内容正文:
第2课时 沉淀溶解平衡的应用
第三章 第四节 沉淀溶解平衡
1.了解沉淀的生成、溶解和转化在工、农业生产中的应用,能运用
化学平衡理论分析沉淀的生成、溶解和转化。
2.学会从定量的角度分析沉淀的生成与转化的条件。
学习目标
任务一 沉淀的生成
1
任务二 沉淀的转化
2
随堂演练
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内容索引
课时测评
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任务一 沉淀的生成
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新知构建
一、沉淀的生成
沉淀生成的应用主要涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域,常利用生成沉淀达到分离或除去某些离子的目的。
1.常用的方法
(1)调节pH法
根据沉淀的溶度积规则,我们知道当Q=c(Mn+)·cn(OH-)>Ksp[M(OH)n]时,溶液中的金属离子就会开始沉淀,因此我们可以求得不同离子开始沉淀时的 pH,这在工业生产、废水处理等社会生产、生活,以及环境保护等方面十分有用。
调节pH法(以除去工业原料氯化铵中杂质氯化铁流程为例)。
交流研讨 1
(1)写出调pH步骤中发生反应的离子方程式:_________________________
________________。
Fe3++3NH3·H2O
Fe(OH)3↓+3N
(2)调pH除铁时,当溶液中c(Fe3+)=10-5 mol·L-1时可认为Fe3+沉淀完全,计算恰好完全沉淀时溶液的pH=_____。为使Fe3+完全沉淀,常采取的措施为_______________________。
已知:KspFe(OH)3≈1×10-39。
(3)调pH时能否用NaOH溶液,简述理由:_________________________。
2.7
调节溶液的pH大于2.7
不能,引入杂质离子Na+
(2)加沉淀剂法
许多金属(周期表中铁的右侧)硫化物也是难溶沉淀。因此工业上常用 Na2S 或 H2S 来处理含有这些离子的废水。
以除去工业废水中的Cu2+、Hg2+为例。
(1)除杂试剂可选用Na2S、H2S,原因是______________________________
____________________________。
(2)分别写出除杂原理的离子方程式。
H2S除去Cu2+:____________________________;
Na2S除去Hg2+:____________________________。
交流研讨 2
生成的CuS、HgS极难溶,使废水
中Cu2+、Hg2+浓度降得很低
H2S+Cu2+CuS↓+2H+
Hg2++S2-HgS↓
2.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尽可能小,即沉淀溶解度越小越好)。
(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。
二、沉淀溶解
沉淀溶解的原理: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______,使平衡向__________的方向移动,就可以使沉淀溶解。
离子
沉淀溶解
应用评价
1.判断正误
(1)洗涤沉淀时,洗涤次数越多越好。
提示:错误,洗涤2~3次,洗涤干净就好。
(2)为了减少BaSO4的损失,洗涤BaSO4沉淀时可用稀硫酸代替水。
提示:正确。
(3)除废水中的某些重金属离子,如Cu2+、Hg2+时,常用Na2S等,是因为生成的CuS、HgS极难溶,使废水中Cu2+、Hg2+浓度降的很低。
提示:正确。
(4)CaCO3溶解时常用盐酸而不用稀硫酸,是因为稀硫酸不与CaCO3
反应。
提示:错误,因为稀硫酸与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙,覆盖于碳酸钙表面,阻止反应的进一步发生。
(5)除去MgCl2溶液中的Fe2+,先加入双氧水,再加入MgO即可。
提示:正确。
2.已知常温下,CuCO3、Cu(OH)2、CuS的Ksp分别为1.4×10-10、2.2×
10-20、6.3×10-36。要除去溶液中的Cu2+,选用下列哪种沉淀剂更好?为什么?
①Na2CO3 ②NaOH ③Na2S
___________________________________________________________________________________。
选用Na2S更好。原因是CuS的Ksp最小,Cu2+沉淀的更完全,溶液中剩余的Cu2+最少
3.试利用平衡移动原理解释下列事实:
(1)FeS难溶于水,但能溶于稀盐酸中:______________________________
_______________________________________________________________________________________________________。
(2)CaCO3难溶于稀硫酸,却能溶于醋酸中:_________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
___________________________________________________________。
FeS(s) ⥫⥬Fe2+(aq)+S2-(aq),加入稀盐酸后,S2-+2H+H2S↑,破坏了FeS的沉淀溶解平衡,使上述平衡向FeS溶解的方向移动,故FeS溶解
CaCO3(s) ⥫⥬ C(aq)+Ca2+(aq),在稀硫酸中生成的CaSO4微溶,附着在CaCO3的表面,故难溶于稀硫酸;而在醋酸中,C+2CH3COOH2CH3COO-+H2O+CO2↑,破坏了CaCO3的沉淀溶解平衡,故CaCO3能溶于醋酸
(3)分别用等体积的蒸馏水和0.010 mol·L-1硫酸洗涤BaSO4沉淀,用水洗涤造成BaSO4的损失量大于用稀硫酸洗涤的损失量:__________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________。
(aq)+S(aq),用水洗涤使BaSO4的沉淀溶解平衡向BaSO4溶解的方向移动,造成BaSO4损失;而用硫酸洗涤,H2SO42H++S,S的存在抑制了BaSO4的溶解,故BaSO4损失量少
BaSO4(s) ⥫⥬Ba2+
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任务二 沉淀的转化
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新知构建
沉淀转化的过程探究
1.实验探究:AgCl、AgI、Ag2S的转化
实验
步骤 (1)向盛有2 mL 0.1 mol/L NaCl溶液的试管中滴加2滴0.1 mol/L AgNO3溶液,观察并记录现象;
(2)振荡试管,然后向其中滴加4滴0.1 mol/L KI溶液,观察并记录现象;
(3)振荡试管,然后再向其中滴加8滴0.1 mol/L Na2S溶液,观察并记录现象
实验示意图
实验
现象 步骤(1) 步骤(2) 步骤(3)
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+KI_______
_________ 2AgI+Na2S______________
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_______________________
AgCl↓+NaNO3
AgI
+KCl
Ag2S+2NaI
Ag2S<AgI<AgCl
理论
分析 AgCl(s) ⥫⥬Ag+(aq)+Cl-(aq) Ksp=1.8×10-10
AgI(s) ⥫⥬Ag+(aq)+I-(aq) Ksp=8.5×10-17
由Ksp值可看出在水中AgI的溶解度远比AgCl小得多,当向AgCl沉淀中滴加KI溶液时,Q(AgI)>Ksp(AgI),导致AgCl溶解,AgI生成,离子方程式的K可表示为K===≈2.1×106>1×105,反应向正方向进行完全,即AgCl可转化为AgI沉淀
2.实验探究:Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化
实验
步骤 (1)向盛有2 mL 0.1 mol/L MgCl2溶液的试管中滴加2~4滴2 mol/L NaOH溶液,观察并记录现象;
(2)向上述试管中滴加4滴0.1 mol/L FeCl3溶液,静置,观察并记录现象
实验
示意图
实验现象 步骤(1) 步骤(2)
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
_______________________ 3Mg(OH)2+2FeCl3_______________
___________
实验结论 _______________________________________________________________
Mg(OH)2↓+2NaCl
2Fe(OH)3
+3MgCl2
Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀,说明溶解度:Fe(OH)3<Mg(OH)2
已知:Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,Ksp[Fe(OH)3]=2.8×
10-39,试应用平衡移动原理解释为什么Mg(OH)2能转化成Fe(OH)3?
提示:当向Mg(OH)2沉淀中加入FeCl3溶液时,溶液中OH-与Fe3+的离子积——Q[Fe(OH)3]>Ksp[Fe(OH)3],因此,Fe3+与OH-结合生成Fe(OH)3沉淀,导致Mg(OH)2的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动,直至建立新的沉淀溶解平衡:
如果加入足量的FeCl3溶液,上述过程可以继续进行,直至绝大部分Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀。
交流研讨
应用评价
1.判断正误
(1)溶解度小的沉淀不能转化为溶解度比其大的沉淀。
提示:错误,当两者溶解度差别不大时可以转化。
(2)向AgCl沉淀中加入KI溶液,由白色沉淀转变成黄色沉淀,是由于Ksp(AgI)<Ksp(AgCl)。
提示:正确。
(3)可用FeS除去废水中的Hg2+、Ag+等,是因为HgS、Ag2S比FeS更
难溶。
提示:正确。
(4)验证Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2,可将FeCl3溶液加入Mg(OH)2悬浊液中,振荡,可观察到沉淀由白色变为红褐色。
提示:正确。
2.常温下几种难溶电解质的溶度积如表所示:
向含有等物质的量浓度的FeCl2、CuSO4、ZnSO4混合溶液中滴加
0.01 mol·L-1 Na2S溶液时Fe2+、Cu2+、Zn2+沉淀的先后顺序为___________________。
物质名称 硫化亚铁 硫化铜 硫化锌
溶度积 6.3×10-18 6.3×10-36 1.6×10-24
Cu2+、Zn2+、Fe2+
FeS、CuS、ZnS的Ksp表达式相同,相同浓度的FeCl2、CuSO4、ZnSO4的混合液中,加入沉淀剂Na2S时,Ksp小的先沉淀出来,即沉淀的先后顺序为Cu2+、Zn2+、Fe2+。
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随堂演练
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√
要使Mg(OH)2固体的量减小,应使Mg(OH)2的沉淀溶解平衡右移,可减小c(Mg2+)或c(OH-)。NH4NO3电离出的N能结合OH-,使平衡
右移。
1.当氢氧化镁固体在水中达到沉淀溶解平衡Mg(OH)2(s) ⥫⥬Mg2+(aq)+2OH-(aq)时,为使Mg(OH)2固体的量减少,需加入少量的
A.NH4NO3 B.NaOH
C.MgSO4 D.Na2SO4
√
2.某pH=1的ZnCl2和HCl的混合溶液中含有FeCl3杂质,为了除去FeCl3杂质,需将溶液调至pH=4。在调节溶液pH时,应选用的试剂是
A.NaOH B.ZnO
C.ZnSO4 D.Fe2O3
溶液中含有FeCl3杂质,将溶液调至pH=4,可使Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀而除去,注意不能引入新的杂质,可加入ZnO和酸反应调节溶液pH,使铁离子全部沉淀。
√
3.实验:①0.1 mol·L-1 AgNO3溶液和0.1 mol·L-1 NaCl溶液等体积混合得到浊液a,过滤得到滤液b和白色沉淀c;②向滤液b中滴加0.1 mol·L-1 KI溶液,出现浑浊;③向沉淀c中滴加0.1 mol·L-1 KI溶液,沉淀变为黄色。下列分析不正确的是
A.浊液a中存在沉淀溶解平衡:AgCl(s) ⥫⥬Ag+(aq)+Cl-(aq)
B.滤液b中不含有Ag+
C.③中颜色变化说明AgCl转化为AgI
D.实验可以证明AgI比AgCl更难溶
在浊液a中,存在AgCl的沉淀溶解平衡,A正确;在滤液b中,仍含有少量Ag+,故在b中加入KI溶液生成了AgI沉淀,B错误;由于AgI比AgCl更难溶解,向c中加入0.1 mol·L-1 KI溶液,能发生沉淀的转化,生成黄色的AgI,C项和D项都正确。
上述反应的所有物质中,属于盐的有Na2CO3、CaCO3、Na[Al(OH)4];
4.一种用于食品加热的发热包,主要成分为CaO、铝粉、Na2CO3。使用时向发热包加适量水,就能持续放热,温度可达100 ℃以上。可能发生的反应如下:
Ⅰ.CaO+H2OCa(OH)2
Ⅱ.Ca(OH)2+Na2CO3CaCO3↓+2NaOH
Ⅲ.2Al+6H2O+2NaOH2NaAl(OH)4+3H2↑
(1)上述反应的所有物质中,属于盐的是_____________________________
(填化学式)。
Na2CO3、CaCO3、Na[Al(OH)4]
在上述反应中,反应Ca(OH)2+Na2CO3CaCO3↓+2NaOH是两种化合物相互交换成分,产生两种新化合物的反应,因此反应类型为复分解反应;
(2)属于复分解反应的是_____(填序号)。
Ⅱ
在反应2Al+6H2O+2NaOH2Na[Al(OH)4]+3H2↑中,Al、H元素化合价发生了变化,属于氧化还原反应;
(3)属于氧化还原反应的是____(填序号)。
Ⅲ
CaO溶于水,与水反应产生Ca(OH)2,此反应为放热反应,反应过程中放出大量的热。
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(4)发热包加适量水后温度可达100 ℃以上,原因是___________________
(写出一点即可)。
CaO与H2O反应放热
课时测评
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题点一 沉淀的生成与溶解
1.下列说法正确的是
A.含有AgCl和AgI固体的悬浊液中c(Ag+)>c(Cl-)=c(I-)
B.25 ℃时,Cu(OH)2在水中的溶解度大于在Cu(NO3)2溶液中的溶解度
C.在含有BaSO4沉淀的溶液中加入Na2SO4固体,c(Ba2+)增大
D.25 ℃时,AgCl在同浓度的CaCl2和NaCl溶液中的溶解度相同
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Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),所以含AgCl和AgI固体的悬浊液中c(Ag+)>
c(Cl-)>c(I-),A项不正确;Cu(NO3)2溶液中含有Cu2+,使Cu(OH)2(s) ⥫⥬ Cu2+(aq)+2OH-(aq)平衡逆向移动,溶解度比在水中的小,B项正确;在含有BaSO4沉淀的溶液中加入Na2SO4固体,c(S)增大,沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移动,c(Ba2+)减小,C项不正确;溶液中c(Cl-)越大,AgCl的溶解度越小,D项不正确。
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2.(2024·天津高二检测)实验室里制备FeCO3的流程如图所示,下列叙述错误的是
A.过滤需要使用的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒
B.沉淀过程的离子方程式为
Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O
C.若沉淀时改用Na2CO3溶液,则产品中可能混有Fe(OH)3
D.将FeCO3在空气中灼烧可以制备FeO
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根据题干工艺流程图可知,沉淀过程发生反应的化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3(NH4)2SO4+FeCO3↓+H2O+CO2↑,故该反应的离子方程式为Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O,B正确;由于Na2CO3溶液呈碱性,则可能生成Fe(OH)2,Fe(OH)2易被空气中的O2氧化为Fe(OH)3,若沉淀时改用Na2CO3溶液,则产品中可能混有Fe(OH)3,C正确;将FeCO3在空气中灼烧生成Fe2O3,不可以制备FeO,D错误。
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若要产生沉淀,Q应大于Ksp,因为等体积混合,所以体积加倍,混合时浓度减半。设所用CaCl2溶液的浓度为x,则×>2.8×10-9,求得x>5.6×10-5 mol·L-1。
3.已知CaCO3的Ksp=2.8×10-9,现将浓度为2×10-4 mol·L-1的Na2CO3溶液与CaCl2溶液等体积混合,若要产生沉淀,则所用CaCl2溶液的浓度至少应大于
A.2.8×10-2 mol·L-1 B.1.4×10-5 mol·L-1
C.2.8×10-5 mol·L-1 D.5.6×10-5 mol·L-1
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题点二 沉淀的转化
4.工业生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2+,Cu2+(aq)+MnS(s) ⥫⥬CuS(s)+Mn2+(aq)。下列说法错误的是
A.该反应平衡时c(Mn2+)=c(Cu2+)
B.MnS的Ksp大于CuS的Ksp
C.向平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c(Mn2+)增大
D.该反应的平衡常数K=
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根据反应Cu2+(aq)+MnS(s) ⥫⥬CuS(s)+Mn2+(aq),可以推断Ksp(MnS)>Ksp(CuS),该反应的平衡常数K==>1,c(Mn2+)>c(Cu2+)。向平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c(Cu2+)增大,平衡向右移动,c(Mn2+)增大,所以,只有A项不正确。
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5.室温下,将0.1 mol·L-1 AgNO3溶液和0.1 mol·L-1 NaCl溶液等体积充分混合,一段时间后过滤,得滤液a和沉淀b。取等量的滤液a于两支试管中,分别滴加相同体积、浓度均为0.1 mol·L-1的Na2S溶液和Na2SO4溶液,前者出现浑浊,后者溶液仍澄清;再取少量的沉淀b,滴加几滴氨水,沉淀逐渐溶解。下列说法正确的是
A.0.1 mol·L-1 Na2S溶液中存在:c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+c(H2S)
B.过滤后所得清液中一定存在:c(Ag+)=且c(Ag+)>
C.沉淀b中滴加氨水发生反应的离子方程式:
AgCl+2NH3·H2OAg(NH3)2++Cl-+2H2O
D.从实验现象可以得出该温度下Ksp(Ag2S)>Ksp(Ag2SO4)
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Na2S溶液中存在质子守恒:c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+2c(H2S),A错误;滤液为氯化银的饱和溶液,所以清液中一定存在:c(Ag+)=,但加入硫酸钠后溶液仍然澄清,说明反应后c(Ag+)<,B错误;沉淀b为氯化银,氯化银中滴加氨水会生成二氨合银离子,其离子方程式为AgCl+2NH3·H2OAg(NH3)2++Cl-+2H2O,C正确;从实验现象可以得出硫化银比硫酸银更难溶,Ksp(Ag2SO4)>Ksp(Ag2S),D错误。
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6.某小组研究沉淀之间的转化,实验设计如下(已知:AgCl为白色固体,AgI为黄色固体):
下列分析不正确的是
A.浊液a中存在沉淀溶解平衡:
AgCl(s) ⥫⥬ Ag+(aq)+Cl-(aq)
B.实验①和②说明Ag+(aq)与
Cl-(aq)的反应是有限度的
C.实验③中颜色变化说明AgCl转化为AgI
D.实验①和③可以证明AgI比AgCl更难溶
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浊液a为氯化银沉淀与硝酸银和硝酸钠的混合物,AgCl(s)存在沉淀溶解平衡:AgCl(s) ⥫⥬Ag+(aq)+Cl-(aq),A正确;实验①和②中硝酸银过量,向硝酸银和硝酸钠的混合液中加入NaCl溶液,Ag+(aq)与Cl-(aq)反应生成沉淀,不能判断Ag+(aq)与Cl-(aq)反应是有限度的,B错误;实验③中颜色变化说明发生反应:AgCl(s)+I-(aq) ⥫⥬AgI(s)+Cl-(aq),即AgCl转化为AgI,C正确;实验①和③可以证明:Ksp(AgI)<Ksp(AgCl),即AgI比AgCl更难溶,D正确。
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题点三 沉淀溶解平衡的综合应用
7.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pM-pH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]=1.0×10-8.5
B.pH=4时Al(OH)3的溶解度为 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
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由点a(2,2.5)可知,此时pH=2,pOH=12,则KspFe(OH)3=c(Fe3+)·c3(OH-)=10-2.5×10-12×3=10-38.5,故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=10-3 mol·L-1,故B错误;由图可知,当铁离子完全沉淀时,铝离子尚未开始沉淀,可通过调节溶液pH的方法分步沉淀Al3+和Fe3+,故C正确;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,则Al3+、Cu2+会同时沉淀,故D错误。
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8.(双选)一定温度下,AgCl与Ag2CrO4的沉淀溶解平
衡曲线如图所示。下列说法正确的是
A.a点条件下能生成Ag2CrO4沉淀,也能生成AgCl沉淀
B.b点时,c(Cl-)=c(Cr),Ksp(AgCl)=Ksp(Ag2CrO4)
C.Ag2CrO4+2Cl- 2AgCl+Cr的平衡常数K=107.9
D.向NaCl、Na2CrO4均为0.1 mol·L-1的混合溶液中滴加AgNO3溶液,先产生AgCl沉淀
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据图像(1.7,5)可得到Ag2CrO4的Ksp(Ag2CrO4)=
c2(Ag+)·c(Cr)=(1×10-5)2×1×10-1.7=10-11.7,由
(4.8,5)可得到AgCl的Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=1×
10-5×1×10-4.8=10-9.8,据此分析各选项。a点坐标
约为(4,6.5),此时分别计算反应的离子积Q得,Q(AgCl)=10-10.5, Q(Ag2CrO4)=10-17,二者的离子积均小于其对应的溶度积Ksp,二者不会生成沉淀,A错误;
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Ksp为难溶物的溶度积,是一种平衡常数,平衡常数
只与温度有关,与浓度无关,根据分析可知,二者的
溶度积不相同,B错误;该反应的平衡常数表达式为
K=,将表达式转化为与两种难溶物的溶度
积有关的式子得K==== =1×107.9,C正确;向NaCl、Na2CrO4均为0.1 mol·L-1的混合溶液中滴加AgNO3,开始沉淀时所需要的c(Ag+)分别为10-8.8和10-5.35,说明此时沉淀Cl-需要的银离子浓度更低,在这种情况下,先沉淀的是AgCl,D正确。
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9.(13分)(1)向0.1 mol·L-1的AgNO3溶液中加入等体积0.1 mol·L-1的NaCl和0.1 mol·L-1的NaBr混合液,生成的沉淀主要是_______。
AgBr
AgNO3的量不足,先生成溶解度更小的AgBr。
(2)取等体积的AgCl和AgI饱和溶液混合,再加入足量AgNO3溶液,生成的沉淀主要是_______。
AgCl
由于AgCl溶解度大,混合溶液中c(Cl-)较大,加入AgNO3主要生成AgCl沉淀。
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(3)现向含AgBr的饱和溶液中:
①加入固体AgNO3,则c(Ag+)______(填“变大”“变小”或“不变”,下同)。
变大
向AgBr饱和溶液中加入AgNO3,c(Ag+)增大,沉淀溶解平衡逆向
移动。
②加入更多的AgBr固体,则c(Ag+)______。
不变
加入AgBr固体,对沉淀溶解平衡无影响,c(Ag+)不变。
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③加入AgCl固体,则c(Br-)______,c(Ag+)______。
变小
变大
因AgCl溶解度大于AgBr,加入AgCl固体时,溶解电离出Ag+,使
c(Ag+)增大,沉淀溶解平衡向左移动,c(Br-)变小。
④加入Na2S固体,则c(Br-)______,c(Ag+)_______(已知Ag2S的溶解度小于AgBr)。
变大
变小
因Ag2S溶解度小于AgBr,加入Na2S固体时,生成Ag2S沉淀,溶解平衡向右移动,c(Br-)增大,但c(Ag+)减小。
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10.(9分)沉淀的生成及转化在实际生产中有重要作用。
资料:部分难溶电解质的溶度积(均为18~25 ℃数据)
(1)在粗盐提纯流程中,可用Ba(OH)2溶液一次性除去粗盐水中的Mg2+和S,反应的离子方程式是_______________________________________
____________________________。
Ksp(BaSO4) KspMg(OH)2 Ksp(FeS) Ksp(PbS)
约为10-10 约为10-12 约为10-18 约为10-28
Ba2++S+Mg2++2OH-
Mg(OH)2↓+BaSO4↓
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(2)利用FeS作为沉淀剂除去某工业废水中Pb2+的部分流程如下:
①结合化学用语,从平衡移动角度解释可用FeS除去Pb2+的原因:______
______________________________________________________________________________________________________________________________。
FeS(s)
⥫⥬ Fe2+(aq)+S2-(aq),加入工业废水中时,由于PbS的Ksp比FeS的Ksp小,则发生反应:Pb2++S2-PbS↓,使平衡正向移动,FeS转化为PbS
有FeS固体的溶液中,存在沉淀溶解平衡:FeS(s) ⥫⥬Fe2+(aq)+S2-(aq),PbS的Ksp比FeS的Ksp小,废水中的Pb2+结合溶液中的S2-,使S2-浓度降低,FeS的沉淀溶解平衡正向移动,FeS转化为PbS。
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②可使①中平衡发生移动所需最小c(Pb2+)=__________ mol·L-1(只写计算结果)。
10-19
有FeS固体的溶液中c(S2-)==10-9 mol·L-1,S2-和Pb2+结合成PbS沉淀,所需c(Pb2+)最小浓度为==10-19 mol·L-1。
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③处理1 L含Pb2+浓度为3.07 mg·L-1的该废水至合格(Pb2+浓度小于1 mg·L-1)最少所需FeS的质量是______ mg。
0.88
将Pb2+浓度由3.07 mg·L-1降低为1 mg·L-1,需反应掉2.07 mg·L-1的Pb2+,1 L溶液中需反应掉2.07 mg Pb2+,2.07 mg Pb2+的物质的量为0.01 mmol,根据反应的离子方程式:Pb2+(aq)+FeS(s) ⥫⥬Fe2+(aq)+PbS(s),需要FeS的物质的量为0.01 mmol,质量为0.01 mmol×
88 g·mol-1=0.88 mg。
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11.(14分)锂被誉为“高能金属”,废旧锂离子电池的正极材料主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等,处理该废料的一种工艺流程如图所示:
已知:①Ksp(Li2CO3)=1.6×10-3,LiCoO2难溶于水,具有强氧化性(且氧化性强于KMnO4);
②相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH如表所示:
金属离子 Al3+ Fe3+ Fe2+ Co2+
开始沉淀的pH 4.0 2.7 7.6 7.0
沉淀完全的pH 5.2 3.7 9.6 9.0
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回答下列问题:
(1)写出“碱溶”时发生主要反应的化学方程式:____________________
________________________。
2Al+2NaOH+6H2O
2Na[Al(OH)4]+3H2↑
废旧锂离子电池的正极材料主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等,加碱时Al发生反应,其反应的化学方程式:2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑。
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为提高“酸溶”的浸出速率,可增大双氧水的浓度,或者升高温度。
(2)为提高“酸溶”的浸出速率,可采取的措施有_____________________
_________ (任写一种)。
升高温度(或增大双氧水
的浓度)
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通过题给信息可知:LiCoO2难溶于水,具有强氧化性,且氧化性强于KMnO4,所以酸溶时LiCoO2能将H2O2氧化,其离子方程式为2LiCoO2+H2O2+6H+2Li++2Co2++4H2O+O2↑。若用浓盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,Cl-易被氧化成Cl2,污染空气。
(3)“酸溶”时,LiCoO2能将H2O2氧化,其离子方程式为______________
__________________________________;若用浓盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,缺点是______________________________。
2LiCoO2+H2O2
+6H+2Li++2Co2++4H2O+O2↑
Cl-易被氧化成Cl2,污染空气
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用氨水调节pH,是为了除去铁离子,留下钴离子,根据相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH表可知,沉淀完全时的pH的范围为3.7≤pH<7.0。
(4)用氨水调节pH的范围为_______________。
3.7≤pH<7.0
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沉淀的洗涤操作是沿玻璃棒向漏斗中注入少量蒸馏水,使水面没过沉淀物,待水自然流下后,再加蒸馏水洗涤,连续洗2~3次。
(5)该流程涉及多次过滤,实验室中过滤后洗涤沉淀的操作为__________
___________________________________________________________________________________________。
沿玻璃棒向
漏斗中注入少量蒸馏水,使水面没过沉淀物,待水自然流下后,再加蒸馏水洗涤,连续洗2~3次
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在浸液中加入氨水除去铁离子,再加入碳酸氢铵,沉钴过程中是CoSO4与NH4HCO3反应,得到CoCO3沉淀,根据原子守恒,该反应的离子方程式为Co2++2HCCoCO3↓+CO2↑+H2O。
(6)写出“沉钴”过程中发生反应的离子方程式:_____________________
________________________。
Co2++2HC
CoCO3↓+CO2↑+H2O
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第2课时 沉淀溶解平衡的应用
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