考点4 沉淀溶解平衡的应用
一、沉淀的生成和溶解
1．沉淀的生成
(1)沉淀生成的应用
在无机物的制备和提纯、废水处理等领域，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
(2)沉淀的方法
①调节pH法：如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至7～8，使Q[Fe(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3]可使Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下：Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。
②加沉淀剂法：如以Na2S、H2S等作沉淀剂，使某些金属离子，如Cu2＋、Hg2＋等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，即离子积Q＞Ksp时，生成沉淀，也是分离、除去杂质常用的方法。
a．通入H2S除去Cu2＋的离子方程式：H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。
b．加入Na2S除去Hg2＋的离子方程式：Hg2＋＋S2－===HgS↓。
特别提醒 ①一般来说，当溶液中有多种可以沉淀的离子且生成相同类型的沉淀时，越难溶(Ksp越小)的越先沉淀。
②当离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，认为已完全沉淀。
2．沉淀的溶解
(1)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)实验探究：Mg(OH)2沉淀溶解
(3)沉淀溶解的方法
①酸溶解法：用强酸溶解的难溶电解质有CaCO3、FeS、Al(OH)3、Ca(OH)2等。
如CaCO3难溶于水，却易溶于盐酸，原因是：CaCO3在水中存在沉淀溶解平衡为CaCO3(s) Ca2＋(aq)＋CO(aq)，当加入盐酸后发生反应：CO＋2H＋===H2O＋CO2↑，c(CO)降低，溶液中CO与Ca2＋的离子积Q(CaCO3)＜Ksp(CaCO3)，沉淀溶解平衡向溶解方向移动。
②盐溶液溶解法：Mg(OH)2难溶于水，能溶于盐酸、NH4Cl溶液中。溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为Mg(OH)2＋2NH===Mg2＋＋2NH3·H2O。
二、沉淀的转化
1．沉淀转化的过程探究
(1)实验探究AgCl、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＋KI=== AgI＋KCl 2AgI＋Na2S=== Ag2S＋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
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，离子方程式可表示为：I－(aq)＋AgCl(s) AgI(s)＋Cl－(aq)，
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＋2FeCl3=== 2Fe(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)32．沉淀转化的实质与条件
(1)实质：沉淀的转化是指由一种难溶物转化为另一种难溶物的过程，其实质是沉淀溶解平衡的移动。
(2)条件：两种沉淀的溶解度不同，溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀，两者溶解度相差越大转化越容易。
3．沉淀转化的应用
(1)锅炉除水垢(含有CaSO4)：CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)，反应为CaSO4＋Na2CO3===CaCO3＋Na2SO4，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＋ZnS===CuS＋ZnSO4，CuSO4＋PbS===CuS＋PbSO4。
(3)工业废水处理
工业废水处理过程中，重金属离子可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。
用FeS除去Hg2＋的离子方程式：FeS(s)＋Hg2＋(aq) HgS(s)＋Fe2＋(aq)。
溶度积使用时的注意事项
（1）Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关，与沉淀的量无关。
（2）溶液中离子浓度的变化只能使平衡移动，并不能改变溶度积。
（3）沉淀的生成和溶解这两个相反过程相互转化的条件是离子浓度的大小，改变反应所需的离子浓度，可使反应向着所需的方向转化。
（4）只有组成相似的物质（如AgCl与AgI、CaCO3与BaCO3），才能用Ksp的相对大小来判断物质溶解度的相对大小。
（5）Ksp小的难溶电解质也能向Ksp大的难溶电解质转化，需看溶液中生成沉淀的离子浓度的大小。
1．(2022 山东卷)工业上以SrSO4(s)为原料生产SrCO3(s)，对其工艺条件进行研究。现有含SrCO3(s)的0.1mol·L-1、1.0mol·L-1 Na2CO3溶液，含SrSO4(s)的0.1mol·L-1、1.0mol·L-1 Na2SO4溶液。在一定pH范围内，四种溶液中lg[c(Sr2+)/mol·L-1]随pH的变化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．反应SrSO4(s)+CO32-SrCO3(s)+SO42-的平衡常数
B．a= -6.5
C．曲线④代表含SrCO3(s)的1.0mol·L-1溶液的变化曲线
D．对含SrCO4(s)且Na2SO4和Na2CO3初始浓度均为1.0mol·L-1的混合溶液，时才发生沉淀转化
【答案】D
【解析】分析题给图象，硫酸是强酸，溶液pH变化，溶液中硫酸根离子浓度几乎不变，则含硫酸锶固体的硫酸钠溶液中锶离子的浓度几乎不变，pH相同时，溶液中硫酸根离子越大，锶离子浓度越小，所以曲线①代表含硫酸锶固体的0.1 mol·L-1硫酸钠溶液的变化曲线，曲线②代表含硫酸锶固体的1 mol·L-1硫酸钠溶液的变化曲线；碳酸是弱酸，溶液pH减小，溶液中碳酸根离子离子浓度越小，锶离子浓度越大，pH相同时，1 mol·L-1碳酸钠溶液中碳酸根离子浓度大于0.1 mol·L-1碳酸钠溶液，则曲线③表示含碳酸锶固体的0.1 mol·L-1碳酸钠溶液的变化曲线，曲线④表示含碳酸锶固体的1 mol·L-1碳酸钠溶液的变化曲线。A项，反应SrSO4(s)+CO32-SrCO3(s)+SO42-的平衡常数K===，故A正确； B项，曲线①代表含硫酸锶固体的0.1mol/L硫酸钠溶液的变化曲线，则硫酸锶的溶度积Ksp(SrSO4)=10—5.5×0.1=10—6.5，温度不变，溶度积不变，则溶液pH为7.7时，锶离子的浓度为=10—6.5，则a为-6.5；C项，曲线④表示含碳酸锶固体的1 mol·L-1碳酸钠溶液的变化曲线，故C正确；D项，硫酸是强酸，溶液pH变化，溶液中硫酸根离子浓度几乎不变，则含硫酸锶固体的硫酸钠溶液中锶离子的浓度几乎不变，所以硫酸锶的生成与溶液pH无关，故D错误；故选D。
2．(2022 海南省选择性考试)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)42-(aq)，25℃，-lgc与pH的关系如图所示，c为M2+或M(OH)42-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1×10-10
C．向c(M2+)=0.1mol/L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[M(OH) 42-]=0.1mol/L的溶液中加入等体积0.4mol/L的HCl后，体系中元素M主要以存在
【答案】BD
【解析】由题干信息，M(OH)2(s)M2+(aq)+2OH-(aq)，M(OH)2(s)+2OH-(aq)M(OH)42-(aq)，随着pH增大，c(OH-)增大，则c(M2+)减小，c[M(OH) 42-]增大，即-lg c(M2+)增大，-lg c[M(OH) 42-]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) 42-]与pH的关系。A项，曲线①代表-lg c(M2+)与pH的关系，A正确；B项，由图象，pH=7.0时，-lg c(M2+)=3.0，则M(OH)2的Ksp=c(M2+)·c2(OH-)=1×10-17，B错误；C项，向c(M2+)=0.1mol/L的溶液中加入NaOH溶液至pH=9.0，根据图像，pH=9.0时，c(M2+)、c[M(OH) 42-]均极小，则体系中元素M主要以M(OH)2(s)存在，C正确；D项，c[M(OH) 42-]=0.1mol/L的溶液中，由于溶解平衡是少量的，因此加入等体积的0.4mol/L的HCl后，体系中元素M仍主要以M(OH)42-存在，D错误；故选BD。
3．已知：25℃时，Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。将含Fe2O3、Ag、Ni的某型废催化剂溶于盐酸，过滤，滤渣为Ag，所得溶液中c(Ni2+)=c(Fe3+)=0.4mol/L。向该溶液中滴加一定浓度的NaOH溶液(假设溶液体积不变)下列说法中正确的是( )
A．金属活动性：Ag＞Ni
B．加入NaOH溶液时，先产生Ni(OH)2沉淀
C．当滴定到溶液pH=5时，溶液中lg约为10
D．当滴定到溶液呈中性时，Ni2+已沉淀完全
【答案】C
【解析】A项，Ag不能与盐酸反应，而Ni能与盐酸反应，因此金属活动性：Ni＞Ag，故A错误；B项，c(Ni2+)=0.4mol/L时，Ni2+刚好开始沉淀时溶液中，c(Fe3+)=0.4mol/L时，Fe3+刚好开始沉淀时溶液中，故先产生Fe(OH)3沉淀，故B错误；C项，溶液pH=5时c(H+)=10-5mol/L，溶液中，，，则Ni2+未沉淀，c(Ni2+)=0.4mol/L，则，故C正确；D项，当溶液呈中性时，c(OH-)=1×10-7mol/L，此时溶液中，故Ni2+未沉淀完全，故D错误；故选C。
4．(2021 全国乙卷真题)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，298K时c2(M+)-c(H+)为线性关系，如下图中实线所示。
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Ka1(HA)≈2.0×10-4
【答案】C
【解析】A项，由图可知pH=4，即c(H+)=10×10-5mol/L时，c2(M+)=7.5×10-8mol2/L2，c(M+)=mol/L<3.0×10-4mol/L，A正确；B项，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；C．设调pH所用的酸为HnX，则结合电荷守恒可知c(M＋)+c(H＋) =c(A－)+c(OH―)+ nc(Xn-)，题给等式右边缺阴离子部分nc(Xn-)，C错误；D项，当c(HA)= c(A－)时，由物料守恒知c(A－)+ c(HA)=c(M＋)，则，，则c2(M＋)=5.0×10-8，对应图得此时溶液中c(H＋) =2.0×10-4mol/L，，D正确；故选C。
5．利用X射线对BaSO4穿透能力较差的特性，医学上在进行消化系统的X射线透视时，常用BaSO4作内服造影剂，这种检查手段称为钡餐透视。
(1)医学上进行钡餐透视时不用BaCO3的原因是 (用离子方程式表示)
(2)某课外活动小组为了探究BaSO4的溶解度，分别将足量BaSO4放入：A．5 mL 水；B．40 mL 0.2 mol·L-1 Ba(OH)2溶液；C．20 mL 0.5 mol·L-1Na2SO4 溶液；D．40 mL 0.1 mol·L-1H2SO4 溶液中，溶解至饱和。
①以上各溶液中，Ba2+的浓度由大到小的顺序为 。
A．b>a>c>d B．b>a>d>c C．a>d>c>b D．a>b>d>c
②已知298 K时，Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，上述条件下，溶液b中的SO42-浓度为 mol·L-1，溶液c中Ba2+的浓度为 mol·L-1。
③某同学取等体积的溶液b和溶液d直接混合，则混合液的pH为 (设混合溶液的体积为混合前两溶液的体积之和)
【答案】(1)BaCO3+2H+=Ba2++CO2↑+H2O (2)①B ②5.5×10-10 2.2×10-10 ③13
【解析】(1)BaSO4不溶于水也不溶于酸，人体不能吸收，因此服用BaSO4不会中毒，而BaCO3进入人体后，会和胃酸中的盐酸发生反应BaCO3+2H+=Ba2++CO2↑+H2O，Ba是重金属，Ba2+会被人体吸收而导致中毒(2)①SO42-会抑制BaSO4的溶解，所以c(SO42-)越大，c(Ba2+)越小。②由于c(Ba2+)·c(SO42-)=1.1×10-10，所以溶液b中c(SO42-)= mol·L-1=5.5×10-10 mol·L-1，溶液c中c(Ba2+)= mol·L-1=2.2×10-10 mol·L-1。③溶液b、d混合后发生反应Ba(OH)2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O，由题意知Ba(OH)2过量，溶液中OH-的浓度为×2=0.1 mol·L-1，c(H+)==1×10-13 mol·L-1，pH=13。
6．工业碳酸钠(纯度约为98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO42-等杂质，提纯工艺如图所示：
Ⅰ.碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如图所示：
Ⅱ.有关物质的溶度积如下：
物质 CaCO3 MgCO3 Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3
Ksp 4.96×10-9 6.82×10-6 4.68×10-6 5.61×10-12 2.64×10-39
回答下列问题：
(1)加入NaOH溶液时，反应的离子方程式为 。向含有Mg2+、Fe3+的溶液中滴加NaOH溶液，当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，c(Mg2+)∶c(Fe3+)= 。
(2)“母液”中除了含有Na+、C外，还含有 等离子。
(3)有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿流程中虚线进行循环使用。试分析在实际工业生产中是否可行： (填“可行”或“不可行”)，说明理由： 。
【答案】(1)MgCO3+2OH-=Mg(OH)2+ CO32- 2.125×1021 (2)Cl-、SO42-
(3)不可行 若“母液”循环使用，则溶液中c(Cl-)和c(SO42-)增大，最后所得产物Na2CO3混有杂质
【解析】由溶度积数据知，MgCO3的Ksp最大，在溶液中溶解得最多，CaCO3与MgCO3相差的数量级较大，在溶液中可以忽略。(1)主要是MgCO3与NaOH反应生成Ksp更小的沉淀Mg(OH)2。pH=8，c(OH-)=10-6 mol·L-1，Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·c2(OH-)=c(Mg2+)×10-12=5.61×10-12，c(Mg2+)=5.61 mol·L-1。Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=c(Fe3+)×10-18=2.64×10-39，c(Fe3+)=2.64×10-21 mol·L-1。c(Mg2+)∶c(Fe3+)=5.61∶2.64×10-21=2.125×1021。
7．痛风是以关节炎反复发作及产生肾结石为特征的一类疾病，关节炎的原因归结于在关节滑液中形成了尿酸钠(NaUr)晶体，有关平衡如下：
①HUr(尿酸，aq) Ur-(尿酸根，aq)+H+(aq)(37 ℃时，Ka=4.0×10-6)
②NaUr(s) Ur-(aq)+Na+(aq)
(1)37 ℃时，1.0 L水中最多可溶解8．0×10-3 mol尿酸钠，此温度下尿酸钠的Ksp= 。
(2)关节炎发作多在脚趾和手指的关节处，当天气变冷时，关节炎变得严重。这说明温度降低时，尿酸钠的Ksp (填“增大”“减小”或“不变”)，生成尿酸钠晶体的反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
(3)37 ℃时，某尿酸结石病人尿液中尿酸分子和尿酸根离子的总浓度为2.0×10-3 mol·L-1，其中尿酸分子的浓度为5.0×10-4 mol·L-1，该病人尿液中的c(H+)为 ，pH (填“>”“=”或“<”)7。
【答案】(1)6.4×10-5 (2)减小 放热 (3)1.33×10-6 mol·L-1 <
【解析】(1)尿酸钠的Ksp=c(Na+)·c(Ur-)=8．0×10-3×8．0×10-3=6.4×10-5。(2)根据题给信息，关节炎是因为形成了尿酸钠晶体，说明反应②的平衡向逆反应方向移动，Ksp减小。温度降低，平衡逆向移动，说明生成尿酸钠晶体的反应是放热反应。(3)c(HUr)=5.0×10-4 mol·L-1，c(Ur-)=2.0×10-3 mol·L-1-5.0×10-4 mol·L-1=1.5×10-3 mol·L-1，Ka=，c(H+)= mol·L-1=1.33×10-6 mol·L-1。
8．沉淀溶解平衡在生活、生产和化学学习中有着重要应用。请回答下列问题：
(1)工业上湿法炼锌过程中，以ZnSO4为主要成分的浸出液中，含有Fe3+、Fe2+、Cu2+、Cl-等杂质，这些杂质对锌的电解工序有妨碍，必须提早除去.现有下列试剂可供选择：酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、ZnO、H2O2溶液、Fe、AgNO3溶液、Ag2SO4。
①为了除去Fe2+，应加入合适的氧化剂，将其氧化为Fe3+，则应选择的氧化剂是___；利用沉淀转化原理，可加入___，除去Cl-。
②为使某些金属离子转化为沉淀而除去，需加入适当的物质调节溶液的pH。则加入的物质是___。
(2)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)，该反应达到平衡时，c(Mn2+)___(填“＞”“＜”或“=”)c(Cu2+)
(3)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂，以AgNO3标准溶液滴定溶液中的Cl-，利用Ag+与CrO42-生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。25℃时，当溶液中Cl-恰好完全沉淀(浓度等于1.0×10-5mol L-1)时，溶液中c(Ag+)为___mol L-1，此时溶液中c(CrO42-)等于___mol L-1(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0×10-12和2.0×10-10)
【答案】(1)H2O2溶液 Ag2SO4 ZnO (2)> (3)2.0×10-5 5.0×10-3
【解析】(1)①根据除杂的“两不”“两易”原则可知，除去Fe2+又不引入新的杂质，所以应选择H2O2溶液，将其氧化为Fe3+，除去溶液中的Cl-，为了不引入新的杂质，应选择Ag2SO4；②为使某些金属离子转化为沉淀而Zn不被沉淀，则应选择ZnO或者Zn(OH)2，由题意有应选ZnO；(2)由反应Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq)可知，Ksp(MnS) ＞Ksp(CuS)，铜离子比锰离子更容易与硫离子结合生成硫化铜，所以该反应达到平衡后溶液中的c(Mn2+)＞c(Cu2+)；(3) 由Ksp(AgCl)= c(Ag+) × c(Cl-) 有 ，因为25℃时AgCl的Ksp= 2.0×10-10，所以25℃时，当溶液中Cl-恰好完全沉淀(浓度等于1.0×10-5mol L-1)时，溶液中c(Ag+) =2.0×10-5mol L-1；由Ksp(Ag2CrO4)= c(Ag+) ×c(CrO42-)有，因为25℃时Ag2CrO4的Ksp为2.0×10-12，所以c(CrO42-)=5.0×10-3mol L-1。
9．按要求回答下列问题
(1)我国规定生活用水中镉排放的最大允许浓度为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Ksp＝_____________________。
②在某含镉废水中加人Na2S，当S2-浓度达到7.9 × 10-8mol/L时，水体中Cd2+浓度为_____mol/L(已知：Ksp(CdS)=7.9 × 10-27，Cd的相对原子质量：112)；此时是否符合水源标准？______(填“是”或“否”)
(2)炼锌烟尘(主要成份为ZnO，含少量CuO和FeO)为原料，可以制取氯化锌和金属锌。制取氯化锌主要工艺如下：
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH (开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)
金属离子 Fe3+ Zn2+ Fe2+
开始沉淀的pH 1. 1 5. 2 5. 8
沉淀完全的pH 3. 2 6. 4 8. 8
①加入H2O2溶液的作用是________________。
②流程图中，调节pH时，加入的试剂X可以是________(填序号)；
a、ZnO b、NaOH c、Zn2(OH)2CO3 d、ZnSO4
pH应调整到______________________。
【答案】(1) ①c3(Cd2+)·c2 (PO43-) ②1.0×10-19 是
(2)①)使Fe2+被氧化为Fe3+ ② ac 3.2≤pH<5.2
【解析】(1)①磷酸镉沉淀的溶解平衡体系为Cd3(PO4)2(s)=3Cd2＋(aq)＋2PO43－(aq)，则平衡常数的表达式为Ksp=c3(Cd2＋)·c2(PO43－)；②当S2－浓度达到7.9×10－8mol·L－1时，c(Cd2＋)==1.0×10－19mol·L－1，1L溶液中含有n(Cd2＋)=1.0×10－19mol，其质量为1.0×10－19mol×112g·mol－1=1.12×10－17g，其浓度为=1.12×10－14mg·L－1<0.005mg·L－1，是符合水源标准；(2)①根据流程、表格中的数据以及制取的物质，沉淀B为Fe(OH)3，即加入H2O2的目的是将Fe2＋氧化成Fe3＋；②试剂X的目的是调节pH，使Fe3＋以Fe(OH)3形式沉淀出来，所加物质不能产生新的杂质，过量的能除去，因此所加物质应是ZnO或Zn(OH)2或Zn2(OH)2CO3，故a、c正确；调节pH，使Fe3＋全部沉淀，Zn2＋不能产生沉淀，根据表格中的数据，pH的范围是3.2≤pH<5.8。考点4 沉淀溶解平衡的应用
一、沉淀的生成和溶解
1．沉淀的生成
(1)沉淀生成的应用
在无机物的制备和提纯、废水处理等领域，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
(2)沉淀的方法
①调节pH法：如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至7～8，使Q[Fe(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3]可使Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下：Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。
②加沉淀剂法：如以Na2S、H2S等作沉淀剂，使某些金属离子，如Cu2＋、Hg2＋等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，即离子积Q＞Ksp时，生成沉淀，也是分离、除去杂质常用的方法。
a．通入H2S除去Cu2＋的离子方程式：H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。
b．加入Na2S除去Hg2＋的离子方程式：Hg2＋＋S2－===HgS↓。
特别提醒 ①一般来说，当溶液中有多种可以沉淀的离子且生成相同类型的沉淀时，越难溶(Ksp越小)的越先沉淀。
②当离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，认为已完全沉淀。
2．沉淀的溶解
(1)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)实验探究：Mg(OH)2沉淀溶解
(3)沉淀溶解的方法
①酸溶解法：用强酸溶解的难溶电解质有CaCO3、FeS、Al(OH)3、Ca(OH)2等。
如CaCO3难溶于水，却易溶于盐酸，原因是：CaCO3在水中存在沉淀溶解平衡为 CaCO3(s) Ca2＋(aq)＋CO(aq)，当加入盐酸后发生反应：CO＋2H＋===H2O＋CO2↑，c(CO)降低，溶液中CO与Ca2＋的离子积Q(CaCO3)＜Ksp(CaCO3)，沉淀溶解平衡向溶解方向移动。
②盐溶液溶解法：Mg(OH)2难溶于水，能溶于盐酸、NH4Cl溶液中。溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为Mg(OH)2＋2NH===Mg2＋＋2NH3·H2O。
二、沉淀的转化
1．沉淀转化的过程探究
(1)实验探究AgCl、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＋KI=== AgI＋KCl 2AgI＋Na2S=== Ag2S＋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，离子方程式可表示为：I－(aq)＋AgCl(s) AgI(s)＋Cl－(aq)，
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＋2FeCl3===2Fe(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)32．沉淀转化的实质与条件
(1)实质：沉淀的转化是指由一种难溶物转化为另一种难溶物的过程，其实质是沉淀溶解平衡的移动。
(2)条件：两种沉淀的溶解度不同，溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀，两者溶解度相差越大转化越容易。
3．沉淀转化的应用
(1)锅炉除水垢(含有CaSO4)：CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)，反应为CaSO4＋Na2CO3===CaCO3＋Na2SO4，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＋ZnS===CuS＋ZnSO4，CuSO4＋PbS===CuS＋PbSO4。
(3)工业废水处理
工业废水处理过程中，重金属离子可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。
用FeS除去Hg2＋的离子方程式：FeS(s)＋Hg2＋(aq) HgS(s)＋Fe2＋(aq)。
溶度积使用时的注意事项
（1）Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关，与沉淀的量无关。
（2）溶液中离子浓度的变化只能使平衡移动，并不能改变溶度积。
（3）沉淀的生成和溶解这两个相反过程相互转化的条件是离子浓度的大小，改变反应所需的离子浓度，可使反应向着所需的方向转化。
（4）只有组成相似的物质（如AgCl与AgI、CaCO3与BaCO3），才能用Ksp的相对大小来判断物质溶解度的相对大小。
（5）Ksp小的难溶电解质也能向Ksp大的难溶电解质转化，需看溶液中生成沉淀的离子浓度的大小。
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1．(2022 山东卷)工业上以SrSO4(s)为原料生产SrCO3(s)，对其工艺条件进行研究。现有含SrCO3(s)的0.1mol·L-1、1.0mol·L-1 Na2CO3溶液，含SrSO4(s)的0.1mol·L-1、1.0mol·L-1 Na2SO4溶液。在一定pH范围内，四种溶液中lg[c(Sr2+)/mol·L-1]随pH的变化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．反应SrSO4(s)+CO32-SrCO3(s)+SO42-的平衡常数
B．a= -6.5
C．曲线④代表含SrCO3(s)的1.0mol·L-1溶液的变化曲线
D．对含SrCO4(s)且Na2SO4和Na2CO3初始浓度均为1.0mol·L-1的混合溶液，时才发生沉淀转化
2．(2022 海南省选择性考试)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)42-(aq)，25℃，-lgc与pH的关系如图所示，c为M2+或M(OH)42-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1×10-10
C．向c(M2+)=0.1mol/L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[M(OH) 42-]=0.1mol/L的溶液中加入等体积0.4mol/L的HCl后，体系中元素M主要以存在
3．已知：25℃时，Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。将含Fe2O3、Ag、Ni的某型废催化剂溶于盐酸，过滤，滤渣为Ag，所得溶液中c(Ni2+)=c(Fe3+)=0.4mol/L。向该溶液中滴加一定浓度的NaOH溶液(假设溶液体积不变)下列说法中正确的是( )
A．金属活动性：Ag＞Ni
B．加入NaOH溶液时，先产生Ni(OH)2沉淀
C．当滴定到溶液pH=5时，溶液中lg约为10
D．当滴定到溶液呈中性时，Ni2+已沉淀完全
4．(2021 全国乙卷真题)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，298K时c2(M+)-c(H+)为线性关系，如下图中实线所示。
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Ka1(HA)≈2.0×10-4
5．利用X射线对BaSO4穿透能力较差的特性，医学上在进行消化系统的X射线透视时，常用BaSO4作内服造影剂，这种检查手段称为钡餐透视。
(1)医学上进行钡餐透视时不用BaCO3的原因是 (用离子方程式表示)
(2)某课外活动小组为了探究BaSO4的溶解度，分别将足量BaSO4放入：A．5 mL 水；B．40 mL 0.2 mol·L-1 Ba(OH)2溶液；C．20 mL 0.5 mol·L-1Na2SO4 溶液；D．40 mL 0.1 mol·L-1H2SO4 溶液中，溶解至饱和。
①以上各溶液中，Ba2+的浓度由大到小的顺序为 。
A．b>a>c>d B．b>a>d>c C．a>d>c>b D．a>b>d>c
②已知298 K时，Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，上述条件下，溶液b中的SO42-浓度为 mol·L-1，溶液c中Ba2+的浓度为 mol·L-1。
③某同学取等体积的溶液b和溶液d直接混合，则混合液的pH为 (设混合溶液的体积为混合前两溶液的体积之和)
6．工业碳酸钠(纯度约为98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO42-等杂质，提纯工艺如图所示：
Ⅰ.碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如图所示：
Ⅱ.有关物质的溶度积如下：
物质 CaCO3 MgCO3 Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3
Ksp 4.96×10-9 6.82×10-6 4.68×10-6 5.61×10-12 2.64×10-39
回答下列问题：
(1)加入NaOH溶液时，反应的离子方程式为 。向含有Mg2+、Fe3+的溶液中滴加NaOH溶液，当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，c(Mg2+)∶c(Fe3+)= 。
(2)“母液”中除了含有Na+、C外，还含有 等离子。
(3)有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿流程中虚线进行循环使用。试分析在实际工业生产中是否可行： (填“可行”或“不可行”)，说明理由： 。
7．痛风是以关节炎反复发作及产生肾结石为特征的一类疾病，关节炎的原因归结于在关节滑液中形成了尿酸钠(NaUr)晶体，有关平衡如下：
①HUr(尿酸，aq) Ur-(尿酸根，aq)+H+(aq)(37 ℃时，Ka=4.0×10-6)
②NaUr(s) Ur-(aq)+Na+(aq)
(1)37 ℃时，1.0 L水中最多可溶解8．0×10-3 mol尿酸钠，此温度下尿酸钠的Ksp= 。
(2)关节炎发作多在脚趾和手指的关节处，当天气变冷时，关节炎变得严重。这说明温度降低时，尿酸钠的Ksp (填“增大”“减小”或“不变”)，生成尿酸钠晶体的反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
(3)37 ℃时，某尿酸结石病人尿液中尿酸分子和尿酸根离子的总浓度为2.0×10-3 mol·L-1，其中尿酸分子的浓度为5.0×10-4 mol·L-1，该病人尿液中的c(H+)为 ，pH (填“>”“=”或“<”)7。
8．沉淀溶解平衡在生活、生产和化学学习中有着重要应用。请回答下列问题：
(1)工业上湿法炼锌过程中，以ZnSO4为主要成分的浸出液中，含有Fe3+、Fe2+、Cu2+、Cl-等杂质，这些杂质对锌的电解工序有妨碍，必须提早除去.现有下列试剂可供选择：酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、ZnO、H2O2溶液、Fe、AgNO3溶液、Ag2SO4。
①为了除去Fe2+，应加入合适的氧化剂，将其氧化为Fe3+，则应选择的氧化剂是___；利用沉淀转化原理，可加入___，除去Cl-。
②为使某些金属离子转化为沉淀而除去，需加入适当的物质调节溶液的pH。则加入的物质是_ __。
(2)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)，该反应达到平衡时，c(Mn2+)___(填“＞”“＜”或“=”)c(Cu2+)
(3)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂，以AgNO3标准溶液滴定溶液中的Cl-，利用Ag+与CrO42-生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。25℃时，当溶液中Cl-恰好完全沉淀(浓度等于1.0×10-5mol L-1)时，溶液中c(Ag+)为___mol L-1，此时溶液中c(CrO42-)等于___mol L-1(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0×10-12和2.0×10-10)
9．按要求回答下列问题
(1)我国规定生活用水中镉排放的最大允许浓度为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Ksp＝_____________________。
②在某含镉废水中加人Na2S，当S2-浓度达到7.9 × 10-8mol/L时，水体中Cd2+浓度为_____mol/L(已知：Ksp(CdS)=7.9 × 10-27，Cd的相对原子质量：112)；此时是否符合水源标准？______(填“是”或“否”)
(2)炼锌烟尘(主要成份为ZnO，含少量CuO和FeO)为原料，可以制取氯化锌和金属锌。制取氯化锌主要工艺如下：
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH (开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)
金属离子 Fe3+ Zn2+ Fe2+
开始沉淀的pH 1. 1 5. 2 5. 8
沉淀完全的pH 3. 2 6. 4 8. 8
①加入H2O2溶液的作用是________________。
②流程图中，调节pH时，加入的试剂X可以是________(填序号)；
a、ZnO b、NaOH c、Zn2(OH)2CO3 d、ZnSO4
pH应调整到______________________。