专题十六(3)沉淀溶解平衡的应用
【考点要求】
1、了解沉淀平衡的定义及影响因素。
2、掌握沉淀的溶解和转化条件及应用。
3、了解溶度积及其有关的计算。
【教学过程】
沉淀溶解平衡的应用
1、沉淀的生成
原理:若Qc大于Ksp,难溶电解质的沉淀溶解平衡向左移动,就会生成沉淀。
在工业生产、科研、废水处理等领域中,常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。常见的方法有:
①调节溶液的pH法:使杂质离子转化为氢氧化物沉淀。
②加沉淀剂法:如除去溶液中的Cu2+、Hg2+,可加入Na2S、H2S等作为沉淀剂。
〖特别提醒〗 ①为使沉淀更完全,所选用沉淀剂的原则是:使生成沉淀的反应进行得越完全越好(所沉淀离子形成沉淀的Ksp尽可能的小,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。
2、沉淀的溶解
原理:当Qc小于Ksp,使难溶电解质的沉淀溶解平衡向右移动,沉淀就会溶解。
根据平衡移动,对于在水中难溶的电解质,如果能设法不断地移去溶解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。方法有:
①酸碱溶解法:如难溶于水的CaCO3溶于盐酸中。
②发生氧化还原反应使沉淀溶解:如CuS溶于硝酸中,HgS溶解度更小,只能用王水使其溶解。
③生成配合物使沉淀溶解:向沉淀体系中加入适当配合剂,使溶液中的某些离子生成稳定的配合物,减小其浓度,从而使沉淀溶解。
如AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)、Ag++2NH3(加氨水) [Ag(NH3)2]+,
此法对用酸碱法不能溶解的难溶电解质尤其具有重要意义。
3、沉淀的转化
①实质:沉淀溶解平衡的移动。
②特征: A.一般说来,溶解能力相对较强的物质易转化为溶解能力相对较弱的物质。
B.沉淀的溶解能力差别越大,越容易转化。
例如:AgNO3 → AgCl(白色沉淀) → AgBr (浅黄色沉淀) →AgI(黄色沉淀) → Ag2S (黑色沉淀)。
③沉淀转化的应用
A.钡化合物的制备
重晶石(主要成分是BaSO4)是制备钡化合物的重要原料,但BaSO4不溶于酸,若用饱和Na2CO3溶液处理即可转化为易溶于酸的BaCO3。总反应的离子方程式为BaSO4+CO32-BaCO3+SO42-。
虽然BaSO4比BaCO3更难溶于水,但在CO32-浓度较大的溶液中,BaSO4溶解在水中的Ba2+能与CO32-结合形成BaCO3沉淀。转化过程是用饱和Na2CO3溶液处理BaSO4沉淀,待达到平衡后,移走上层溶液;再加入饱和Na2CO3溶液,重复处理多次,使绝大部分BaSO4转化为BaCO3;最后加入盐酸,Ba2+即转入到溶液中。
B.锅炉除水垢 除水垢[CaSO4(s) → CaCO3(s) → Ca2+(aq)]
【感悟高考】
(2010江苏高考.10)下列实验操作与预期实验目的或所得实验结论一致的是
选项
实验操作
实验目的或结论
A
某钾盐溶于盐酸,产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体
说明该钾盐是
B
向含有少量FeCl3的MgCl2溶液中加入足量Mg(OH)2粉末,搅拌一段时间后过滤
除去MgCl2溶液中少量FeCl3
C
常温下,向饱和Na2CO3溶液中加少量BaSO4粉末,过滤,向洗净的沉淀中加稀盐酸,有气泡产生
说明常温下
Ksp(BaCO3) < Ksp(BaSO4)
D
C2H5OH与浓硫酸170℃共热,制得的气体通人酸性KMnO4溶液
检验制得气体是否为乙烯
(2012江苏高考.13)下列根据实验操作和现象所得出的结论正确的是
选项
实验操作
实验现象
结 论
A
向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液
均有固体析出
蛋白质均发生变性
B
向溶液中先滴加稀硝酸,再滴加Ba(NO3)2溶液
出现白色沉淀
溶液X中一定含有SO42-
C
向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体
出现白色沉淀
H2SiO3的酸性比H2CO3强
D
向浓度均为0.1 mol·L-1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液
出现黄色沉淀
Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)
(2012江苏高考.18)(1)已知室温下BaSO4的Ksp=1.1×10-10,欲使溶液中
c(SO42-)≤1.0×10-6 mol·L-1,应保持溶液中c(Ba2+)≥ mol·L-1。
(2012江苏高考.19)废弃物的综合利用既有利于节约资源,又有利于保护环境。实验室利用废弃旧电池的铜帽(Zn、Cu总含量约为99%)回收铜并制备ZnO的部分实验过程如下:
(3)已知pH>11时Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)4]2-。下表列出了
几种离子生成氢氧化物沉淀pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L-1计算)
开始沉淀的pH
完全沉淀的pH
Fe3+
1.1
3.2
Fe2+
5.8
8.8
Zn2+
5.9
8.9
实验中可选用的试剂:30% H2O2、1.0 mol·L-1HNO3、1.0 mol·L-1 NaOH。
由除去铜的滤液制备ZnO的实验步骤依次为:① ;
② ;
③过滤;
④ ;
⑤过滤、洗涤、干燥 ⑥900℃煅烧。
【巩固练习】
1.下列叙述中正确的是
A.锅炉中沉积的CaSO4可用Na2CO3溶液浸泡后,再将不溶物用稀盐酸溶解除去
B.向沸水中滴加FeCl3饱和溶液制备Fe(OH)3胶体的原理是加热促进了Fe3+水解
C.向纯水中加入盐酸或降温都能使水的离子积减小,电离平衡逆向移动
D.反应2A(g) + B(g) = 3C (s) + D(g)在一定条件下能自发进行,说明该反应的ΔH>0
2.下列说法正确的是
A. 常温下,反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)能自发进行,则该反应的△H<0
B. 浑浊的苯酚试液中加入饱和Na2CO3溶液变澄清,则酸性:苯酚>碳酸
C. 在等浓度NaCl和NaI稀溶液中滴加AgNO3溶液,先析出AgI,则Ksp(AgCl)<Ksp(AgI)
D. 等体积、物质的量浓度的HA与NaA(HA为弱酸)混合溶液,其酸碱性取决于Ka(HA)的大小
3、为了除去MgCl2酸性溶性中的Fe3+,可在加热搅拌的条件下加入一种试剂,过滤后再加入适量盐酸.这种试剂是
A.NH3·H2O B.NaOH C.Na2CO3 D.MgCO3
4、已知在pH为4~5的环境中,Cu2+、Fe2+几乎不水解,而Fe3+几乎完全水解。工业上制CuCl2是将浓盐酸用蒸气加热到80℃左右,再慢慢加入粗氧化铜(含少量杂质FeO),充分搅拌使之溶解。欲除去溶液中的杂质离子,下述方法中可行的是
A. 加入纯Cu将Fe2+还原为Fe
B 向溶液中通入H2S使Fe2+沉淀
C 向溶液中通入Cl2,再通入NH3,调节pH值为4~5
D 向溶液中通入Cl2,再加入纯净的CuO粉末调节pH值为4~5
5.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)。下列分析正确的是
A.CuS的溶解度大于PbS的溶解度
B.原生铜的硫化物具有还原性,而铜蓝没有还原性
C.CuSO4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
6、已知:AgCl+Br-=AgBr↓+Cl-,2AgI+S2-=Ag2S↓+2I-,AgBr+I-=AgI↓+Br-.由以上实验事实可知4种难溶银盐溶解度减小的顺序是 。
7、己知碳酸钙和氢氧化钙在水中存在下列溶解平衡:
Ca(OH)2(固)Ca2++2OH-,CaCO3(固) Ca2++CO32-
在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有SO2、O2、N2,CO2等,为了除去有害气体SO2变废为宝,常常见粉末状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气,反应产物为石膏。
(1)写山上述两个反应的化学方程式
① SO2与CaCO3悬浊液反应
② SO2与Ca(OH)2悬浊液反应
(2)试说明用熟石灰的悬浊液而不用澄清石灰水的理由
(3)在英国进行的一项研究结果表明:高烟囱可以有效地降低地表面SO2浓度。在本世纪的60~70年代的十年间,由发电厂排放的SO2增加了35%,但由于建造高烟囱的结果,地表面SO2浓度却降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度,分析这种方法是否可取?简述理由
_____________________ ___________________________
8、酸、碱指示剂本身就是弱酸或弱碱,滴定操作时,弱酸(碱)首先和被滴定的碱(酸)反应,而后过量酸(碱)和指示剂作用变色,显然指示剂的酸碱性较弱,如果指示剂的酸碱性和被滴定的酸碱强度相当,则滴定操作无法进行或误差较大。
沉淀滴定所用的指示剂本身就是一种沉淀剂,滴定剂和被滴定物的生成物的溶解度比滴定剂和指示剂生成物的溶解度 (填大、小、相同),否则不能用这种指示剂。
如用 AgNO3 溶液滴定溶液中的 Cl-- 的含量时常用 CrO42- 为指示剂,这是因为 AgCl 比 Ag2CrO4 更 溶的缘故,其实难溶性银盐较多,如下表:
AgCl
AgBr
AgCN
Ag2CrO4
AgSCN
AgF
颜色
白
浅黄
白
砖红
白
白
溶解度mol/L
1.34×10-6
7.1×10-7
1.1×10-8
1.0×10-6
1.6×10-3
若用 AgNO3 去滴定 NaSCN 溶液,可选用为滴定的指示剂的物质为
A. NaCl B. BaBr2 C. NaSCN D. Na2CrO4 E. NaF
刚好达到滴定终点时,发生的离子反应方程式为_____________________________________
9.在25 ℃下,向浓度均为0.1 mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成 沉淀 (填化学式),生成该沉淀的离子方程式为 。
已知25 ℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp[Cu (OH)2]=2.2×10-20。
10.CrO3和 K2Cr2O7均易溶于水,这是工业上造成铬污染的主要原因。净化处理方法之一是将含+6价 Cr 的废水放入电解槽内,用铁作阳极,加入适量的NaCl进行电解:阳极区生成的Fe2+和Cr2O72-发生反应,生成的Fe3+和Cr3+在阴极区与OH-结合生成 Fe(OH)3 和Cr(OH)3沉淀除去[已知 KspFe(OH)3=4.0×10-38,KspCr(OH)3=6.0×10-31]。
①电解过程中 NaCl 的作用是__________________________。
②已知电解后的溶液中c(Fe3+)为2.0×10-13 mol·L-1,则溶液中c(Cr3+)为 mol·L-1。
11.工业上用粗氧化铜(含杂质FeO)为原料制取氯化铜晶体(CuCl2?2H2O)的生产流程如下:
物质
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Fe(OH)3
完全沉淀时的pH
≥9.6
≥6.4
3~4
(1)写出向溶液A中加入NaClO的离子方程式 。
(2)沉淀C的化学式为 。
(3)实验室如何检验沉淀E已洗涤干净? 。
(4)低温蒸发的目的是 。
(5)流程中两次加入了CuO,而不是一次性向溶液B中加入过量的CuO,其理由是
。
〖特别提醒〗沉淀溶解平衡与弱电解质电离平衡的区别:
(1)从物质类别看,难溶电解质可以是强电解质,也可以是弱电解质[如BaSO4是强电解质,而Al(OH)3是弱电解质],而难电离物质只能是弱电解质。
(2)从变化的过程来看,沉淀溶解平衡是指已溶解的溶质与未溶解的溶质之间形成沉淀与溶解的平衡状态;而电离平衡则是指已经溶解在溶液中的弱电解质分子与离子之间的转化达到平衡状态。
(2010江苏高考.10)【答案】B(2012江苏高考.13)【参考答案】D
19 (1)①Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O ②加热(至沸)
(2)①淀粉溶液 蓝色褪去 ②偏高
(3)①向滤液中加入30%的H2O2使其充分反应
②滴加1.0 moL· L-1的氢氧化钠,调节pH约为5(或3.2≤pH<5.9),使Fe3+沉淀完全
④向滤液中滴加1.0 moL· L-1的氢氧化钠,调节pH约为10(或8.9≤pH≤11),使
Zn2+沉淀完全
1AB2AD5【解析】本题考查物质的转化、离子反应等,意在考查考生运用化学基本原理分析生活中的化学问题的能力。由于CuSO4与PbS反应生成CuS和PbSO4,说明CuS的溶解度小于PbS的溶解度,A项错误;原生铜的硫化盐和铜蓝中的S均显-2价,处在硫元素的最低价态,均具有还原性,B项错误;CuSO4与ZnS反应的离子方程式为:Cu2++ZnS=CuS+Zn2+,C项错误;原生铜的硫化物转化为CuSO4发生的是氧化还原反应,CuSO4转化为CuS是复分解反应,D项正确。
【答案】D【解析】Cu(OH)2 的Ksp小于Mg(OH)2的,所以Cu2+先生成沉淀。由于氨水是弱碱,书写离子方程式时不能拆开。
9、向少量Mg(OH)2悬浊液中加入适量的饱和氯化铵溶液,结果固体完全溶解。
甲同学的解释是:Mg(OH)2(固)Mg2++2OH-①
NH4++H2ONH3·H2O+H+ ②
H++OH-=H2O ③
由于③的发生,使平衡①右移,沉淀溶解。
乙同学的解释是:Mg(OH)2(固)Mg2++2OH-①
NH4ClNH4++Cl- ②
NH4++OH-=NH3·H2O ③
由于③的发生,使平衡①右移,沉淀溶解。
已知在一定温度下,稀醋酸和稀氨水的电离度相等。
请你用一种试剂,设计一个实验,验证甲或乙的观点的正确性:
Ⅰ、实验步骤: ;
Ⅱ、实验结论: ;
10① 增强溶液的导电性(2分) ②3×10-6 (3分)
11.(1)2Fe2+ + ClO- + 2H+ = 2Fe3+ + Cl―+ H2O(2分)
(2)Fe(OH)3 (2分)(3)取最后一次洗涤液少量于试管中,加入AgNO3溶液,无白色沉淀生成,说明已洗干净(2分)(4)抑制Cu2+水解,防止晶体中结晶水失去(答出一点即可)(2分)
(5)一次性加入过量的CuO将导致Fe3+和Cu2+同时生成沉淀(2分)