内容正文:
第55讲 沉淀溶解平衡图像的分析
[复习目标] 1.熟知常考沉淀溶解平衡图像的类型,能用沉淀溶解平衡原理解释曲线变化的原因。2.会选取特殊点利用数据进行有关Ksp的计算。
分析沉淀溶解平衡曲线图像的一般思路
1.明确图像中横、纵坐标的含义。
2.分析曲线上或曲线外的点对应的溶液是否为饱和溶液时,要明确点所对应的溶液中,若Q>Ksp,能形成沉淀,则该点所对应的溶液为过饱和溶液;若Q<Ksp,不能形成沉淀,则该点所对应的溶液为不饱和溶液。
3.分析曲线上指定点的离子浓度时,需根据Ksp计算或抓住Ksp的特点,结合选项分析判断。溶液在蒸发时,离子浓度的变化分两种情况:原溶液不饱和时,离子浓度都增大;原溶液饱和时,离子浓度都不变。溶度积常数只是温度的函数,与溶液中的离子浓度无关,在同一曲线上的点,溶度积常数都相同。
类型一 溶解度曲线
1.图像举例
如图为A、B、C三种物质的溶解度随温度变化曲线。
2.信息解读
(1)曲线上各点的意义:曲线上任一点都表示饱和溶液,曲线上方的任一点均表示过饱和溶液,此时有沉淀析出,曲线下方的任一点均表示不饱和溶液。
(2)曲线的变化趋势:A曲线表示溶解度随温度升高而增大;B曲线表示溶解度随温度升高而减小;C曲线表示溶解度随温度升高变化不大。
(3)分离提纯:A(C):蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥;C(A):蒸发结晶、趁热过滤。
(4)计算Ksp:对于难溶电解质来说,若知道溶解度的值S g,可求出难溶电解质饱和溶液时的浓度c= mol·L-1,进而求出Ksp。
1.(2014·全国卷 Ⅰ,11)溴酸银(AgBrO3)溶解度随温度变化曲线如图所示,下列说法错误的是( )
A.溴酸银的溶解是放热过程
B.温度升高时溴酸银溶解速度加快
C.60 ℃时溴酸银的Ksp约等于6×10-4
D.若硝酸钾中含有少量溴酸银,可用重结晶方法提纯
答案 A
解析 温度升高,该物质的溶解度增大,则AgBrO3的溶解是吸热过程,A错误;60 ℃溴酸银的溶解度大约是0.6 g,则c(AgBrO3)=≈0.025 mol·L-1,Ksp=c(Ag+)·c(BrO)=0.025×0.025≈6×10-4,C正确;由于硝酸钾溶解度比较大,而溴酸银溶解度较小,所以若硝酸钾中含有少量溴酸银,可用重结晶方法提纯,D正确。
2.已知4种盐的溶解度曲线如图所示,下列说法不正确的是( )
A.将NaCl溶液蒸干可得NaCl固体
B.将MgCl2溶液蒸干可得MgCl2固体
C.可用MgCl2和NaClO3制备Mg(ClO3)2
D.Mg(ClO3)2中混有少量NaCl杂质,可用重结晶法提纯
答案 B
解析 氯化钠受热不分解,将氯化钠溶液蒸干后,得到的固体是氯化钠,A正确;将MgCl2溶液蒸干,因为镁离子会发生水解生成氢氧化镁和HCl,HCl挥发,促进镁离子的水解正向移动,所以不会得到氯化镁固体,B错误;由图可知,氯化钠的溶解度较小,所以MgCl2溶液和NaClO3溶液可发生复分解反应生成Mg(ClO3)2和氯化钠沉淀,C正确;氯化钠的溶解度随温度变化不大,而Mg(ClO3)2的溶解度随温度的变化较大,所以Mg(ClO3)2中混有少量氯化钠杂质,可用重结晶法提纯,D正确。
类型二 离子积曲线
1.图像举例
BaSO4在不同条件下沉淀溶解平衡:
2.信息解读
a→c
曲线上变化,增大c(SO)
b→c
加入1×10-5 mol·L-1 Na2SO4溶液(加水不行)
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+)
曲线上方的点表示有沉淀生成;曲线下方的点表示不饱和溶液
1.(2024·嘉兴高三月考)在T ℃时,Ag2CrO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.T ℃时,Ag2CrO4的Ksp数量级是10-9
B.T ℃时,Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)2AgCl(s)+CrO(aq)的平衡常数K=2.5×107[T ℃时Ksp(AgCl)=2×10-10]
C.T ℃时,用0.01 mol·L-1 AgNO3溶液滴定20 mL 0.01 mol·L-1 KCl和0.01 mol·L-1 K2CrO4的混合液,CrO先沉淀
D.在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4固体可使溶液由Y点到X点
答案 B
解析 Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO)=(10-3)2×10-6=10-12,A错误;在T ℃时,Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)2AgCl(s)+CrO(aq)的平衡常数K=====2.5×107,B正确;开始生成AgCl沉淀时所需c(Ag+)== mol·L-1=2×10-8 mol·L-1,开始生成Ag2CrO4沉淀时所需c(Ag+)==mol·L-1=10-5 mol·L-1,故先析出氯化银沉淀,C错误;在Ag2CrO4饱和溶液中加入K2CrO4固体,可使沉淀溶解平衡逆向移动,则溶液中c(CrO)增大,c(Ag+)减小,不可能由Y点到X点,D错误。
2.FeAsO4在不同温度下的沉淀溶解平衡曲线如图所示(T2>T1)。下列说法不正确的是( )
A.温度为T2时,Ksp(FeAsO4)=10-2a
B.c(FeAsO4):Z>W=X
C.FeAsO4的溶解过程吸收能量
D.将Z溶液升温一定可以得到Y溶液
答案 D
解析 温度为T2时,Ksp(FeAsO4)=c(Fe3+)·c(AsO)=10-a×10-a=10-2a,A正确;由于X点的c(Fe3+)和W点的c(AsO)均为10-a mol·L-1,故其对FeAsO4的沉淀溶解平衡起抑制作用,且作用程度相同,而Z点Fe3+和AsO的浓度相等,无同离子的抑制作用,故c(FeAsO4):Z>W=X,B正确;由图可知,Ksp(T1)<Ksp(T2),升高温度,Ksp增大,故FeAsO4的溶解过程吸收能量,C正确;将Z溶液升温不一定得到Y溶液,若Z点溶液为刚刚饱和溶液,则升高温度变为不饱和溶液,溶液中的Fe3+和AsO的浓度不变,故无法达到Y点溶液,若Z点溶液为过饱和溶液则升高温度,溶液中的Fe3+和AsO的浓度增大,故可以达到Y点溶液,D错误。
类型三 沉淀滴定曲线
1.图像举例
沉淀滴定曲线是沉淀滴定过程中构成难溶电解质的离子浓度与滴定剂加入量之间的关系曲线。用0.100 mol·L-1 AgNO3溶液滴定50.0 mL 0.050 0 mol·L-1含Cl-溶液的滴定曲线如图所示:
2.信息解读
(1)根据曲线数据计算可知Ksp(AgCl)的数量级为________。
(2)滴定终点c点为饱和AgCl溶液,c(Ag+)________(填“>”“<”或“=”)c(Cl-)。
(3)相同实验条件下,若改为0.040 0 mol·L-1 Cl-,反应终点c向______(填“a”或“b”,下同)方向移动。
(4)相同实验条件下,若改为0.050 0 mol·L-1Br-,反应终点c向____方向移动。
答案 (1)10-10 (2)= (3)a (4)b
解析 (1)由题图可知,当AgNO3溶液的体积为40.0 mL时,溶液中的c(Cl-)=10-8 mol·L-1,此时混合溶液中c(Ag+)=≈1.7×10-2 mol·L-1,故Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=1.7×10-2×10-8=1.7×10-10。
(3)根据Ag++Cl-===AgCl↓可知,达到滴定终点时,消耗AgNO3溶液的体积为=20.0 mL,反应终点c向a方向移动。
(4)相同实验条件下,沉淀相同量的Cl-和Br-消耗的AgNO3的量相同,由于Ksp(AgBr)<Ksp(AgCl),当滴加相同量的Ag+时,溶液中c(Br-)<c(Cl-),故反应终点c向b方向移动。
1.25 ℃时,用0.100 0 mol·L-1的AgNO3溶液分别滴定体积均为 V0 mL且浓度均为 0.100 0 mol·L-1的KCl、KBr及KI溶液,其滴定曲线如图。
已知:25 ℃时,AgCl、AgBr及AgI溶度积常数依次为1.8×10-10、5.4×10-13、8.5×10-17,下列说法正确的是( )
A.V0=45.00
B.滴定曲线①表示KCl的滴定曲线
C.滴定KCl时,可加入少量的KI作指示剂
D.当AgNO3溶液滴定至60.00 mL时,溶液中c(I-)<c(Br-)<c(Cl-)
答案 D
解析 由25 ℃时AgCl、AgBr及AgI的溶度积及图像可知,V0=50.00;沉淀时所需c(Ag+)由大到小依次是AgCl、AgBr、AgI,所以-lg c(Ag+)从小到大依次为AgCl、AgBr、AgI,所以曲线③、②、①依次为KCl、KBr及KI溶液的滴定曲线;在滴定KCl时,不能用KI作指示剂,因为AgI溶度积更小,更容易沉淀;当AgNO3溶液滴定至60.00 mL时,AgNO3溶液过量,溶液中的c(Ag+)相同,所以溶液中c(I-)<c(Br-)<c(Cl-)。
2.(2022·湖南,10)室温时,用0.100 mol·L-1的标准AgNO3溶液滴定15.00 mL浓度相等的Cl-、Br-和I-混合溶液,通过电位滴定法获得lg c(Ag+)与V(AgNO3)的关系曲线如图所示[忽略沉淀对离子的吸附作用。若溶液中离子浓度小于1.0×10-5 mol·L-1时,认为该离子沉淀完全。Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgBr)=5.4×10-13,Ksp(AgI)=8.5×10-17]。下列说法正确的是( )
A.a点:有白色沉淀生成
B.原溶液中I-的浓度为0.100 mol·L-1
C.当Br-沉淀完全时,已经有部分Cl-沉淀
D.b点:c(Cl-)>c(Br-)>c(I-)>c(Ag+)
答案 C
解析 根据三种沉淀的溶度积常数,三种离子沉淀的先后顺序为I-、Br-、Cl-,根据滴定图示,当滴入4.50 mL硝酸银溶液时,Cl-恰好沉淀完全,此时共消耗硝酸银的物质的量为4.50×10-3 L×0.100 mol·L-1=4.5×10-4 mol,所以Cl-、Br-和I-均为1.5×10-4 mol。I-先沉淀,所以a点有黄色沉淀AgI生成,原溶液中I-的浓度为=0.010 mol·L-1,故A、B错误;当Br-沉淀完全时(Br-浓度为1.0×10-5 mol·L-1),溶液中的c(Ag+)== mol·L-1=5.4×10-8 mol·L-1,则此时溶液中的c(Cl-)== mol·L-1≈3.3×10-3 mol·L-1,原溶液中的c(Cl-)=c(I-)=0.010 mol·L-1,则已经有部分Cl-沉淀,故C正确;b点加入了过量的硝酸银溶液,Ag+浓度最大,故D错误。
类型四 对数曲线
1.对数[lg c(M+)—lg c(R-)]曲线:横、纵坐标分别为阳离子或阴离子的对数。
(1)图像举例
(2)信息解读
①曲线上各点的意义:每条曲线上任一点都表示饱和溶液;曲线上方的任一点均表示过饱和溶液(Q>Ksp);曲线下方的任一点均表示不饱和溶液(Q<Ksp)。如,c点对于ZnS:Q<Ksp(ZnS),为不饱和溶液;c点对于CuS:Q>Ksp(CuS),为过饱和溶液。
②比较Ksp大小:Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)。
2.负对数[pc(M+)—pc(R-)]曲线:横、纵坐标分别为阳离子或阴离子的负对数。
(1)图像举例
(2)信息解读
①MgCO3、CaCO3、MnCO3的Ksp依次______(填“增大”或“减小”)。
②a点可表示MnCO3的________(填“饱和”或“不饱和”,下同)溶液,c(Mn2+)________(填“大于”“等于”或“小于”,下同)c(CO)。
③b点可表示CaCO3的____________溶液,且c(Ca2+)________c(CO)。
④c点可表示MgCO3的____________溶液,且c(Mg2+)________c(CO)。
答案 ①减小 ②饱和 等于 ③饱和 大于 ④不饱和 小于
1.(2023·全国甲卷,13)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)≤10-5mol·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
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,故A错误;pH=4时Al3+对应的pM=3,即c(Al3+)=10-3 mol·L-1,故B错误;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Fe3+和Al3+,故C正确;Cu2+刚要开始沉淀,此时c(Cu2+)=0.1 mol·L-1,若c(Cu2+)=0.2 mol·L-1,则对应的pM<1,由图像知,此时c(Al3+)>10-5 mol·L-1,则Al3+、Cu2+会同时沉淀,故D错误。
2.(2023·全国乙卷,13)一定温度下,AgCl和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(CrO),Ksp(AgCl)=Ksp(Ag2CrO4)
C.Ag2CrO4+2Cl-2AgCl+CrO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Ag2CrO4沉淀
答案 C
解析 a点在两曲线右上方,对应的c(Ag+)·c(Cl-)<Ksp(AgCl),c2(Ag+)·c(CrO)<Ksp(Ag2CrO4),故不会生成沉淀,A错误;b点时,c(Cl-)=c(CrO),且c(Ag+)相等,但两沉淀的溶度积表达式不同,Ksp(AgCl)≠Ksp(Ag2CrO4),B错误;该反应的平衡常数K=====107.9,C正确;向NaCl、Na2CrO4均为0.1 mol·L-1的混合溶液中滴加AgNO3溶液,开始沉淀时所需要的c(Ag+)分别为10-8.8 mol·L-1和10-5.35 mol·L-1,说明此时沉淀Cl-需要的银离子浓度更低,先产生AgCl沉淀,D错误。
课时精练
1.如图可以看出,从MnSO4和MgSO4混合溶液中结晶MnSO4·H2O晶体,需控制的结晶温度范围为( )
A.20 ℃以下 B.20~40 ℃
C.40~60 ℃ D.60 ℃以上
答案 D
解析 由图可知,60 ℃时,MgSO4·6H2O与MnSO4·H2O的溶解度相等,随着温度的不断升高,MgSO4·6H2O的溶解度逐渐增大,而MnSO4·H2O的溶解度逐渐减小,因此欲从混合溶液中结晶析出MnSO4·H2O,需控制温度在60 ℃以上。
2.(2023·温州高三检测)常温下,Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,CaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列判断错误的是( )
A.a点是CaSO4的饱和溶液而b点不是
B.蒸发水可使溶液由b点变化到a点
C.常温下,CaCO3(s)+SO(aq)CaSO4(s)+CO(aq)的K=3.1×10-4
D.除去锅炉中的CaSO4时,可用Na2CO3溶液将其转化为CaCO3
答案 B
解析 a点位于沉淀溶解平衡曲线上,所以为饱和溶液,b点位于曲线下方,为不饱和溶液,故A正确;b点和a点溶液中硫酸根离子浓度相同,蒸发水硫酸根离子和钙离子浓度均会增大,无法变化到a点,故B错误;对于反应CaCO3(s)+SO(aq)CaSO4(s)+CO(aq)的平衡常数K====≈3.1×10-4,故C正确;常温下Ksp(CaSO4)>Ksp(CaCO3),二者为同类型沉淀,硫酸钙的溶解度大于碳酸钙的溶解度,所以Na2CO3溶液可将CaSO4转化为CaCO3,故D正确。
3.常温下,取一定量的PbI2固体配成饱和溶液,t时刻改变某一条件,离子浓度变化如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.常温下,PbI2的Ksp为2×10-6
B.温度不变,向PbI2饱和溶液中加入少量硝酸铅浓溶液,平衡向左移动,Pb2+的浓度减小
C.温度不变,t时刻改变的条件可能是向溶液中加入了KI固体,PbI2的Ksp增大
D.常温下,Ksp(PbS)=8×10-28,向PbI2的悬浊液中加入Na2S溶液,反应PbI2(s)+S2-(aq)PbS(s)+2I-(aq)的平衡常数为5×1018
答案 D
解析 根据图像知,常温下平衡时溶液中c(Pb2+)、c(I-)分别是1×10-3mol·L-1、2×10-3mol·L-1,因此Ksp(PbI2)=c(Pb2+)·c2(I-)=4×10-9,A错误;PbI2饱和溶液中存在平衡:PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq),温度不变,向PbI2饱和溶液中加入少量硝酸铅浓溶液,Pb2+浓度增大,平衡逆向移动,最终平衡时Pb2+浓度仍然比原平衡时大,B错误;根据图像知,t时刻改变的条件是增大I-的浓度,温度不变,PbI2的Ksp不变,C错误;反应PbI2(s)+S2-(aq) PbS(s)+2I-(aq)的平衡常数K===5×1018,D正确。
4.T ℃时,向5 mL a mol·L-1 BaCl2溶液中逐滴加入0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液,滴加过程中溶液的-lg c(Ba2+)与Na2CO3溶液体积(V)的关系如图所示,下列说法正确的是[已知:lg 5=0.7,Ksp(BaSO4)=1.0×10-10]( )
A.A、B两点溶液中c(Ba2+)之比为2 000∶3
B.a=10-4.3
C.T ℃时,C点对应的含BaCO3的分散系很稳定
D.若用相同浓度的Na2SO4溶液代替Na2CO3溶液,则图像在A点后的变化曲线如虚线部分
答案 A
解析 由图可知,当未加入碳酸钠溶液时,V=0、-lg c(Ba2+)=1,则a=0.1,故B项错误;A点氯化钡溶液与碳酸钠溶液恰好完全反应,溶液中c(Ba2+)=c(CO)=10-4.3 mol·L-1,则Ksp(BaCO3)=c(Ba2+)·c(CO)=10-4.3×10-4.3=10-8.6,B点碳酸钠溶液过量,溶液中c(CO)== mol·L-1,溶液中c(Ba2+)== mol·L-1=3×10-7.6 mol·L-1,则A、B两点溶液中c(Ba2+)之比为,由lg 5=0.7可知,103.3=2 000,则=,故A项正确;由图可知,T ℃时,C点溶液中离子积Q大于溶度积Ksp,能析出沉淀,分散系是不稳定的悬浊液,故C项错误;碳酸钡的溶度积Ksp(BaCO3)=1.0×10-8.6>Ksp(BaSO4)=10-10,则图中横坐标为5~10的曲线应该在实线的上面,故D项错误。
5.(2023·丽水模拟)硫化镉(CdS)是一种难溶于水的黄色颜料,在水溶液中存在沉淀溶解平衡:CdS(s)Cd2+(aq)+S2-(aq) ΔH>0,其沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.图中温度T1<T2
B.图中各点对应的Ksp的关系为Ksp(m)=Ksp(n)<Ksp(p)<Ksp(q)
C.向m点的溶液中加入少量Na2S固体,溶液组成由m沿mpn线向p方向移动
D.温度降低时,q点的饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动
答案 B
解析 根据题干信息CdS(s)Cd2+(aq)+S2-(aq) ΔH>0可知,升高温度平衡正向移动,故Ksp=c(Cd2+)·c(S2-)增大,从图中可知T1<T2,A正确;图像中m、n、p点均为在温度T1下所测离子浓度,故Ksp(m)=Ksp(n)=Ksp(p),B错误;m点达到沉淀溶解平衡,加入少量Na2S固体,平衡逆向移动,c(S2-)增大,c(Cd2+)减小,溶液组成由m沿mpn线向p方向移动,C正确;平衡CdS(s)Cd2+(aq)+S2-(aq)正向吸热,温度降低时,q点对应饱和溶液溶解度下降,说明溶液中c(S2-)和c(Cd2+)同时减小,q点的饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动,D正确。
6.常温下,Fe(OH)3和Cu(OH)2沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.Ksp[Fe(OH)3]>Ksp[Cu(OH)2]
B.a、b、c、d四点的Kw不同
C.在Fe(OH)3饱和溶液中加入适量硝酸钾晶体可使a点变到b点
D.d点时的Cu(OH)2溶液为不饱和溶液
答案 D
解析 根据图示,b点c(Fe3+)与c点c(Cu2+)相等,而b点c(OH-)=10-12.7 mol·L-1,c点c(OH-)=10-9.6 mol·L-1,根据Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-),Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·c2(OH-),得Ksp[Fe(OH)3]<Ksp[Cu(OH)2],A项错误;a、b、c、d四点的温度相同,Kw相同,B项错误;在Fe(OH)3饱和溶液中加入适量硝酸钾晶体,对Fe(OH)3的沉淀溶解平衡没有影响,C项错误;d点位于Cu(OH)2沉淀溶解平衡曲线左方,为不饱和溶液,D项正确。
7.(2023·金华模拟)已知:AgA、Ag2B都是难溶盐。室温下,向体积均为10 mL、浓度均为0.1 mol·L-1的NaA溶液、Na2B溶液中分别滴加0.1 mol·L-1的AgNO3溶液,溶液中pX与AgNO3溶液体积的关系如图所示[已知:pX=-lg c(A-)或-lg c(B2-)]。下列推断错误的是( )
A.室温下,Ksp(Ag2B)=4×10-3a
B.对应溶液中c(Ag+):e>f
C.室温下,溶解度:S(AgA)<S(Ag2B)
D.若c(AgNO3)变为0.05 mol·L-1,则c点向e点移动
答案 D
解析 由图可知,室温下,加入10 mL硝酸银溶液时,NaA溶液完全反应得到AgA饱和溶液,溶液中A-和Ag+浓度都为10-b mol·L-1,AgA的溶度积为10-2b,加入20 mL硝酸银溶液时,Na2B溶液完全反应得到Ag2B饱和溶液,溶液中B2-浓度为10-a mol·L-1、Ag+浓度为2×10-a mol·L-1,Ag2B的溶度积为4×10-3a,故A正确;AgA饱和溶液中银离子浓度小于Ag2B饱和溶液,所以AgA的溶解度小于Ag2B,故C正确;若硝酸银溶液浓度变为0.05 mol·L-1,则加入20 mL硝酸银溶液时,NaA溶液完全反应得到AgA饱和溶液,由温度不变,溶度积不变可知,溶液中Ag+浓度还是10-b mol·L-1,则c点会向d点移动,故D错误。
8.(2021·全国甲卷,12)已知相同温度下,Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3)。某温度下,饱和溶液中-lg [c(SO)]、-lg[c(CO)]与-lg[c(Ba2+)]的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.曲线①代表BaCO3的沉淀溶解曲线
B.该温度下BaSO4的Ksp(BaSO4)值为1.0×10-10
C.加适量BaCl2固体可使溶液由a点变到b点
D.c(Ba2+)=10-5.1 mol·L-1时两溶液中=
答案 B
解析 由题可知,曲线上的点均为饱和溶液中微粒浓度关系,由题及图像分析可知,曲线①为BaSO4的沉淀溶解曲线,当溶液中-lg[c(Ba2+)]=3时,-lg[c(SO)]=7,则-lg[Ksp(BaSO4)]=7+3=10,因此Ksp(BaSO4)=1.0×10-10,选项A错误、B正确;向饱和BaCO3溶液中加入适量BaCl2固体后,溶液中c(Ba2+)增大,根据温度不变则Ksp(BaCO3)不变可知,溶液中c(CO)将减小,因此a点将沿曲线②向左上方移动,选项C错误;由图可知,当溶液中c(Ba2+)=10-5.1 mol·L-1时,两溶液中=,选项D错误。
9.(2022·海南,14改编)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)(aq),25 ℃,-lg c与pH的关系如图所示,c为M2+或M(OH)浓度的值。下列说法错误的是( )
A.曲线①代表-lg c(M2+)与pH的关系
B.M(OH)2的Ksp约为1×10-17
C.向c(M2+)=0.1 mol·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=0.1 mol·L-1的溶液中加入等体积0.4 mol·L-1的HCl后,体系中元素M主要以M2+存在
答案 D
解析 由题干信息可知,随着pH增大,c(OH-)增大,则c(M2+)减小,c[M(OH)]增大,即-lg c(M2+)增大,-lg c[M(OH)]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)]与pH的关系,A正确;由图像可知,pH=7.0时,-lg c(M2+)=3.0,则M(OH)2的Ksp=c(M2+)·c2(OH-)=1×10-17,B正确;根据图像可知,pH=9.0时,c(M2+)、c[M(OH)]均极小,则体系中元素M主要以M(OH)2(s)存在,C正确;由曲线②可知,c[M(OH)]=0.1 mol·L-1时pH≈14.5,则c(OH-)≈3.16 mol·L-1,因此加入等体积0.4 mol·L-1的HCl后,HCl与OH-发生反应,反应后c(OH-)>1 mol·L-1,溶液pH>14,由图可知体系中元素M主要以M(OH)存在,D错误。
10.常温下,向20 mL 0.1 mol·L-1 H2S溶液中缓慢加入少量MSO4粉末(已知MS难溶,忽略溶液体积变化),溶液中c(H+)与c(M2+)变化如图所示(坐标未按比例画出),已知:Ka1(H2S)=1.0×10-9,Ka2(H2S)=1.0×10-13。下列有关说法正确的是( )
A.a点溶液中c(H+)约为10-5 mol·L-1
B.a、b、c三点中由水电离的c(H+)最大的是c点
C.Ksp(MS)的数量级为10-20
D.c点溶液中c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)=0.1 mol·L-1
答案 A
解析 由Ka1(H2S)= ≈=1.0×10-9,解得c(H+)=10-5 mol·L-1,故A正确;根据化学反应H2S+MSO4===MS↓+ H2SO4可知,随着反应进行H2SO4浓度逐渐增大,对水的电离的抑制作用逐渐增强,所以a、b、c三点中a点氢离子浓度最小,由水电离的c(H+)最大,故B错误;Ka1(H2S)×Ka2(H2S)= =1.0×10-22, 结合b点数据,c(H+)=0.1 mol·L-1,c(M2+)=0.002 mol·L-1,此时溶液中c(H2S)≈0.05 mol·L-1,解得c(S2-)=5×10-22 mol·L-1,Ksp(MS)=c(M2+)·c(S2-)=0.002×5×10-22=1×10-24,所以Ksp(MS)的数量级为10-24,故C错误;根据元素守恒可知,c点MS沉淀中也有S元素,故 D错误。
11.(2021·全国乙卷,13)HA是一元弱酸,难溶盐MA的饱和溶液中c(M+)随c(H+)而变化,M+不发生水解。实验发现,298 K时c2(M+)~c(H+)为线性关系,如图中实线所示。
下列叙述错误的是( )
A.溶液pH=4时,c(M+)<3.0×10-4 mol·L-1
B.MA的溶度积Ksp(MA)=5.0×10-8
C.溶液pH=7时,c(M+)+c(H+)=c(A-)+c(OH-)
D.HA的电离常数Ka(HA)=2.0×10-4
答案 C
解析 由图可知pH=4,即c(H+)=10×10-5 mol·L-1时,c2(M+)=7.5×10-8 mol2·L-2,c(M+)=×10-4 mol·L-1<3.0×10-4 mol·L-1,A正确;由图可知,c(H+)=0时,可看作溶液中有较大浓度的OH-,此时A-的水解极大地被抑制,溶液中c(M+)=c(A-),则Ksp(MA)=c(M+)·c(A-)=c2(M+)=5.0×10-8,B正确;MA饱和溶液中,M+不发生水解,A-水解使溶液呈碱性,若使pH=7,需加入酸,会引入其他阴离子,此时c(M+)+c(H+)≠c(A-)+c(OH-),C错误;Ka(HA)=,当c(A-)=c(HA)时,由元素守恒知c(A-)+c(HA)=c(M+),则c(A-)=,Ksp(MA)=c(M+)·c(A-)==5.0×10-8,则c2(M+)=10×10-8 mol2·L-2,对应图得此时溶液中c(H+)=2.0×10-4 mol·L-1,Ka(HA)==2.0×10-4,D正确。
12.在湿法炼锌的电解循环溶液中,较高浓度的Cl-会腐蚀阳极板而增大电解能耗。可向溶液中同时加入Cu和CuSO4,生成CuCl沉淀从而除去Cl-。根据溶液中平衡时相关离子浓度的关系图,下列说法错误的是( )
A.Ksp(CuCl)的数量级为10-7
B.除Cl-的反应为Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl
C.加入Cu越多,Cu+浓度越高,除去Cl-的效果越好
D.2Cu+(aq) Cu2+(aq)+Cu(s)平衡常数很大,反应趋于完全
答案 C
解析 A项,根据CuCl(s)Cu+(aq)+Cl-(aq)可知Ksp(CuCl)=c(Cu+)·c(Cl-),由图像可知,选择一个坐标点(1.75,-5),则Ksp(CuCl)的数量级为10-7,正确;B项,由题干中“可向溶液中同时加入Cu和CuSO4,生成CuCl沉淀从而除去Cl-”可知Cu、Cu2+与Cl― 可以发生反应生成CuCl沉淀,正确;C项,Cu(s)+Cu2+(aq)2Cu+(aq),固体对平衡无影响,故增加固体Cu的量,平衡不移动,错误;D项,2Cu+(aq)Cu(s)+Cu2+(aq),反应的平衡常数K=,从图中两条曲线上任取横坐标相同的c(Cu2+)、c(Cu+)两点代入计算可得K≈106,反应的平衡常数较大,反应趋于完全,正确。
13.(2023·镇海中学模拟)在20 ℃时,用0.5 mol·L-1 NaHCO3溶液滴定25 mL 0.25 mol·L-1 CaCl2溶液,加入的NaHCO3溶液体积与溶液pH变化曲线如图所示,其中V=4.54 mL时溶液中无沉淀,之后出现白色浑浊且逐渐增多,当滴加的NaHCO3溶液体积为25.00 mL时,溶液的pH稳定在7.20左右,整个滴定过程中未见气泡产生。下列叙述正确的是( )
已知:Ksp(CaCO3)=3.4×10-9,Ka1(H2CO3)=4.5×10-7,Ka2(H2CO3)=4.7×10-11。
A.a点的混合溶液,2c(Ca2+)+c(Na+)<2(CO)+(HCO)+(Cl-)
B.a→b的过程中,水的电离程度不断增大
C.总反应的化学方程式:CaCl2+2NaHCO3===2NaCl+CaCO3↓+CO2↑+H2O
D.b点的混合溶液,c(HCO)·c(Ca2+)的数量级为10-6
答案 D
解析 a点时溶液中存在电荷守恒:2c(Ca2+)+c(Na+)+c(H+)=c(HCO)+2c(CO)+c(Cl-)+c(OH-),a点溶液显碱性,所以c(OH-)>c(H+),则可得到2c(Ca2+)+c(Na+)>c(HCO)+2c(CO)+c(Cl-),A错误;a点溶液中溶质有NaHCO3和CaCl2,水的电离被促进,b点溶液中溶质有NaCl 和H2CO3,水的电离被抑制,a→b的过程中,水的电离程度不断减小,B错误;根据题干中信息,有白色浑浊生成且全程无气体生成,得出反应的化学方程式:CaCl2+2NaHCO3===2NaCl+CaCO3↓+H2CO3,C错误;b点的混合溶液中,Ka2(H2CO3)=·=·,则c(Ca2+)·c(HCO)=·Ksp(CaCO3),代入题中给出的数据c(Ca2+)·c(HCO)=×3.4×10-9≈4.5×10-6,即c(HCO)·c(Ca2+)的数量级为10-6,D正确。
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