3.3.2沉淀溶解平衡的应用 （含解析）练习 2023-2024学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1

3.3.2沉淀溶解平衡的应用练习
一、选择题（共12题）
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)=1.6×10-24 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
4.已知:常温下,Ksp(CuS)=1.3×10-36 mol2·L-2,Ksp(ZnS)=1.6×10-24 mol2·L-2,Ksp(PbS)=9.0×10-28 mol2·L-2。ZnS和PbS遇硫酸铜溶液均能转化成CuS。下列说法正确的是 (　　)
A.硫化锌转化成硫化铜的离子方程式为ZnS(s)+Cu2+(aq) CuS(s)+Zn2+(aq)
B.相同温度下,在水中的溶解度:ZnS>CuS>PbS
C.向PbS固体中滴加一定量CuSO4溶液,反应达到平衡时,溶液中=1.5×108
D.向含相同浓度的Cu2+、Zn2+、Pb2+的混合溶液中逐滴加入Na2S稀溶液,Zn2+先沉淀
5.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.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=
7.氢氧化锌在水中存在:Zn(OH)2(s) Zn2+(aq)+2OH-(aq)、Zn(OH)2(s)+2OH-(aq) Zn(OH(aq),25 ℃时,-lg c(X)与pOH的关系如图所示,X为Zn2+或Zn(OH。下列说法正确的是(　　)
A.向c[Zn(OH]=0.1 mol·L-1的溶液中加入0.4 mol·L-1的盐酸后,体系中元素Zn主要以Zn(OH存在
B.①代表-lg c(Zn2+)与pOH的关系
C.Zn(OH)2的Ksp约为1×10-17 mol3·L-3
D.向c(Zn2+)=0.1 mol·L-1的溶液中加入NaOH溶液至pOH=5.0,体系中元素Zn主要以Zn2+形式存在
8.25 ℃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
9.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
10.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+)
11.锅炉水垢中的CaSO4通常先用Na2CO3溶液浸泡,再用稀盐酸或醋酸处理。已知:25 ℃时,Ksp(CaSO4)=9.2×10-6 mol2·L-2,Ksp(CaCO3)=2.8×10-9 mol2·L-2,CaCO3和CaSO4在溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法中错误的是(　　)
A.M代表CaSO4的沉淀溶解平衡曲线
B.图中≈3.0×10-4
C.Na2CO3溶液中存在:c(HC)+2c(H2CO3)+c(H+)=c(OH-)
D.用碳酸钠溶液浸泡锅炉水垢的原理:CaSO4(s)+C(aq) CaCO3(s)+S(aq)
12.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 1.3×10-36 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
二、非选择题（共1题）
13.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　　　　　　　　　。
答案
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。
4.A　由Ksp(CuS)PbS>CuS,故B错误;≈6.9×108,故C错误;向含相同浓度的Cu2+、Zn2+、Pb2+的混合溶液中逐滴加入Na2S稀溶液,Ksp越小需要的S2-越少,所以Cu2+先沉淀,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。
7.BC　向c[Zn(OH]=0.1 mol·L-1的溶液中加入0.4 mol·L-1的盐酸后,H+浓度增大,Zn(OH会转化生3成Zn(OH)2,继续加入酸会生成Zn2+,故A错误;OH-浓度增大,Zn2+转化为Zn(OH)2沉淀,OH-浓度继续增大,Zn(OH)2可转化为Zn(OH,OH-浓度增大,pOH减小,可知①表示-lg c(Zn2+)与pOH的关系,②表示-lg c[Zn(OH]与pOH的关系,故B正确;①代表-lg c(Zn2+)与pOH的关系,当pOH=7.0时,-lg c(Zn2+)=3.0,可知Zn(OH)2的Ksp=10-3×(10-7)2 mol3·L-3=1×10-17 mol3·L-3,故C正确;由图像可知pOH=5.0时,体系中元素Zn不主要以Zn2+形式存在,故D错误。
8.D　升高温度,Ksp(ZnS)改变,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)c(Cu2+),C错误;Ksp(CuS)9.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(Mg2+)10.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。
11.B　从题图可知,当Ca2+浓度相等时,x112.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-)=×10-6 mol·L-1,Ksp[Fe(OH)3]=c平(Fe3+)·(OH-)=4.0×10-38 mol4·L-4,c(OH-)=×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。
13.　(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)
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