2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1同步练习--第2课时　沉淀溶解平衡的应用（含解析）

2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1
第2课时　沉淀溶解平衡的应用
基础过关练
题组一　沉淀的溶解与生成
1.常温下,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
2.要使工业废水中的重金属离子Pb2+沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂,已知Pb2+与S、C、S2-形成的化合物的溶解度如下:
化合物 PbSO4 PbCO3 PbS
溶解度/g 1.03×10-4 1.81×10-7 1.84×10-14
由上述数据可知,选用的沉淀剂最好为(　　)
A.硫化物　　B.硫酸盐
C.碳酸盐　　D.以上沉淀剂均可
3.在25 ℃时,Ksp(FeS)=6.3×10-18 mol2·L-2,Ksp(CuS)=1.3×10-36 mol2·
L-2,Ksp(ZnS)=1.3×10-24 mol2·L-2。下列有关说法中正确的是(　　)
A.25 ℃时,饱和CuS溶液中Cu2+的浓度为1.3×10-36 mol·L-1
B.25 ℃时,FeS的溶解度大于CuS的溶解度
C.向物质的量浓度相同的FeCl2、ZnCl2的混合液中逐滴加入少量Na2S,开始只有FeS沉淀生成
D.向饱和ZnS溶液中加入少量ZnCl2固体,ZnS的Ksp变大
题组二　沉淀的转化
4.已知25 ℃时,Ksp(AgCl)=1.8×10-10 mol2·L-2,Ksp(Ag2CrO4)=2.0×
10-12 mol3·L-3。下列有关说法正确的是(溶解度以mol·L-1表示)(　　)
A.25 ℃时,在c(Cl-)=c(Cr)=0.001 mol·L-1的溶液中逐滴加入AgNO3溶液,首先生成Ag2CrO4黄色沉淀
B.25 ℃时,AgCl的溶解度小于Ag2CrO4的溶解度
C.在AgCl中加入稀K2CrO4溶液,搅拌,转化为Ag2CrO4黄色沉淀
D.25 ℃时,与水中相比,AgCl在AgNO3溶液中的溶解度、Ksp均要小
5.(双选)工业上常先以MnO2为原料制得MnCl2溶液,通过添加过量难溶电解质MnS,使含有的Cu2+、Pb2+、Cd2+等金属离子形成硫化物沉淀,经过滤除去包括MnS在内的沉淀,最后经蒸发、结晶,可得纯净的MnCl2。根据上述实验事实判断,下列分析正确的是(　　)
A.MnS的Ksp小于CuS、PbS、CdS等硫化物的Ksp
B.除杂试剂MnS也可用FeS代替
C.MnS与Cu2+反应的离子方程式是Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)
D.整个过程中涉及的反应类型有复分解反应和氧化还原反应
6.(2021安徽怀宁中学质量检测)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.该反应达平衡时c(Mn2+)=c(Cu2+)
B.MnS的Ksp比CuS的Ksp大
C.往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=
能力提升练
题组一　沉淀的溶解与生成
1.已知ΔH大于0的反应为吸热反应;ΔH小于0的反应为放热反应。关节炎病因是在关节滑液中形成尿酸钠晶体,尤其在寒冷季节诱发关节疼痛,其化学机理为①HUr(尿酸)+H2O Ur-(尿酸根离子)+H3O+,②Ur-(aq)+Na+(aq) NaUr(s)　ΔH。下列对②的叙述中正确的是(　　)
A.ΔH>0
B.降低温度,平衡逆向移动
C.ΔH<0
D.升高温度,平衡正向移动
2.(2021江苏扬州中学月考)25 ℃时,用Na2S溶液沉淀Cu2+、Zn2+两种金属离子(用M2+表示Cu2+或Zn2+),所需S2-最低浓度的对数值lg c(S2-)与lg c(M2+)关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.升高温度,Ksp(ZnS)不变
B.25 ℃时,Ksp(CuS)约为1×10-20 mol2·L-2
C.0.1 mol ZnS和0.1 mol CuS加入1 L水中,所得溶液中c(Zn2+)=c(Cu2+)
D.向Cu2+浓度为0.01 mol·L-1的废水中加入ZnS粉末,会有CuS沉淀析出
3.下表是3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 0.000 84 0.01
A.已知MgCO3的Ksp=6.82×10-6 mol2·L-2,则所有含有MgCO3的溶液中,都有c(Mg2+)=c(C),且c(Mg2+)·c(C)=6.82×10-6 mol2·L-2
B.除去粗盐中含有的MgCl2杂质,最佳除杂试剂为Na2CO3溶液
C.将表中三种物质与水混合,加热、灼烧,最终所得固体相同
D.用石灰水处理含有Mg2+和HC的硬水,反应的离子方程式为Mg2++2HC+Ca2++2OH- CaCO3↓+MgCO3↓+2H2O
4.(双选)(2022河北衡水十四中二调)常温下,向10 mL 0.1 mol·L-1 CuCl2溶液中滴入0.1 mol·L-1的Na2S溶液,滴加过程中溶液中
-lg c(Cu2+)随滴入的Na2S溶液体积的变化如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.Na2S溶液中:c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)=2c(Na+)
B.Ksp(CuS)的数量级为10-36
C.a、b、c三点表示的溶液中,b点溶液中水的电离程度最大
D.c点溶液中:2c(Cl-)=c(Na+)
题组二　沉淀的转化
5.已知:25 ℃时,Ksp[Mg(OH)2]=5.61×10-12 mol3·L-3,Ksp(MgF2)=7.42×
10-11 mol3·L-3。下列说法正确的是(　　)
A.25 ℃时,饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比,前者的c(Mg2+)大
B.25 ℃时,在Mg(OH)2悬浊液中加入少量NH4Cl固体,c(Mg2+)增大
C.25 ℃时,Mg(OH)2固体在20 mL 0.01 mol·L-1氨水中的Ksp比在20 mL 0.01 mol·L-1 NH4Cl溶液中的Ksp小
D.25 ℃时,在Mg(OH)2悬浊液中加入NaF溶液后,Mg(OH)2不可能转化为MgF2
6.某实验小组探究某温度下难溶电解质的沉淀溶解平衡,查得如下表资料,依据表中数据进行的预测不合理的是(　　)
难溶电解质 Ksp
FeS 6.3×10-18 mol2·L-2
CuS 6.3×10-36 mol2·L-2
Mg(OH)2 1.8×10-11 mol3·L-3
Fe(OH)3 4.0×10-38 mol4·L-4
A.向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体,有浑浊出现
B.除去FeSO4溶液中的CuSO4,可选用FeS作沉淀剂
C.向含等物质的量MgCl2和FeCl3的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先出现的沉淀是Mg(OH)2
D.向1 mL 0.1 mol·L-1 MgCl2溶液中滴加2 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液,取澄清溶液滴加2滴0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,有浑浊出现
7.(2021江苏扬州中学月考)以硫酸法钛白粉生产中排放的含锰废水(主要金属离子为Mn2+、Fe2+、Al3+,还含有少量Ca2+、Mg2+、Cu2+和Ni2+等离子)为原料,生产MnCO3的工艺流程如下:
已知:25 ℃时,Ksp(CaF2)=1.5×10-10 mol3·L-3、Ksp(MgF2)=7.5×
10-11 mol3·L-3。
(1)流程中含锰废水经过前三步预处理,得到主要含有Mn2+的母液。
①“除铁铝”时,在搅拌条件下先加入H2O2溶液,再加入NaOH溶液调节pH。加入H2O2溶液时发生反应的离子方程式为　　　　　　　　
　　　　　　　　　　。
②“除钙镁”步骤中,当Ca2+、Mg2+沉淀完全时,溶液中=
　　　　。
(2)“沉锰过程”在pH为7.0条件下进行,反应温度对锰沉淀率的影响关系如图所示。
①沉锰过程发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　。该过程中加入适当过量的NH4HCO3溶液的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②当温度超过30 ℃,锰沉淀率随温度升高而下降的原因是　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)沉锰后过滤得到MnCO3粗产品,依次用去离子水和无水乙醇各洗涤2~3次,再低温干燥,得到纯净的MnCO3。用无水乙醇洗涤的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案全解全析
基础过关练
1.B 2.A 3.B 4.B 5.CD 6.A
1.B　溶液中含有FeCl3杂质,常温下将溶液调至pH=4,可使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀而除去,注意不能引入新的杂质,故应选用ZnO。
2.A　要将Pb2+沉淀,就要形成溶解度小的物质,由题表中数据可知,PbS的溶解度最小,故选用的沉淀剂最好为硫化物。
3.B　饱和CuS溶液中Cu2+的浓度为= mol·
L-1≈1.14×10-18 mol·L-1,A项错误;FeS、CuS为相同类型的难溶电解质,Ksp(FeS)>Ksp(CuS),则FeS的溶解度大于CuS的溶解度,B项正确;Ksp(FeS)>Ksp(ZnS),向物质的量浓度相同的FeCl2、ZnCl2的混合液中逐滴加入少量Na2S,首先生成溶解度小的沉淀,因此开始只有ZnS沉淀生成,C项错误;饱和ZnS溶液中存在ZnS的沉淀溶解平衡,加入少量ZnCl2固体,锌离子浓度增大,沉淀溶解平衡逆向移动,但温度不变,ZnS的Ksp不变,D项错误。
B　25 ℃时,在c(Cl-)=c(Cr)=0.001 mol·L-1的溶液中逐滴加入AgNO3溶液,Cl-开始沉淀时c(Ag+)===1.8×10-7 mol·L-1,Cr开始沉淀时c(Ag+)==≈4.47×10-5 mol·L-1,所以首先生成AgCl白色沉淀,故A错误;比较AgCl与Ag2CrO4的溶解度大小,可比较对应饱和溶液中阴离子浓度的大小,c(Cl-)= mol·L-1≈1.34×10-5 mol·L-1,c(Cr)= mol·L-1≈7.9
×10-5 mol·L-1,所以AgCl的溶解度小于Ag2CrO4的溶解度,故B正确;2AgCl(s)+Cr(aq) 2Cl-(aq)+Ag2CrO4(s)的平衡常数K===1.62×10-8 mol·L-1,平衡常数很小,则在AgCl中加入稀K2CrO4溶液,搅拌,不能转化为Ag2CrO4黄色沉淀,故C错误;Ksp只与温度有关,温度不变,Ksp不变,故D错误。
5.CD　通过添加过量难溶电解质MnS,使含有的Cu2+、Pb2+、Cd2+等金属离子形成硫化物沉淀,利用的是CuS、PbS、CdS比MnS难溶,所以MnS的Ksp大于CuS、PbS、CdS等硫化物的Ksp,A项错误;除杂试剂MnS如用FeS代替,会引入新的杂质,B项错误;MnS与Cu2+反应的离子方程式为Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq),C项正确;以MnO2为原料制得MnCl2溶液,Mn元素的化合价发生变化,发生了氧化还原反应,沉淀的转化属于复分解反应,D项正确。
6.A　该反应达平衡时,c(Mn2+)、c(Cu2+)不变,但不一定相等,A项错误;用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2+,利用的是CuS比MnS更难溶,所以MnS的Ksp比CuS的Ksp大,B项正确;往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c(Cu2+)增大,平衡正向移动,c(Mn2+)增大,C项正确;该反应的平衡常数K===,D项正确。
能力提升练
1.C 2.D 3.C 4.BD 5.B 6.C
1.C　关节炎病因是在关节滑液中形成尿酸钠晶体,尤其在寒冷季节能诱发关节疼痛,说明温度越低,越有利于尿酸钠的形成,温度降低②的平衡正向移动,故②过程放热,ΔH<0,A项错误,C项正确;降低温度,平衡正向移动,B项错误;升高温度,平衡逆向移动,D项错误。
2.D　升高温度,Ksp(ZnS)增大,A错误;由图可知,当lg c(S2-)=-10时,lg c(Cu2+)=-25,则25 ℃时,Ksp(CuS)=c平(S2-)·c平(Cu2+)=1×
10-10 mol·L-1×1×10-25 mol·L-1=1×10-35 mol2·L-2,B错误;由图可知,Ksp(CuS),即c(Zn2+)>c(Cu2+),C错误;Ksp(CuS)3.C　根据MgCO3的Ksp=6.82×10-6 mol2·L-2,则c平(Mg2+)·c平(C)
=6.82×10-6 mol2·L-2,若向Na2CO3溶液中加入MgCO3固体,则溶液中
c平(Mg2+)BD　根据物料守恒可知,Na2S溶液中2c(S2-)+2c(HS-)+2c(H2S)=c(Na+),故A错误;b点是CuCl2与Na2S恰好完全反应的点,c(Cu2+)=c(S2-),c(Cu2+)=1×10-18 mol·L-1,该温度下Ksp(CuS)=1×10-36 mol2·L-2,Ksp(CuS)的数量级为10-36,故B正确;CuCl2、Na2S均能水解,促进水的电离,b点是CuCl2与Na2S恰好完全反应的点,溶液中的溶质是氯化钠,对水的电离平衡没有影响,b点溶液中水的电离程度最小,故C错误;c点溶液为NaCl和Na2S的混合溶液,根据原子守恒可知,n(Cl-)=10×10-3×0.1×2 mol=2×10-3 mol,n(Na+)=0.1×
2×20×10-3 mol=4×10-3 mol,则c点溶液中2c(Cl-)=c(Na+),故D正确。
B　由Ksp[Mg(OH)2]=5.61×10-12 mol3·L-3、Ksp(MgF2)=7.42×
10-11 mol3·L-3可知,MgF2的Ksp大于Mg(OH)2的Ksp,则饱和MgF2溶液中的镁离子浓度较大,故A错误;氯化铵固体溶于水后,由于N和氢氧根离子反应,使溶液中氢氧根离子浓度减小,促进Mg(OH)2沉淀溶解平衡正向移动,镁离子浓度增大,故B正确;Ksp只与温度有关,温度不变,Ksp不变,故C错误;Ksp[Mg(OH)2]、Ksp(MgF2)相差不多,在Mg(OH)2悬浊液中加入NaF溶液后,只要使c(Mg2+)×c2(F-)>Ksp(MgF2),能实现Mg(OH)2转化为MgF2,故D错误。
6.C　饱和FeS溶液中存在沉淀溶解平衡:FeS(s) Fe2+(aq)+
S2-(aq),加入少量Na2S固体后,溶液中硫离子浓度增大,平衡逆向移动,有浑浊出现,A正确;FeS的溶度积大于CuS的溶度积,除去FeSO4溶液中的CuSO4,可选用FeS作沉淀剂,B正确;Mg2+与Fe3+浓度相等,设为a mol·L-1,Ksp[Mg(OH)2]=c平(Mg2+)·(OH-)=1.8×10-11 mol3·L-3,
c(OH-)= mol·L-1=×10-6 mol·L-1,Ksp[Fe(OH)3]=c平(Fe3+)·
(OH-)=4.0×10-38 mol4·L-4,c(OH-)= mol·L-1≈×
10-13 mol·L-1,则形成氢氧化铁沉淀所需c(OH-)小于氢氧化镁,故最先出现的沉淀是氢氧化铁,C错误;向1 mL 0.1 mol·L-1 MgCl2溶液中滴加 2 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液,恰好反应生成氢氧化镁沉淀,饱和溶液中存在氢氧化镁的沉淀溶解平衡,取澄清溶液滴加2滴0.1 mol·
L-1FeCl3溶液,会生成氢氧化铁沉淀,有浑浊出现,D正确。
7.答案　(1)①2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O　②2
(2)①Mn2++2HC MnCO3↓+H2O+CO2↑　提高Mn2+的沉淀率　②温度升高,NH4HCO3受热分解(或Mn2+水解)
(3)有利于低温条件下快速干燥
解析　含锰废水中先后加入H2O2溶液、NaOH溶液,亚铁离子被氧化成铁离子,铁离子和铝离子分别转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀;过滤,向滤液中加入(NH4)2S溶液,铜离子和镍离子分别转化为硫化铜、硫化镍沉淀;过滤,向滤液中加入NH4F溶液,钙离子和镁离子分别转化为氟化钙、氟化镁沉淀;过滤,向滤液中加入NH4HCO3溶液,锰离子转化为碳酸锰沉淀,过滤后经洗涤、干燥得到纯净的碳酸锰固体。
(1)①加入H2O2溶液是为了将亚铁离子氧化成铁离子,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O;②“除钙镁”步骤中,钙离子和镁离子分别转化为氟化钙、氟化镁沉淀,则溶液中====2。
(2)①沉锰过程中加入过量的碳酸氢铵溶液,提供碳酸氢根离子,将锰离子尽可能多地转化为碳酸锰沉淀,提高Mn2+的沉淀率,其反应的离子方程式为Mn2++2HC MnCO3↓+H2O+CO2↑;②铵盐受热易分解,当温度过高时,碳酸氢铵容易分解,且温度升高时,锰离子水解程度也会增大,所以锰沉淀率随温度升高而下降。
(3)因为碳酸锰高温时容易分解,所以用易挥发的乙醇洗涤,低温下使碳酸锰快速干燥,得到纯净的碳酸锰。
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