小,可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解。难溶电解质Ag2S的水溶液中,离子积Q表示为Q=c2(Ag+)·c(S2-)。
若Q<Ksp,溶液为不饱和溶液,体系中无沉淀析出;
若Q=Ksp,溶液为饱和溶液,沉淀与溶解处于平衡状态;
若Q>Ksp,溶液为过饱和溶液,体系中有沉淀析出。
二、沉淀溶解平衡的应用
1.沉淀的生成
(1)调pH法
工业原料氯化铵中含杂质氯化铁,使其溶解于水,再加入氨水调节pH,可使Fe3+生成Fe(OH)3沉淀而除去。发生的离子反应为Fe3++3NH3·H2O===。
(2)加沉淀剂法
在工业废水处理过程中,以Na2S作沉淀剂,使某些金属离子如Cu2+、Hg2+等,生成极难溶的CuS、HgS等沉淀而除去,也是分离、除去杂质常用的方法。发生的反应为Cu2++S2-===CuS↓、Hg2++S2-===HgS↓。
2.沉淀的溶解
(1)原理:根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,如果能设法不断地移去平衡体系中的相应离子,使平衡向沉淀溶解的方向移动,就可以使沉淀溶解。
(2)实例
CaCO3难溶于水,却易溶于盐酸,原因是CaCO3在水中存在的沉淀溶解平衡为CaCO3(s) Ca2+(aq)+CO(aq),当加入盐酸后发生反应:CO+2H+===H2O+CO2↑,c(CO)减小,平衡向沉淀溶解的方向移动。
3.沉淀的转化
(1)实质:沉淀的转化是指由一种沉淀转化为另一种沉淀的过程,其实质是沉淀溶解平衡的移动。
(2)条件:对于沉淀的转化,关键是满足一个条件,即两种沉淀的溶解度不同,一般来说,溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现。两者的溶解度差别越大,转化越容易。
(3)沉淀转化的应用
①锅炉除水垢(主要成分为CaSO4):CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2+(aq),反应为CaSO4(s)+Na2CO3(aq)CaCO3(s)+Na2SO4(aq),CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑。
②自然界中矿物的转化:原生铜的硫化物
CuSO4溶液铜蓝(CuS),反应为CuSO4(aq)+ZnS(s)CuS(s)+ZnSO4(aq)。
判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)Mg(OH)2的Ksp表达式为Ksp=c(Mg2+)·c(OH-)。( )
(2)室温下,AgCl在水中的溶解度大于在食盐水中的溶解度。( )
(3)向Na2SO4溶液中加入过量的BaCl2溶液,则SO沉淀完全,溶液中只含Ba2+、Na+和Cl-,不含SO。( )
(4)溶解度小的沉淀不能转化为溶解度比其大的沉淀。( )
(5)常温下,向BaCO3的饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小。( )
(6)溶度积常数Ksp只受温度影响,温度升高,Ksp一定增大。( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)×
牙齿表面有一层硬的物质(主要成分为Ca5(PO4)3OH)保护,它在唾液中存在下列平衡:
Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+(aq)+3PO(aq)+OH-(aq)。
[问题探究]
1.在牙膏中添加适量的Ca2+或PO,能否保护牙齿?为什么?
提示:能。牙膏中添加适量的Ca2+或PO会促进Ca5(PO4)3OH的沉淀溶解平衡向沉淀的方向移动,有利于牙齿的保护。
2.多吃酸性食物或食用食醋对保护牙齿有利吗?为什么?
提示:不利。由于存在平衡:Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+(aq)+3PO(aq)+OH-(aq),酸性食物或食醋中的H+能与OH-反应使上述平衡右移,不利于牙齿的保护。
3.已知Ca5(PO4)3F(s)的溶解度比Ca5(PO4)3OH(s)更小,牙膏中加入适量氟化物添加剂,可以防止龋齿,从而起到保护牙齿的作用,试分析其原因。
提示:在牙膏中加入适量氟化物会在牙齿表面生成溶解度更小的Ca5(PO4)3F,从而保护牙齿。
知识点一 沉淀溶解平衡的影响因素
1.内因:难溶电解质本身的性质,这是决定因素。
2.外因
3.实例
以BaCO3(s)Ba2+(aq)+CO(aq) ΔH>0为例
外界条件
移动方向
平衡后c(Ba2+)
平衡后c(CO)
升高温度
正向
增大
增大
加水稀释
正向
不变
不变
加入少BaCl2(s)
逆向
增大
减小
加入少量Na2CO3(s)
逆向
减小
增大
加入Na2SO4(s)
正向
减小
增大
1.欲使沉淀溶解平衡Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)向右移动,可采用的方法是( )
A.增大溶液的pH
B.加入NH4Cl固体
C.加入MgSO4固体
D.加入适量体积分数为95%的乙醇溶液
答案:B
解析:加入NH4Cl固体,由于NH与OH-结合生成弱电解质NH3·H2O,沉淀溶解平衡向右移动。
2.把Ca(OH)2放入蒸馏水中,一段时间后达到平衡:Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq),下列说法正确的是( )
A.恒温下向溶液中加入CaO,溶液的pH升高
B.给溶液加热,溶液的pH增大
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
答案:C
解析:A项,CaO+H2O===Ca(OH)2,由于保持恒温,Ca(OH)2溶解度不变,c(OH-)不变,因此pH不变;B项,加热时Ca(OH)2溶解度减小,平衡逆向移动,c(OH-)减小,pH减小;C项,CO+Ca2+===CaCO3↓,使平衡正向移动,Ca(OH)2固体减少,但固体总质量增大;D项,加入NaOH固体时,c(OH-)增大,平衡逆向移动,因此Ca(OH)2固体增多。
知识点二 Ksp及沉淀溶解平衡曲线
1.Ksp的意义及其影响因素
(1)Ksp的意义
Ksp大小反映难溶电解质在水中的溶解能力。同一温度下,相同类型的电解质,溶度积越小,其溶解能力越弱;不同类型的电解质,溶度积小的电解质的溶解能力不一定比溶度积大的溶解能力弱。
(2)影响Ksp的因素
①内因:难溶物质本身的性质,这是决定因素。
②外因:只受温度的影响,绝大多数难溶物的溶解是吸热过程,升高温度,平衡向溶解方向移动,Ksp增大。
2.沉淀溶解平衡曲线
(1)图像展示及分析(以BaSO4为例)
点的变化及操作
a→c
曲线上变化,增大c(SO)
b→c
加入等体积的1×10-5 mol·L-1 Na2SO4溶液(加水不可以)
d→c
加入BaCl2固体(忽略溶液的体积变化)
c→a
曲线上变化,增大c(Ba2+)
(2)图像中常用结论
①溶液在蒸发时,离子浓度的变化分两种情况:
a.原溶液不饱和时,离子浓度都增大;
b.原溶液饱和时,离子浓度都不变。
②溶度积常数只是温度的函数,与溶液中溶质的离子浓度无关,在同一曲线上的点,溶度积常数相同。
③实现曲线上的点之间的转化需保持温度不变,改变相关微粒的浓度。
3.已知在Ca3(PO4)2饱和溶液中,c(Ca2+)=2.0×10-6 mol·L-1、c(PO)=1.58×10-6 mol·L-1,则Ca3(PO4)2的Ksp为( )
A.2.0×10-29 B.3.2×10-12
C.6.3×10-18 D.5.1×10-27
答案:A
4.如图是Ca(OH)2在温度分别为T1、T2时的沉淀溶解平衡曲线(与曲线Ⅰ对应的Ksp=4×10-6,≈1.6),下列说法正确的是( )
A.T1<T2
B.T1时,P点对应的分散系中分散质粒子直径小于1 nm
C.加水稀释时溶液碱性减弱,Z点的溶液可转化为Q点的溶液
D.Q点的溶液中c(OH-)约为0.0125 mol·L-1
答案:D
解析:温度升高,Ca(OH)2的溶解度减小,沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移动,溶度积常数减小,题图中T2时的溶度积常数大于T1时的溶度积常数,因此T1>T2,A错误;T1时,P点对应的分散系中离子的离子积Q>Ksp,有沉淀析出,为悬浊液,因此P点分散系中分散质粒子直径大于100 nm,B错误;加水稀释,Ca2+和OH-浓度均减小,故Z点溶液不能转化为Q点溶液,C错误;Q点在T1时的曲线上,温度不变,则溶度积常数不变,Ca(OH)2在该温度下的溶度积常数Ksp=c(Ca2+)·c2(OH-)=4a×(2a)2=16a3=4×10-6,解得a≈=0.00625,则Q点的溶液中c(OH-)≈2×0.00625 mol·L-1=0.0125 mol·L-1,D正确。
知识点三 沉淀溶解平衡的应用
1.沉淀的生成
(1)沉淀生成时沉淀剂的选择原则
①使生成沉淀的反应进行得越完全越好(被沉淀离子形成沉淀的Ksp尽可能地小)。
如除去废水中的Cu2+,可以使Cu2+转化成Cu(OH)2或CuS,依据二者溶解度的大小可知,选择沉淀剂FeS可以使废水中的Cu2+转化成溶解度更小的CuS。
②不能影响其他离子的存在,由沉淀剂引入溶液的杂质离子要便于除去或不引入新的杂质离子。
(2)常用的沉淀方法
①调节pH法
通过调节溶液的pH,使溶液中的杂质离子转化成沉淀而除去。
②加沉淀剂法
通过加沉淀剂除去溶液中的某种指定离子或获取某难溶电解质。
2.沉淀溶解的常用方法
(1)酸碱溶解法:加入酸或碱与沉淀溶解平衡体系中的相应离子反应,降低离子浓度,使平衡向沉淀溶解方向移动,如CaCO3溶于盐酸。
(2)盐溶解法:加入盐溶液,与沉淀溶解平衡体系中某种离子生成弱电解质,从而减小离子浓度使平衡向沉淀溶解方向移动,如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液。
(3)生成配合物使沉淀溶解:在难溶物的沉淀溶解平衡体系中加入某试剂,使溶液中某离子因形成稳定配合物而浓度减小,从而使平衡向沉淀溶解的方向移动,如AgCl可溶于NH3·H2O:
(4)氧化还原溶解法:加入氧化剂或还原剂,通过发生氧化还原反应使难溶物的离子浓度降低,平衡向沉淀溶解方向移动。例如有些金属硫化物(CuS、HgS等)不溶于非氧化性酸,只能溶于氧化性酸。
(5)沉淀转化溶解法:如BaSO4不能被酸、碱所溶解,又不易形成稳定的配离子,也不具有明显的氧化还原性,常使之转化为BaCO3,然后再溶于强酸。
3.沉淀的转化
(1)沉淀转化的过程探究
①AgCl、AgI、Ag2S的转化
实验操作
实验现象
有白色沉淀析出
白色沉淀转化为黄色沉淀
黄色沉淀转化为黑色沉淀
化学方程式
NaCl+AgNO3===AgCl↓+NaNO3
AgCl+KIAgI+KCl
2AgI+Na2SAg2S+2NaI
实验结论
AgCl沉淀转化为AgI沉淀,AgI沉淀又转化为Ag2S沉淀,说明溶解度由小到大的顺序为Ag2S<AgI<AgCl
②Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化
实验操作
实验现象
产生白色沉淀
白色沉淀转化为红褐色沉淀
化学方程式
MgCl2+2NaOH===Mg(OH)2↓+2NaCl
3Mg(OH)2+2FeCl32Fe(OH)3+3MgCl2
实验结论
Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀,说明溶解度:Fe(OH)3<Mg(OH)2
(2)当一种试剂能沉淀溶液中几种离子时,生成沉淀所需试剂离子浓度越小的越先沉淀;如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大,就能分步沉淀,从而达到分离离子的目的。
(3)溶解度较小的沉淀在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀,如在BaSO4的饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液,也可以转化成溶解度较大的BaCO3沉淀。
[知识拓展] 水垢中Mg(OH)2的生成
硬水中含有Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2、MgSO4、CaSO4、CaCl2、MgCl2等钙盐、镁盐。硬水在煮沸时,可发生以下反应:
Ca(HCO3)2CaCO3↓+CO2↑+H2O
Mg(HCO3)2MgCO3↓+CO2↑+H2O
持续加热时,生成的MgCO3在水中建立起沉淀溶解平衡:MgCO3(s) Mg2+(aq)+CO(aq),而CO发生水解反应:CO+H2OHCO+OH-,使水中OH-浓度增大,OH-与Mg2+结合能生成Mg(OH)2沉淀,且Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3的溶解度。因此,持续加热会使水中部分溶解的MgCO3转化为更难溶的Mg(OH)2,成为水垢的主要成分之一。
5.为研究沉淀的生成及其转化,某小组进行如图所示的实验。下列关于该实验的分析不正确的是( )
A.①中存在沉淀溶解平衡AgSCN(s) Ag+(aq)+SCN-(aq)
B.②中溶液颜色变化说明上层清液中含有SCN-
C.该实验可以证明AgI比AgSCN更难溶
D.③中颜色变化说明有AgI生成
答案:C
解析:因在①中AgNO3过量,则余下的浊液中含有过量的Ag+,与KI反应生成AgI黄色沉淀,不能证明AgSCN转化为AgI,即不能证明AgI比AgSCN更难溶,C错误。
6.(甘肃卷节选)我国科研人员以高炉渣(主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2等)为原料,对炼钢烟气(CO2和水蒸气)进行回收利用,有效减少了环境污染,主要流程如图所示:
已知:Ksp(CaSO4)=4.9×10-5
Ksp(CaCO3)=3.4×10-9
(1)高炉渣与(NH4)2SO4经焙烧产生的“气体”是________。
(2)“滤渣”的主要成分是CaSO4和________。
(3)“水浸2”时主要反应的化学方程式为__________________________________________,该反应能进行的原因是___________________________________________________________。
(4)铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于________。
答案:(1)NH3
(2)SiO2
(3)CaSO4+(NH4)2CO3===CaCO3+(NH4)2SO4
Ksp(CaSO4)>Ksp(CaCO3),微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙
(4)净水
Ksp的有关计算
1.溶液中离子浓度的计算
(1)已知溶度积求溶液中某种离子的浓度:如Ksp=a的AgCl饱和溶液中:c(Ag+)= mol·L-1。
(2)已知溶度积、溶液中某种离子的浓度,求另一种离子的浓度:如某温度下Ksp(AgCl)=a,在0.1 mol·L-1NaCl溶液中加入过量的AgCl固体(忽略溶液体积变化),达到平衡后,c(Ag+)==10a mol·L-1。
2.生成沉淀的顺序的计算与判断
同一溶液中可能产生多种沉淀时,判断产生沉淀的顺序,可根据Ksp分别求出要使这些离子沉淀所需某离子的浓度,所需某离子的浓度越小,则对应的离子先沉淀。
3.金属阳离子开始沉淀和完全沉淀时pH的计算
(1)开始沉淀时pH的计算
如25 ℃时的a mol/L的MSO4溶液,调节溶液pH,使M2+刚好开始产生M(OH)2时pH的计算:
Ksp=c(M2+)·c2(OH-)=a·c2(OH-),则c(OH-)=,c(H+)==,pH=-lg c(H+)=-lg =14+lg 。
(2)沉淀完全的条件的计算与判断
通常认为当溶液中的离子浓度≤1×10-5 mol·L-1时,该离子已沉淀完全。以Fe(OH)3为例,可计算25 ℃时Fe3+完全沉淀时所需控制的溶液的pH:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,当c(Fe3+)=1×10-5 mol·L-1时,c(OH-)= mol·L-1≈6.54×10-12 mol·L-1,c(H+)≈1.53×10-3 mol·L-1,pH≈2.8,故Fe3+在pH≈2.8时沉淀完全。同理可计算Cu2+、Mg2+、Fe2+等金属离子沉淀完全时溶液的pH。
4.沉淀转化反应平衡常数的计算
如对于反应Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq),Ksp(MnS)=c(Mn2+)·c(S2-),Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),而该反应的平衡常数K==。
1.(湖南卷)处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下:
已知:①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
物质
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Zn(OH)2
Al(OH)3
开始沉淀pH
1.9
4.2
6.2
3.5
完全沉淀pH
3.2
6.7
8.2
4.6
②Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。
下列说法错误的是( )
A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B.Na2S溶液呈碱性,其主要原因是S2-+H2OHS-+OH-
C.“沉淀池Ⅱ”中,当Cu2+和Zn2+完全沉淀时,溶液中=4.0×10-12
D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后,可用作工业冷却循环用水
答案:D
解析:污水中含有铜离子、铁离子、锌离子、铝离子,根据表格中数据可知,当pH=1.9时Fe3+开始沉淀生成氢氧化铁,当pH=3.5时Al3+开始沉淀生成氢氧化铝,向污水中加入石灰乳并调节pH=4时,则会生成氢氧化铝和氢氧化铁,即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3,A正确;硫化钠溶液中的硫离子可以水解产生氢氧根离子,使溶液显碱性,以第一步水解为主,离子方程式为S2-+H2OHS-+OH-,B正确;当铜离子和锌离子完全沉淀时,硫化铜和硫化锌都达到了沉淀溶解平衡,则====4×10-12,C正确;污水经过处理后除含有阴离子外,还含有较多的钙离子等,故“出水”应该经过阴、阳离子交换树脂软化处理,达到工业冷却循环用水的标准后,才能使用,D错误。
2.(海南卷节选)锰锌铁氧体(MnxZn1-xFe2O4)元件是电子线路中的基础组成部分。某实验室利用废弃电子产品中的锰锌铁氧体制备MnO2、ZnO和FeC2O4·2H2O,可用于电池、催化剂等行业,其工艺流程如下:
回答问题:
通过加入CaSO4固体,除去滤液中危害环境的C2O,已知Ksp(CaSO4)=7.1×10-5,Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9。反应CaSO4(s)+C2O(aq) CaC2O4(s)+SO(aq)的平衡常数为________。
答案:3.1×104
解析:平衡常数K===≈3.1×104。
3.(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。
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________。
(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____________________________________________。
答案:(1)增大固体与酸反应的接触面积,提高酸浸速率
(2)CoO+H2SO4===CoSO4+H2O
(3)1.6×10-4 不能
(4)4.0 mol (5)Fe(OH)3
(6)2Co2++ClO-+5H2O===2Co(OH)3↓+Cl-+4H+
(7)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
解析: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,经稀硫酸酸浸时,铜不溶解,Zn及其他+2价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外,其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液;然后通入硫化氢沉铜生成CuS沉淀;过滤后,滤液中加入Na2S2O8将锰离子氧化为二氧化锰除去,同时亚铁离子也被氧化为铁离子;过滤后,用氢氧化钠调节pH=4,铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀除去;过滤后的滤液中加入次氯酸钠沉钴,得到Co(OH)3。
(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-)= mol·L-1=2.5×10-17 mol·L-1,则c(Co2+)= 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S2O+Mn2++2H2O===MnO2↓+4H++2SO,因此,生成1.0 mol MnO2,产生H+的物质的量为4.0 mol。
本课总结
自我反思:
随堂提升
1.下列说法正确的是( )
A.溶度积小的物质一定比溶度积大的物质溶解度小
B.同一温度下,对同类型的难溶物,溶度积小的一定比溶度积大的溶解度小
C.难溶物质的溶度积与温度无关
D.难溶物质的溶解度仅与温度有关
答案:B
2.将足量BaCO3固体分别加入:①30 mL水;②10 mL 0.2 mol·L-1 Na2CO3溶液;③50 mL 0.01 mol·L-1 BaCl2溶液;④100 mL 0.01 mol·L-1盐酸中溶解至溶液饱和。请确定各溶液中c(Ba2+)由大到小的顺序为( )
A.①②③④ B.③④①②
C.④③①② D.②①④③
答案:B
3.不同温度(T1和T2)时,硫酸钡在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示,已知硫酸钡在水中溶解时吸收热量。下列说法正确的是( )
A.T1>T2
B.加入BaCl2固体,可使a点变成c点
C.c点时,在T1、T2两个温度下均有固体析出
D.a点和b点的Ksp相等
答案:D
4.可溶性钡盐有毒,医院中常用无毒BaSO4作为内服造影剂。医院抢救钡中毒者时,除催吐外,还需要向中毒者胃中灌入Na2SO4溶液。已知:25 ℃时,Ksp(BaCO3)=2.6×10-9,Ksp(BaSO4)=1.1×10-10。下列推断正确的是( )
A.不用BaCO3作为内服造影剂,是因为BaCO3比BaSO4更难溶
B.可以用0.36 mol·L-1Na2SO4溶液给钡中毒者洗胃
C.抢救钡中毒者时,若没有Na2SO4溶液也可以用Na2CO3溶液代替
D.误饮c(Ba2+)=1.0×10-5 mol·L-1的溶液时,会造成钡中毒
答案:B
解析:用0.36 mol·L-1 Na2SO4溶液给钡中毒者洗胃时,反应后c(Ba2+)=
= mol·L-1≈3.1×10-10 mol·L-1< mol·L-1,B正确。
5.(江苏卷节选)贵金属银应用广泛。Ag与稀HNO3制得AgNO3,常用于循环处理高氯废水。
沉淀Cl-。在高氯水样中加入K2CrO4使CrO浓度约为5×10-3 mol·L-1,当滴加AgNO3溶液至开始产生Ag2CrO4沉淀(忽略滴加过程的体积增加),此时溶液中Cl-浓度约为________ mol·L-1。[已知:Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12]
答案:9×10-6
解析:CrO浓度约为5×10-3 mol·L-1,当滴加AgNO3溶液至开始产生Ag2CrO4沉淀,此时c(Ag+)== mol·L-1=2×10-5 mol·L-1,c(Cl-)== mol·L-1=9×10-6 mol·L-1。
课时作业
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1.在BaSO4饱和溶液中加入少量的BaCl2溶液产生BaSO4沉淀,若以Ksp表示BaSO4的溶度积常数,则平衡后的溶液中( )
A.c(Ba2+)=c(SO)=
B.c(Ba2+)·c(SO)>Ksp,c(Ba2+)=c(SO)
C.c(Ba2+)·c(SO)=Ksp,c(Ba2+)>c(SO)
D.c(Ba2+)·c(SO)≠Ksp,c(Ba2+)<c(SO)
答案:C
2.下列有关沉淀溶解平衡的说法正确的是( )
A.Ksp(AB2)小于Ksp(CD),说明AB2的溶解度小于CD的溶解度
B.在氯化银的沉淀溶解平衡体系中,加入蒸馏水,氯化银的Ksp增大
C.已知25 ℃时,Ksp(AgCl)大于Ksp(AgI),若向氯化银沉淀溶解平衡体系中,加入足量碘化钾固体,则有黄色沉淀生成
D.在碳酸钙的沉淀溶解平衡体系中,加入稀盐酸,平衡不移动
答案:C
解析:由于AB2与CD组成形式不同,因此不能根据Ksp大小比较溶解度的大小,A错误;Ksp只与温度有关,与浓度无关,B错误;由于AgCl与AgI组成形式相同,故Ksp越大,溶解度越大,溶解度大的能转化为溶解度小的,C正确;碳酸钙的沉淀溶解平衡为CaCO3(s) Ca2+(aq)+CO(aq),加入稀盐酸,能与CO反应,促进碳酸钙的沉淀溶解平衡向正反应方向移动,D错误。
3.自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液,向地下深层渗透,遇到难溶的ZnS或PbS,慢慢转变为铜蓝(CuS)。下列分析一定正确的是( )
A.溶解度:PbS<CuS
B.原生铜的硫化物具有还原性,而铜蓝没有还原性
C.CuSO4溶液与ZnS反应的离子方程式是Cu2++S2-===CuS↓
D.整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应
答案:D
解析:沉淀转化一般遵循溶解度大的物质向溶解度小的物质转化的原则,所以PbS能慢慢转变为CuS说明CuS的溶解度小于PbS的,A错误;原生铜的硫化物和铜蓝中都含有-2价的硫元素,因此二者都具有还原性,B错误;ZnS是难溶物,因此CuSO4溶液与ZnS反应的离子方程式为Cu2++ZnSCuS+Zn2+,C错误;原生铜的硫化物转化为CuSO4的过程中涉及氧化还原反应,难溶的ZnS或PbS转变为铜蓝(CuS)的过程中涉及复分解反应,D正确。
4.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(HCO)+c(H2CO3)
C.反应CaSO4(s)+CO(aq) CaCO3(s)+SO(aq)正向进行,需满足>×104
D.过滤后所得清液中一定存在:c(Ca2+)=且c(Ca2+)<
答案:D
解析:用过量0.5 mol/L Na2CO3溶液浸泡CaSO4粉末,则浸泡后c(Ca2+)== 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(HCO)+2c(H2CO3),B错误;CaSO4(s)+CO(aq) CaCO3(s)+SO(aq)的K===×104,反应正向进行,需满足<×104,C错误。
5.下列难溶盐的饱和溶液中,Ag+浓度最大的是( )
A.AgCl(Ksp=1.8×10-10)
B.Ag2CO3(Ksp=8.1×10-12)
C.Ag2CrO4(Ksp=9.0×10-12)
D.AgBr(Ksp=5.0×10-13)
答案:C
解析:对于化学式相似的AgCl和AgBr来说,Ksp越小,Ag+浓度越小,即Ag+浓度:AgCl>AgBr;同理Ag+浓度:Ag2CrO4>Ag2CO3;假设Ag2CrO4饱和溶液中Ag+的浓度为x mol·L-1,则CrO的浓度为0.5x mol·L-1,由溶度积常数的表达式可知Ksp(Ag2CrO4)=x2×0.5x=0.5x3=9.0×10-12,x3=1.8×10-11,即x=≈3×10-4,因为AgCl饱和溶液中Ag+的浓度为 mol·L-1≈1.34×10-5 mol·L-1,所以Ag+浓度:Ag2CrO4>AgCl。
6.某同学在研究氢氧化镁性质的过程中观察到如下现象:
下列说法正确的是( )
A.将试管①放在暗处用激光笔照射,液体中会产生一条光亮的通路
B.试管①溶液中c(OH-)等于试管③溶液中c(OH-)
C.试管③溶液又变红的原因是氢氧化镁的沉淀溶解平衡逆向移动
D.试管①、③的溶液中均有c(Mg2+)·c2(OH-)=Ksp[Mg(OH)2]
答案:D
解析:Mg(OH)2浊液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),能使酚酞试液变红,加入几滴浓盐酸,OH-与H+反应,红色褪去,Mg(OH)2的沉淀溶解平衡正向移动,片刻后又变红色。试管①是浊液,不能发生丁达尔效应,A错误;试管①中加入几滴浓盐酸后,HCl和Mg(OH)2发生反应会生成MgCl2,则③中c(Mg2+)大于①中c(Mg2+),由于Ksp[Mg(OH)2]不变,则①中c(OH-)大于③中c(OH-),B错误;由上述分析可知,C错误。
7.AlPO4的沉淀溶解平衡曲线如图所示(T2>T1)。下列说法正确的是( )
A.图像中四个点的Ksp:a=b>c>d
B.AlPO4在b点对应的溶解度大于c点
C.AlPO4(s) Al3+(aq)+PO(aq) ΔH<0
D.升高温度可使d点移动到b点
答案:B
解析:由图像可知,温度越高溶度积常数越大,则图像中四个点的Ksp:a=c=d<b,A错误;b点温度高,溶解度大,AlPO4在b点对应的溶解度大于c点,B正确;根据图像可知,温度升高溶度积常数增大,则AlPO4(s) Al3+(aq)+PO(aq) ΔH>0,C错误;升高温度,阴、阳离子浓度均增大,不可能使d点移动到b点,D错误。
8.(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+)
答案:B
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-)=
===10-1.1,根据硫元素守恒可知c(HS-)<10-2 mol·L-1,所以>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===108.9≫105,因此该反应可以进行完全,CdS的饱和溶液中c(Cd2+)= 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====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。
9.(江苏卷)室温下,用含少量Mg2+的MnSO4溶液制备MnCO3的过程如图所示。已知Ksp(MgF2)=5.2×10-11,Ka(HF)=6.3×10-4。下列说法正确的是( )
A.0.1 mol·L-1 NaF溶液中:c(F-)=c(Na+)+c(H+)
B.“除镁”得到的上层清液中:c(Mg2+)=
C.0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中:c(CO)=c(H+)+c(H2CO3)-c(OH-)
D.“沉锰”后的滤液中:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO)+2c(CO)
答案:C
解析:0.1 mol·L-1 NaF溶液中存在电荷守恒:c(OH-)+c(F-)=c(Na+)+c(H+),A错误;“除镁”得到的上层清液为MgF2的饱和溶液,有Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F-),故c(Mg2+)=,B错误;0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中存在质子守恒:c(CO)+c(OH-)=c(H+)+c(H2CO3),故c(CO)=c(H+)+c(H2CO3)-c(OH-),C正确;“沉锰”后的滤液中还存在F-、SO等离子,故电荷守恒式中应增加其他离子使等式成立,D错误。
10.下表是三种物质的溶解度(20 ℃),下列说法中正确的是( )
物质
MgCl2
Mg(OH)2
MgCO3
溶解度/g
74
0.00084
0.01
A.含有MgCO3固体的溶液中,都有c(Mg2+)=c(CO)
B.将表中三种物质与水混合,加热、灼烧,最终的固体产物相同
C.除去粗盐中含有的MgCl2杂质,最佳除杂试剂为Na2CO3溶液
D.用石灰水处理含有Mg2+和HCO的硬水,发生反应的离子方程式为Mg2++2HCO+Ca2++2OH-===CaCO3↓+MgCO3↓+2H2O
答案:B
解析:含MgCO3固体的饱和MgCO3溶液中,c(Mg2+)和c(CO)相等,当加入其他物质如MgCl2溶液时,溶液中c(Mg2+)增大,MgCO3的沉淀溶解平衡逆向移动,c(CO)减小,故含MgCO3固体的溶液中c(Mg2+)、c(CO)不一定相等,A错误;由于Mg(OH)2溶解度更小,故除去粗盐中的MgCl2的最佳试剂是NaOH溶液,C错误;用石灰水处理含Mg2+和HCO的硬水,发生反应的离子方程式为Mg2++2HCO+2Ca2++4OH-===2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2O,D错误。
11.(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 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
答案:C
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 mol·L-1=10-3 mol·L-1,B错误;由图可知,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。
12.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
4.0×10-38
完全沉淀时的pH
9.6
6.4
3.4
对含等物质的量的CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3的混合溶液的说法,不正确的是( )
A.向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先看到红褐色沉淀
B.该溶液中c(SO)∶[c(Cu2+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)]>5∶4
C.向该溶液中加入适量氯水,并调节pH到3.4后过滤,可获得纯净的CuSO4溶液
D.在pH=5的溶液中Fe3+不能大量存在
答案:C
解析:从表格中可以看出,Fe(OH)3的Ksp是最小的,所以最先生成该沉淀,A正确;因为Cu2+、Fe2+、Fe3+对应的碱全是弱碱,所以这三种离子在溶液中都会发生水解,因此它们的物质的量会减少,B正确;加入氯水,可以把亚铁离子全氧化成Fe3+,但它的还原产物Cl-肯定还在溶液中,而且在调节pH时加入的试剂也会在溶液中有所保留,所以得到的溶液中不可能只含CuSO4一种溶质,C错误;由题表可知,在pH=3.4时,Fe3+已沉淀完全,则pH=5的溶液中,Fe3+不能大量存在,D正确。
13.常温下,AgIO3和Pb(IO3)2的沉淀溶解平衡曲线如图所示。纵坐标中M代表Ag+或Pb2+,物质的溶解度以物质的量浓度表示。下列说法正确的是( )
A.a点有AgIO3沉淀生成,无Pb(IO3)2沉淀生成
B.表示Pb(IO3)2在纯水中溶解度的点在线段bc之间
C.向AgIO3悬浊液中滴加AgNO3溶液、向Pb(IO3)2悬浊液中滴加Pb(NO3)2溶液,分别至c点时,AgIO3和Pb(IO3)2的溶解度均为10-5.09 mol·L-1
D.c(IO)=0.1 mol·L-1时,AgIO3、Pb(IO3)2饱和溶液中=10-4.09
答案:D
解析:由Ksp(AgIO3)=c(Ag+)·c(IO)和Ksp[Pb(IO3)2]=c(Pb2+)·c2(IO)可知,题图中斜率绝对值大的曲线为Pb(IO3)2的沉淀溶解平衡曲线,而另外一条曲线代表的是AgIO3的沉淀溶解平衡曲线,且由c点坐标值可知,Ksp(AgIO3)=10-5.09×10-2.21=10-7.30,Ksp[Pb(IO3)2]=10-5.09×10-5.09×10-2.21=10-12.39。结合图像和分析,过a点作x轴垂线,a点的Q大于Ksp[Pb(IO3)2],a点是Pb(IO3)2的过饱和溶液,有沉淀析出,a点的Q小于Ksp(AgIO3),a点是AgIO3的不饱和溶液,没有沉淀析出,A错误;Pb(IO3)2在纯水中溶解度的点为2c(Pb2+)≈c(IO),即-lg c(Pb2+)>-lg c(IO),在b点左上部,B错误;向AgIO3悬浊液中滴加AgNO3溶液、向Pb(IO3)2悬浊液中滴加Pb(NO3)2溶液,分别至c点时,AgIO3的溶解度为10-5.09 mol·L-1,Pb(IO3)2的溶解度为5×10-6.09 mol·L-1,C错误;c(IO)=0.1 mol·L-1时,AgIO3、Pb(IO3)2饱和溶液中====10-5.09,所以=10-4.09,D正确。
二、非选择题
14.我国《生活饮用水卫生标准》中规定生活用水中镉的排放量不超过0.005 mg/L。处理含镉废水可采用化学沉淀法。试回答下列问题:
(1)磷酸镉[Cd3(PO4)2]沉淀溶解平衡常数的表达式为Ksp=________________。
(2)一定温度下,CdCO3的Ksp=4.0×10-12,Cd(OH)2的Ksp=3.2×10-14,那么它们在水中的溶解度__________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时,废水中Cd2+的浓度为____________ mol/L[已知:Ksp(CdS)=7.9×10-27,Ar(Cd)=112],此时是否符合生活饮用水卫生标准?____(填“是”或“否”)。
答案:(1)c3(Cd2+)·c2(PO)
(2)Cd(OH)2 (3)1.0×10-19 是
解析:(2)当CdCO3达到沉淀溶解平衡时有CdCO3(s) Cd2+(aq)+CO,则其平衡时c(Cd2+)== mol/L=2×10-6 mol/L,当Cd(OH)2达到沉淀溶解平衡时c(Cd2+)== mol/L=2×10-5 mol/L,则它们在水中的溶解能力较大的是Cd(OH)2。
(3)当S2-浓度达到7.9×10-8 mol/L时,Cd2+浓度为 mol/L=1.0×10-19 mol/L=<0.005 mg/L,符合生活饮用水卫生标准。
15.氟化钡可用于制造电机电刷、光学玻璃、光导纤维、激光发生器等。以钡矿粉(主要成分为BaCO3,含有SiO2、Fe2+、Mg2+等杂质)为原料制备氟化钡的流程如下:
已知:常温下Fe3+、Mg2+完全沉淀的pH分别是3.4、12.4。
(1)滤渣A的化学式为________。
(2)滤液1加H2O2氧化的过程中主要反应的离子方程式为_____________________________
__________________________________________。
(3)加20% NaOH溶液调节pH=12.5,得到滤渣C的主要成分是________。
(4)滤液3加入盐酸酸化后再经________、冷却结晶、________、洗涤、真空干燥等一系列操作后得到BaCl2·2H2O。
(5)常温下,用BaCl2·2H2O配制成0.2 mol·L-1水溶液与等浓度的氟化铵溶液反应,可得到氟化钡沉淀。请写出该反应的离子方程式:______________________________。
已知Ksp(BaF2)=1.84×10-7,当钡离子完全沉淀时(即钡离子浓度≤10-5 mol·L-1),至少需要的氟离子浓度是________mol·L-1(结果保留三位有效数字,已知≈1.36)。
(6)已知:Ksp(BaCO3)=2.58×10-9,Ksp(BaSO4)=1.07×10-10。将氯化钡溶液滴入等物质的量浓度的硫酸钠和碳酸钠的混合溶液中,当BaCO3开始沉淀时,溶液中=________(结果保留三位有效数字)。
答案:(1)SiO2
(2)H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O
(3)Mg(OH)2
(4)加热浓缩 过滤
(5)Ba2++2F-===BaF2↓ 0.136
(6)24.1
解析:(5)根据Ksp(BaF2)=c(Ba2+)·c2(F-),当Ba2+完全沉淀时,至少需要的c(F-)== mol·L-1≈0.136 mol·L-1。
(6)Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3),则加入氯化钡溶液时,SO先沉淀,当BaCO3开始沉淀时,溶液中==≈24.1。
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