第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第四节 沉淀溶解平衡
第1课时 难溶电解质的沉淀溶解平衡
基础过关练
题组一 沉淀溶解平衡
1.下列有关AgCl的沉淀溶解平衡的说法正确的是 ( )
A.AgCl的生成和溶解不断进行,但速率相等
B.AgCl难溶于水,溶液中没有Ag+和Cl-
C.在AgCl的澄清饱和溶液中加入NaCl溶液,一定会有沉淀生成
D.向AgCl的沉淀溶解平衡体系中加入NaCl固体,AgCl溶解的量增大
2.在一定温度下,氯化银在水中存在沉淀溶解平衡:AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq),若把AgCl分别放入①100 mL 0.1 mol/L NaNO3溶液中;②100 mL 0.1 mol/L NaCl溶液中;③100 mL 0.1 mol/L AlCl3溶液中;④100 mL 0.1 mol/L MgCl2溶液中。搅拌后在相同的温度下Ag+浓度由大到小的顺序是 ( )
A.①>②>④>③ B.②>①>④>③
C.④>③>②>① D.①>④>③>②
题组二 溶度积的理解及应用
3.下列有关溶度积常数Ksp的说法正确的是 ( )
A.溶度积常数Ksp与难溶电解质的性质和温度有关,温度升高Ksp一定增大
B.水溶液中,易溶于水的电解质不存在沉淀溶解平衡
C.同一温度下,两种难溶电解质中,溶度积Ksp越小的,其溶解能力也一定越小
D.常温下,向BaSO4饱和溶液中加入少量Na2CO3溶液,BaSO4的Ksp不变
4.25 ℃时,已知CaCO3的Ksp=3.4×10-9,现将浓度为2×10-4 mol·L-1的Na2CO3溶液与CaCl2溶液等体积混合,若要产生沉淀,则所用CaCl2溶液的浓度应大于 ( )
A.2.8×10-2 mol·L-1 B.1.4×10-5 mol·L-1
C.3.4×10-5 mol·L-1 D.6.8×10-5 mol·L-1
5.(经典题)25 ℃时,Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgBr)=5.4×10-13,Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12。某溶液中含有Cl-、Br-和Cr,浓度均为0.010 mol·L-1,向该溶液中逐滴加入0.010 mol·L-1的AgNO3溶液,三种阴离子产生沉淀的先后顺序为 ( )
A.Cl-、Br-、Cr、Br-、Cl-
C.Br-、Cl-、Cr、Cl-
6.已知某温度时Ksp[Fe(OH)3]=8.0×10-38,Fe3+在溶液中的浓度小于1×10-5 mol·L-1时就认为Fe3+已经沉淀完全。若此溶液中c(Fe3+)=0.01 mol·L-1,请回答下列问题{已知Ksp[Mg(OH)2]=4×10-12,lg5≈0.7}:
(1)Fe3+开始沉淀时溶液中c(OH-)约为 mol·L-1。
(2)当Fe3+恰好沉淀完全时溶液中pH约为 (该温度下KW≈10-14)。
(3)若溶液中还含有Mg2+,其浓度为1 mol·L-1,则Fe3+完全沉淀时Mg2+ (填字母)。
A.尚未开始沉淀
B.已经开始沉淀
C.已经沉淀完全
(4)在含有少量Fe3+的Mg2+溶液中 (填“可以”或“不可以”)用调节pH的方法来除去Fe3+。
能力提升练
题组一 与溶度积相关的计算
1.25 ℃时,Ksp(CaCO3)=3.4×10-9,Ksp(CaF2)=3.45×10-11。下列关于CaCO3和CaF2的两悬浊液说法错误的是 ( )
A.CaCO3和CaF2两悬浊液中前者的c(Ca2+)较大
B.分别滴加稀硫酸(不考虑温度变化),CaCO3与CaF2的溶度积常数不变
C.分别加入0.1 mol/L的CaCl2溶液,c(C)和c(F-)均减小
D.CaCO3和CaF2共存的饱和溶液中,的值约为98.6
2.关于沉淀溶解平衡和溶度积常数,下列说法不正确的是 ( )
A.Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,而与溶液中的离子浓度无关
B.将饱和Na2SO4溶液加入饱和石灰水中,有白色沉淀产生,说明Ksp[Ca(OH)2]>Ksp(CaSO4)
C.已知25 ℃时Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,则该温度下反应Fe(OH)3+3H+ Fe3++3H2O的平衡常数K=2.8×103
D.已知25 ℃时,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,在MgCl2溶液中加入氨水调混合液的pH=11,产生沉淀,则此时溶液中的c(Mg2+)=5.6×10-6 mol·L-1
3.(经典题)请按要求回答下列问题:
含Na2CO3的钼酸钠(Na2MoO4)溶液中c(Mo
的去除率为 。[已知:Ksp(BaCO3)=2.6×10-9,Ksp(BaMoO4)=4.0×10-8,忽略溶液的体积变化]
题组二 沉淀溶解平衡的图像分析
4.(经典题)T ℃时,PdI2在溶液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,PdI2的Ksp=7.0×10-9
B.T ℃时,a点对应的是PdI2饱和溶液,b、d两点对应的都是PdI2不饱和溶液
C.T ℃时,向a点对应的溶液中加入少量NaI固体,溶液由a点可能变为c点
D.通过蒸发可使b点变为a点
5.常温下,用AgNO3溶液分别滴定浓度均为0.01 mol·L-1的KCl、K2C2O4溶液,达到沉淀溶解平衡时,-lg c(Ag+)与lg c(Xn-)的关系如图所示(不考虑C2。下列叙述正确的是 ( )
A.Ksp(Ag2C2O4)的数量级为10-7
B.N点表示AgCl的不饱和溶液
C.向c(Cl-)=c(C2)的混合溶液中滴入AgNO3溶液时,先生成Ag2C2O4沉淀
D.常温下,Ag2C2O4(s)+2Cl-(aq) 2AgCl(s)+C2(aq)的平衡常数为109.04
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A 2.A 3.D 4.D 5.C
1.A 当AgCl达到沉淀溶解平衡时,AgCl的生成和溶解仍在进行,且二者速率相等,A正确;AgCl固体在溶液中存在沉淀溶解平衡,所以溶液中有Ag+和Cl-,B错误;如果加入的NaCl溶液中的Cl-浓度与AgCl澄清饱和溶液中的Cl-浓度相等,则不会有沉淀生成,C错误;AgCl的沉淀溶解平衡体系中存在AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq),加入NaCl固体导致溶液中c(Cl-)增大,平衡逆向移动,AgCl溶解的量减小,D错误。
2.A 因为氯化银在水中存在沉淀溶解平衡AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq),相同的温度下,题给溶液中的氯离子浓度越大,AgCl的沉淀溶解平衡逆向移动程度越大,银离子浓度越小;①中无Cl-,②、③、④溶液中c(Cl-)分别为0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L,因此Ag+浓度由大到小的顺序是①>②>④>③。
3.D 溶度积常数Ksp与难溶电解质的性质和温度有关,大多数难溶物随温度升高Ksp增大,但也有少数物质随温度升高Ksp减小,A错误;易溶于水的电解质的饱和溶液存在晶体时,晶体的析出和溶解也存在平衡,B错误;相同温度下,一般对于同类型的物质(易错点),Ksp越小,其溶解能力越小,C错误;温度不变,Ksp不变,D正确。
易错分析 相同温度下,同种类型的难溶电解质(如AgCl、AgBr、AgI),一般可利用Ksp直接比较其溶解能力,不同类型的难溶电解质(如AgCl和Ag2CrO4),不可利用Ksp直接比较其溶解能力。
4.D 若要产生沉淀,Q应大于Ksp,等体积混合,体积加倍,浓度减半,则混合后c(C)= mol·L-1=1×10-4 mol·L-1,则有:> mol·L-1,解得c(CaCl2)>6.8×10-5 mol·L-1。
5.C 溶液中Cl-、Br-、Cr的浓度均为0.010 mol·L-1,Cl-沉淀时c(Ag+)= mol·L-1=1.8×10-8 mol·L-1,Br-沉淀时c(Ag+)= mol·L-1=5.4×10-11 mol·L-1,Cr沉淀时c(Ag+)= mol·L-1=3.0×10-5 mol·L-1,所需Ag+浓度越小越先沉淀,故离子沉淀的先后顺序是Br-、Cl-、Cr,故C正确。
6.答案 (1)2.0×10-12 (2)3.3 (3)A (4)可以
解析 (1)Fe3+开始沉淀时,Ksp=c(Fe3+)·c3(OH-),c(OH-)= mol·L-1=2.0×10-12 mol·L-1。
(2)当Fe3+恰好沉淀完全时,浓度小于1×10-5 mol·L-1,Ksp=c(Fe3+)·c3(OH-),c(OH-)= mol·L-1=2.0×10-11 mol·L-1,此时溶液中c(H+)=5×10-4 mol·L-1,溶液的pH=-lg(5×10-4)=3.3。
(3)由(2)分析知,当Fe3+沉淀完全时c(OH-)=2.0×10-11 mol·L-1,Q=c(Mg2+)·c2(OH-)=1×(2.0×10-11)2=4×10-22,Q(4)根据(3)可知题述条件下Fe3+沉淀完全时,Mg2+尚未开始沉淀,因此在含有少量Fe3+的Mg2+溶液中,可以用调节pH的方法来除去Fe3+。
能力提升练
1.A 2.B 4.C 5.D
1.A CaCO3饱和溶液中c(Ca2+)== mol/L≈5.8×10-5 mol/L,CaF2饱和溶液中c(Ca2+)== mol/L≈2.05×10-4 mol/L,所以CaCO3和CaF2的两悬浊液中前者的c(Ca2+)较小,A错误;溶度积常数随温度改变而改变,分别滴加稀硫酸,温度不变,则溶度积常数不变,B正确;分别加入CaCl2溶液,溶液中c(Ca2+)增大,两悬浊液中存在的沉淀溶解平衡逆向移动,c(C)、c(F-)均减小,C正确;===≈98.6,D正确。
2.B Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,而与溶液中的离子浓度无关,A正确;将饱和Na2SO4溶液加入饱和石灰水中,有白色沉淀产生,说明CaSO4溶解度更小,但两种沉淀类型不同,c(OH-)、c(S)浓度未知,无法比较两者Ksp大小,B错误;Fe(OH)3+3H+ Fe3++3H2O的平衡常数K=====2.8×103,C正确;由Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)×c2(OH-)=5.6×10-12可知c(Mg2+)=== mol·L-1=5.6×10-6 mol·L-1,D正确。
3.答案 95%
解析 当BaMoO4开始沉淀时,溶液中c(Ba2+)== mol·L-1=1×10-7 mol·L-1,此时溶液中c(C)== mol·L-1=0.026 mol·L-1,则C的去除率为×100%=95%。
4.C 根据图中a点对应的数据可知,PdI2的Ksp=7×10-5×(1×10-4)2=7×10-13,A错误;a点在曲线上,为饱和溶液,b点在a点正下方,为不饱和溶液,d点在曲线上方,为过饱和溶液,B错误;a点为PdI2的饱和溶液,加入少量NaI固体,c(I-)增大,Ksp不变的情况下,c(Pd2+)减小,但是仍在曲线上,溶液由a点可能变为c点,C正确;蒸发使c(I-)增大,a点、b点溶液中c(I-)相同,D错误。
5.D 结合图像可知,Ksp(Ag2C2O4)=c(C2)·c2(Ag+)=10-2.46×(10-4)2=10-10.46,其数量级不为10-7,A错误;由图可知,N点溶液中浓度商Q>Ksp(AgCl),是AgCl的过饱和溶液,B错误;结合图像可知,Ksp(AgCl)=c(Cl-)·c(Ag+)=10-5.75×10-4=10-9.75,向c(Cl-)=c(C2)的混合溶液中滴入AgNO3溶液时,Cl-开始沉淀时所需c(Ag+)小于C2开始沉淀时所需c(Ag+),即先生成AgCl沉淀,C错误;该反应的平衡常数K=====109.04,D正确。
思维升华 解答本题的关键是抓住图像中特殊点,求出AgCl和Ag2C2O4的Ksp。如根据点(-5.75,4)可确定Ksp(AgCl),同理根据点(-2.46,4)可求出Ksp(Ag2C2O4)。计算D项反应的平衡常数时,分子与分母同时乘c2(Ag),可转化为Ksp间的计算。
9(共31张PPT)
第四节 沉淀溶解平衡
知识点 1 沉淀溶解平衡
必备知识 清单破
1.物质溶解性与溶解度的关系(20 ℃)
2.沉淀溶解平衡
(1)概念:在一定温度下,当某种物质沉淀和溶解速率相等时,形成该物质的饱和溶液,达到平衡
状态,人们把这种平衡称为沉淀溶解平衡。
(2)沉淀溶解平衡的建立(以AgCl溶液为例)
AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq):
①v溶解>v沉淀,固体溶解;
②v溶解=v沉淀,沉淀溶解平衡;
③v溶解(3)表示:难溶电解质AmBn的沉淀溶解平衡一般表达式为AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq)。难溶
电解质用“s”标明状态,溶液中离子用“aq”标明状态,用“ ”连接。如Fe(OH)3(s)
Fe3+(aq)+3OH-(aq)。
(4)特征
3.影响沉淀溶解平衡的因素
(1)内因
难溶电解质本身的性质,这是决定因素。
(2)外因
①浓度:加水稀释,平衡向沉淀溶解的方向移动。
②温度:升高温度,多数平衡向沉淀溶解的方向移动;少数平衡向生成沉淀的方向移动,如Ca(OH)2的溶解平衡。
③同离子效应:向平衡体系中加入含原体系中某离子的物质,平衡向生成沉淀的方向移动。
④其他:向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶的物质或气体的离子时,平
衡向沉淀溶解的方向移动。
知识点 2 溶度积常数
1.概念:难溶电解质在水溶液中达到沉淀溶解平衡时的平衡常数,称为溶度积常数,简称溶度
积,符号为Ksp。
2.表达式:AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq)的Ksp=cm(An+)·cn(Bm-)。
3.影响因素:Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,与沉淀的量和溶液中离子的浓度无关。
特别提醒 一般温度升高,Ksp增大,但Ca(OH)2的Ksp减小。
4.Ksp的意义:反映了难溶电解质在水中的溶解能力。相同温度下,对于同类型物质(如AgCl、
AgBr、AgI等),Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强。
特别提醒 相同温度下,对于不同类型的物质,Ksp差距不大时不能直接作为溶解能力大小的
比较依据。
5.应用:利用溶度积规则可判断给定条件下有无沉淀生成。
离子积(Q):对于AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq),任意时刻Q=cm(An+)·cn(Bm-)。
(1)Q>Ksp,溶液过饱和,有沉淀析出;
(2)Q=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态;
(3)Q6.溶度积常数的有关计算【详见定点1】
知识点 3 沉淀溶解平衡的应用
1.沉淀的生成
(1)原理:当Q>Ksp时,难溶电解质的沉淀溶解平衡向左移动,生成沉淀。
(2)应用:可利用生成沉淀分离或除去溶液中的杂质离子。
(3)方法
①调节pH法:如除去NH4Cl溶液中的FeCl3杂质,可加入氨水调节pH,反应的离子方程式为Fe3++
3NH3·H2O Fe(OH)3↓+3N 。
②加沉淀剂法:如用H2S沉淀Cu2+,反应的离子方程式为Cu2++H2S CuS↓+2H+。
特别提醒 沉淀剂的选择
(1)既要除去溶液中的指定离子,又不影响其他离子的存在,引入溶液中的杂质离子要便于除去。
(2)形成的沉淀物的溶解度越小,离子沉淀越完全(通常,溶液中离子浓度小于1×10-5 mol/L时,
认为沉淀完全)。
2.沉淀的溶解
(1)原理:当Q(2)方法
①酸溶解法:如用盐酸溶解CaCO3,是盐酸中的H+与C 反应,使平衡CaCO3(s) Ca2+(aq)+
C (aq)正向移动。
②盐溶液溶解法:如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液,是由于N 水解要消耗OH-,使平衡
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)正向移动,总反应的离子方程式为Mg(OH)2+2N Mg2++
2NH3·H2O。
③氧化还原溶解法:如不溶于盐酸的Ag2S可溶于稀HNO3,是由于稀HNO3将S2-氧化,使平衡
Ag2S(s) 2Ag+(aq)+S2-(aq)正向移动。
④生成配合物法:如AgCl可溶于浓氨水,是由于Ag+与NH3·H2O作用生成可溶的[Ag(NH3)2]+,使
平衡AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)正向移动。
3.沉淀的转化
(1)实质:沉淀溶解平衡的移动。
(2)举例:①AgNO3溶液 AgCl(白色沉淀) AgBr(淡黄色沉淀) AgI
(黄色沉淀) Ag2S(黑色沉淀)。
②MgCl2溶液 Mg(OH)2(白色沉淀) Fe(OH)3(红褐色沉淀)。
(3)规律:一般来说,溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。
(4)应用
①锅炉除水垢:将CaSO4转化为CaCO3,然后用盐酸清洗,转化反应的离子方程式为CaSO4+
C CaCO3+S 。
②矿物转化:ZnS遇CuSO4溶液转化为CuS,反应的离子方程式为ZnS+Cu2+ CuS+Zn2+。
4.沉淀溶解平衡图像分析【详见定点2】
知识辨析
1.向稀AgNO3溶液中加入过量的NaCl溶液,溶液中Ag+完全沉淀,溶液中不存在Ag+,这种说法
对吗
2.只有AgCl等难溶电解质才存在沉淀溶解平衡,且AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)和AgCl
Ag++Cl-所表示的含义相同。这种说法对吗
3.Ca(OH)2溶解放热,升温,Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq)平衡逆向移动,这种说法对吗
4.相同温度下,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强,这种说法对吗
5.一般来说,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,这种说法对吗
一语破的
1.不对。难溶电解质在水中存在沉淀溶解平衡,即使NaCl溶液过量,溶液中也存在Ag+。
2.不对。并不是只有难溶电解质才存在沉淀溶解平衡,易溶电解质的饱和溶液中也存在沉淀
溶解平衡,如饱和食盐水中存在的沉淀溶解平衡为NaCl(s) Na+(aq)+Cl-(aq);AgCl(s)
Ag+(aq)+Cl-(aq)是AgCl的沉淀溶解平衡,AgCl Ag++Cl-表示溶于水的AgCl完全电离。
3.对。外界因素对沉淀溶解平衡的影响符合勒夏特列原理。
4.不对。相同温度下,对于同类型物质而言,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强,
如由Ksp数值可知,溶解能力AgCl>AgBr>AgI;而对于不同类型的物质,Ksp差距不大时不能直接
比较,如25 ℃时Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,不能认为Mg(OH)2比AgCl更难溶。
5.对。沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动,溶解能力较强的物质容易转化为溶解能力
相对较弱的物质。
关键能力 定点破
定点 1 溶度积常数的有关计算
1.已知溶度积,求溶液中的某种离子的浓度
①某温度下,Ksp(AgCl)=a,在该温度下的饱和AgCl溶液中,c(Ag+)= mol·L-1。②某温度下,
Ksp(AgCl)=a,在该温度下向0.1 mol·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=
10a mol·L-1。
2.沉淀完全的条件计算与判断
通常认为溶液中离子浓度小于1×10-5 mol/L时,该离子沉淀完全。如25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4×
10-38,当c(Fe3+)=1×10-5 mol/L时,溶液中c(OH-)= ×10-11mol/L≈1.59×10-11 mol/L,此时c(H+)≈6.29
×10-4 mol/L,即pH≈3.2,当pH>3.2时Fe3+沉淀完全。
3.计算沉淀转化反应的平衡常数
如:对于反应Cu2+(aq)+ZnS(s) CuS(s)+Zn2+(aq),Ksp(ZnS)=c(Zn2+)·c(S2-),Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),
该反应的平衡常数K= = 。
4.溶度积、溶解度和溶质的物质的量浓度互相换算
以某温度下CaCO3的沉淀溶解平衡为例:CaCO3(s) Ca2+(aq)+C (aq),Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·
c(C ),该温度下100 g水中所溶解的CaCO3的质量为S g。由于浓度很小,溶液的密度近似为
1 g·cm-3。
(1)已知Ksp(CaCO3),则c(Ca2+)=c(C )= mol·L-1,S= ×100=
×100≈10 (可认为100 g溶液中水的质量近似为100 g)。
(2)已知S,即已知某温度下100 g水中溶解S g CaCO3(可认为溶液体积为0.1 L),则c(Ca2+)=
= mol·L-1,Ksp(CaCO3)= 。
(3)已知c(Ca2+)=a mol·L-1,则Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(C )=a2,0.1 L溶液中含有0.1a mol Ca2+、
0.1a mol C ,S= ×100=10a。
定点 2 沉淀溶解平衡图像分析
1.分析方法
第一步:明确图像中纵、横坐标的含义。纵、横坐标通常是难溶物溶解后电离出的离子
浓度。
第二步:理解图像中线上的点、线外点的含义。
(1)以氯化银为例,在其沉淀溶解平衡图像中,曲线上任意一点都达到了沉淀溶解平衡状态,此
时Q=Ksp。在温度不变时,无论改变哪种离子的浓度,另一种离子的浓度都只能在曲线上变化,
不会出现在曲线以外。
(2)曲线上方区域的点均为过饱和溶液,此时Q>Ksp。
(3)曲线下方区域的点均为不饱和溶液,此时Q
第三步:抓住Ksp的特点,结合选项分析判断。
(1)溶液在蒸发时,溶质离子浓度的变化有两种情况:①原溶液不饱和时,离子浓度都增大;②原
溶液饱和时,离子浓度都不变。
(2)对于同一难溶电解质来说,溶度积常数只与温度有关,与溶液中溶质的离子浓度无关。
(3)实现曲线上的点之间的转化需保持温度不变,改变相关微粒的浓度。
2.典型图像
(1)沉淀溶解平衡曲线分析[以BaSO4(s) Ba2+(aq)+S (aq)为例]
分析图像可知:
①a→c:增大c(S );
②b→c:加入1×10-5 mol·L-1Na2SO4溶液(加水不可以);
③d→c:加入BaCl2固体(忽略溶液的体积变化);
④c→a:增大c(Ba2+);
⑤曲线上方的点表示过饱和溶液;曲线下方的点表示不饱和溶液。
(2)沉淀溶解平衡的对数图像(以MnCO3、CaCO3、MgCO3为例)
已知:pM=-lg c(M)(M:Mg2+、Ca2+、Mn2+),p(C )=-lg c(C )。
由对数图像分析,可得以下信息:
①横坐标数值越大,c(C )越小;
②纵坐标数值越大,c(M)越小;
③线上方的点为不饱和溶液;
④线上的点为饱和溶液;
⑤线下方的点表示过饱和溶液(有沉淀生成)。
典例 25 ℃时,CuS和ZnS悬浊液中对应离子浓度的对数值lg c(S2-)与lg c(M2+)(M为Cu或Zn)的
关系如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.25 ℃时,ZnS的溶解度更大
B.25 ℃时,Ksp(CuS)为1×10-35
C.在ZnS悬浊液中加入Cu2+,可以发生反应ZnS(s)+Cu2+(aq) CuS(s)+Zn2+(aq)
D.已知温度升高,CuS的溶解度增大,则图中对应线段上的点向下平移
D
思路点拨 首先根据图像中信息计算CuS和ZnS的溶度积常数Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-)=10-10×
10-25=10-35,Ksp(ZnS)=c(Zn2+)·c(S2-)=10-7×10-20=10-27,然后结合选项分析判断。
解析 CuS和ZnS类型相同,相同条件下Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),则ZnS的溶解度更大,A正确;
Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-)=10-10×10-25=10-35,B正确;Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),CuS更难溶,ZnS(s)+Cu2+(aq)
CuS(s)+Zn2+(aq)能发生,C正确;温度升高,CuS的溶解度增大,Ksp(CuS)增大,则图中对应线段上
的点向上平移,D错误。
学科素养 情境破
情境探究
素养 变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知——突破水溶液中的离子反应与平衡
工业上以SrSO4(s)为原料生产SrCO3(s),对其工艺条件进行研究。该工艺中涉及的反应
为SrSO4(s)+C (aq) SrCO3(s)+S (aq)。现有含SrCO3(s)的0.1 mol·L-1、1.0 mol·L-1 Na2
CO3溶液,含SrSO4(s)的0.1 mol·L-1、1.0 mol·L-1 Na2SO4溶液。结合具体问题研究水溶液中的离
子反应与平衡。(情境选自2022年山东卷14题)
问题1 Na2CO3对水的电离有什么影响 对水的KW是否产生影响 能否设计实验证明Na2CO3溶
液中存在水解平衡。
提示 C 水解促进水的电离。盐类水解虽然是吸热反应,但水解程度很弱,可忽略溶液的
温度变化,由于KW只受温度影响,故Na2CO3对水的KW没有影响。Na2CO3溶液中存在C +H2O
HC +OH-,滴入酚酞溶液变成红色,而再加入少量BaCl2固体后,溶液红色变浅,可证明溶
液中存在水解平衡。
问题2 已知25 ℃时,Ksp(SrSO4)=1.0×10-7,Ksp(SrCO3)=9.0×10-12,请计算SrSO4(s)+C (aq)
SrCO3(s)+S (aq)的平衡常数。若将0.01 mol·L-1的SrCl2溶液滴入Na2CO3和Na2SO4均为0.01
mol·L-1的溶液中,当刚出现SrSO4沉淀时,请计算溶液中c(C )。
提示 SrSO4(s)+C (aq) SrCO3(s)+S (aq)的平衡常数K= = ≈1.1×
104。当刚出现SrSO4沉淀时,溶液中c(Sr2+)= mol·L-1=1.0×10-5 mol·L-1,此时溶液中c(C )
= mol·L-1=9.0×10-7 mol·L-1。
问题3 在一定pH范围内,四种溶液中lg c(Sr2+)随pH的变化关系如图所示。
请分析该图像,①、②、③、④各代表哪种溶液 a为多少
表含SrSO4(s)的1 mol·L-1 Na2SO4溶液中lg c(Sr2+)随pH的变化曲线。碳酸是弱酸,随溶液pH减
小,溶液中c(C )减小,c(Sr2+)增大;pH相同时,1 mol·L-1 Na2CO3溶液中c(C )大于0.1 mol·L-1
Na2CO3溶液,则③表示含SrCO3(s)的0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中lg c(Sr2+)随pH的变化曲线,④表
示含SrCO3(s)的1 mol·L-1 Na2CO3溶液中lg c(Sr2+)随pH的变化曲线。由①可知Ksp(SrSO4)=10-5.5
×0.1=10-6.5,温度不变,Ksp(SrSO4)不变,则溶液pH为7.7时,c(Sr2+)= mol·L-1=10-6.5 mol·L-1,则a
为-6.5。
提示 含SrSO4(s)的Na2SO4溶液中c(Sr2+)随pH变化几乎不变,pH相同时,溶液中c(S )越大,
c(Sr2+)越小,所以①代表含SrSO4(s)的0.1 mol·L-1 Na2SO4溶液中lg c(Sr2+)随pH的变化曲线,②代
特别提醒 水溶液中的离子反应与平衡图像题,要从图中提取有用信息,将提取的有用信息
与所学理论知识相结合来解决有关问题。突破此类试题的整体思路是运用微粒观、变化
观、守恒观等思维方法,重视模型的迁移应用。巧妙解读图像的关键是明确图像纵、横坐标
的含义,从图像中找出特殊点,并对特殊点所蕴含的信息从定性与定量两个维度进行解读。
结合习题情境多关注pH-T、pM[-lg c(M)]-pH、lg c(M)-V(M为某粒子)等表征形式的图像考
查,在实际做题中注意归纳总结。
例题 高铁酸盐是一种绿色净水剂,溶于水后,Fe 与水分子结合发生质子化,并存在平衡H3
Fe H2FeO4 HFe Fe 。常温下,0.1 mol/L高铁酸盐溶液中,含铁粒子的分
布分数δ(X)随pOH的变化如图所示[δ(X)= ]。下列说法错误的是 ( )
A.pH=4时,c(HFe )>4c(H2FeO4)
B.B点pH=-
C.HFe Fe +H+的平衡常数为10-6.5
D.溶液中水的电离程度:E点>A点
典例呈现
C
素养解读 本题以Fe 与水分子结合发生质子化(H3Fe H2FeO4 HFe
Fe )和δ(X)-pOH图像为载体综合考查水溶液中的平衡,体现了变化观念与平衡思想、证据推
理与模型认知的化学学科核心素养。
信息提取 解答本题的关键是结合图像能正确分析不同pOH时对应的平衡,并能抓住特殊
点。结合图像中各含铁粒子的分布分数δ(X)能判断溶液的组成和粒子的电离、水解程度等。
解题思路 pH=4即pOH=10时,溶液中存在H2FeO4、HFe 和微量的H3Fe 、Fe ,由C点δ
(HFe )=0.8,即c(HFe )=4[c(H2FeO4)+c(H3Fe )+c(Fe )],则c(HFe )>4c(H2FeO4),A项正
确;溶液中存在H3Fe H2FeO4+H+,即K1= ,同理,由H2FeO4 H++HFe
得K2= ,B点时c(H3Fe )=c(HFe ),即K1×K2=c2(H+),则pH=- ,B项正
确;HFe Fe +H+的平衡常数K3= ,E点c(Fe )=c(HFe )且pOH=6.5,即
pH=7.5,则K3=c(H+)=10-7.5,C项错误;A点溶液pOH>12,即pH<2,抑制水的电离,E点pOH=6.5,即
pH=7.5,溶液呈弱碱性,溶液中水的电离程度:E点>A点,D项正确。
水溶液中的离子反应与平衡在高考中占有重要地位,主要考查内容:弱电解质的电离平
衡,水的电离与溶液的pH计算,盐类的水解与溶液中粒子浓度大小的比较,难溶电解质的沉淀
溶解平衡及相关计算。题目综合性强,要求学生能够抓住问题本质,应用变化观念与平衡思
想从不同视角对复杂的水溶液体系进行分析研究;要综合运用电离平衡、水解平衡、沉淀溶
解平衡等知识分析所涉及的平衡体系,培养变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的化
学学科核心素养。
思维升华第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第四节 沉淀溶解平衡
第2课时 沉淀溶解平衡的应用
基础过关练
题组一 沉淀的生成与溶解
1.(教材习题改编)现进行下列实验。
(1)将2滴0.1 mol/L AgNO3溶液滴入盛有2 mL 0.1 mol/L NaCl溶液的试管中,观察到生成白色沉淀。
(2)振荡试管,然后向其中滴加4滴0.1 mol/L KI溶液,静置,观察到沉淀变为黄色。
下列关于上述实验的分析错误的是 ( )
A.步骤(1)中存在沉淀溶解平衡:AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)
B.步骤(2)表明AgCl转化为AgI
C.步骤(2)所得上层清液中不含Ag+
D.该实验可以证明AgI的Ksp比AgCl的Ksp小
2.牙齿表面覆盖的牙釉质主要成分为羟基磷灰石[Ca5(PO4)3OH],起着保护牙齿的作用。在牙齿表面存在着如下平衡:Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+(aq)+3P(aq)+OH-(aq) Ksp=6.8×10-37。已知:Ca5(PO4)3F(s)的Ksp=2.8×10-61。下列说法错误的是 ( )
A.残留在牙齿上的糖经转化会产生H+,经常吃糖易造成龋齿
B.小孩长牙时要少吃糖多补钙
C.若减小OH-的浓度,平衡将向右移动,Ksp增大
D.使用含氟牙膏能预防龋齿,是因为Ca5(PO4)3OH(s)转化为更难溶的Ca5(PO4)3F(s)
3.(易错题)如表是五种银盐的溶度积常数(常温下):
化学式 AgCl Ag2SO4 Ag2S AgBr AgI
溶度积 1.8× 10-10 1.2× 10-5 6.3× 10-50 5.4× 10-13 8.5× 10-17
下列说法错误的是 ( )
A.AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq)的化学平衡常数K=
B.将AgCl与AgBr的饱和溶液等体积混合,再加入足量的AgNO3溶液,反应完全后,生成的AgBr沉淀比AgCl沉淀的物质的量多
C.在c(Cl-)=c(Br-)=c(I-)=0.01 mol·L-1的混合溶液中,逐滴滴加AgNO3溶液,依次产生AgI、AgBr、AgCl沉淀
D.五种物质在常温下溶解能力最大的是Ag2SO4
题组二 沉淀的转化
4.为研究沉淀的生成及转化,同学们进行如图所示实验。
下列关于该实验的分析不正确的是 ( )
A.①中产生白色沉淀的原因是c(Ag+)·c(SCN-)>Ksp(AgSCN)
B.①中存在平衡:AgSCN(s) Ag+(aq)+SCN-(aq)
C.上述实验不能证明AgSCN向AgI沉淀转化反应的发生
D.②中无明显变化是因为SCN-浓度过低
5.某自来水中含有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、HC、S、Cl-,长期烧煮上述自来水会在锅炉内形成水垢。锅炉中有水垢不仅耗费燃料,而且有烧坏锅炉的危险,因此要定期清除锅炉水垢。已知部分物质20 ℃时的溶解度数据如表:
物质 溶解度/g
Mg(OH)2 6.9×10-4
CaCO3 1.5×10-3
MgCO3 1.0×10-2
Ca(OH)2 1.6×10-1
CaSO4 2.02×10-1
MgSO4 26.7
(1)请用化学方程式表示锅炉中的水垢含有Mg(OH)2的原因: 。
(2)锅炉中的水垢中的CaSO4不能直接用酸除去,需要加入试剂X,使其转化为易溶于盐酸的物质Y而除去,试剂X是 (填字母)。
A.食醋 B.氯化钡 C.碳酸钠 D.碳酸氢钠
CaSO4能转化为物质Y的原因是(用文字叙述): 。
(3)除含CaSO4、Mg(OH)2外,锅炉水垢中还可能含有的物质是
(写化学式)。
题组三 沉淀溶解平衡的应用
6.粗制的CuSO4·5H2O晶体中含有Fe2+。提纯时,为了除去Fe2+,常加入少量H2O2,然后加入少量碱至溶液pH=4,可以达到除去铁离子而不损失硫酸铜的目的。下列说法不正确的是 ( )
A.溶解CuSO4·5H2O晶体时要加入少量稀H2SO4
B.加入H2O2,将Fe2+氧化:2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O
C.由于CuSO4的催化作用,会使部分H2O2分解而损失
D.调溶液pH=4的依据是Cu(OH)2比Fe(OH)3更难溶
7.已知25 ℃时,物质的溶度积常数为FeS:Ksp=6.3×10-18、CuS:Ksp=6.3×10-36、ZnS:Ksp=1.6×10-24。下列说法错误的是 ( )
A.相同温度下,CuS的溶解度小于ZnS的溶解度
B.除去工业废水中的Cu2+,可以选用FeS做沉淀剂
C.0.01 mol CuSO4完全溶解在1 L 0.073 mol/L的Na2S溶液中,Cu2+浓度为1.0×10-34 mol/L
D.在ZnS的饱和溶液中,加入FeCl2溶液(不考虑溶液体积变化),一定不产生FeS沉淀
8.(经典题)已知下表数据:
物质 Fe(OH)2 Cu(OH)2 Fe(OH)3
Ksp(25℃) 4.9×10-17 2.2×10-20 2.8×10-39
沉淀完全时的pH范围 ≥9.6 ≥6.4 ≥3
对含等物质的量的CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3的混合溶液的下列说法中,正确的是 ( )
A.向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先看到的是蓝色沉淀
B.该溶液中c(S)∶[c(Cu2+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)]>5∶4
C.向该溶液中加入适量氯水,调节pH为4~5后过滤,可获得纯净的CuSO4溶液
D.向该溶液中加入适量氨水,调节pH为9.6后过滤,将所得沉淀在空气中灼烧,可得等物质的量的CuO、FeO、Fe2O3三种固体的混合物
能力提升练
题组一 与沉淀溶解平衡相关的实验探究
1.某兴趣小组进行下列实验:
①将0.1 mol·L-1 MgCl2溶液和0.5 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合得到浊液;
②取少量①中浊液,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,出现红褐色沉淀;
③将①中浊液过滤得白色沉淀,取少量白色沉淀,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,白色沉淀变为红褐色沉淀;
④另取少量①中浊液过滤所得白色沉淀,滴加饱和NH4Cl溶液,沉淀溶解。
下列说法中不正确的是 ( )
A.将①中浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+
B.①中浊液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)
C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶
D.NH4Cl溶液中的N可能是④中沉淀溶解的原因
2.25 ℃时,某实验小组研究溶液中AgNO3和Na2S的反应。
实验 试剂 现象
试管中 胶头滴管中
2 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液(pH=4) 0.1 mol·L-1 Na2S溶液(pH=9) 出现黑 色沉淀
(1)用离子方程式解释Na2S溶液pH>7的原因: 。
(2)实验小组同学认为黑色沉淀中可能含有Ag2O、Ag2S、Ag,设计实验验证。
已知:ⅰ.浓硝酸能将Ag2S转化为Ag+和S;
ⅱ.Ag2O能溶解在浓氨水中生成[Ag(NH3)2]OH,而Ag2S和Ag均不能。
①设计并实施如下实验,证实沉淀中含有Ag2S。
试剂1和试剂2分别是 , 。
现象1和现象2分别是 , 。
②设计并实施如下实验,证实沉淀中不含Ag2O,将实验操作和现象补充完整。
实验操作 实验现象
步骤ⅰ 取少量银氨溶液,向其中滴加盐酸 出现白色沉淀
步骤ⅱ 取少量洗涤后的黑色沉淀,
③经检验,沉淀不含有Ag。
题组二 沉淀溶解平衡在生产、生活中的应用
3.医疗上常用BaSO4作X射线透视肠胃的内服药剂。已知:常温下,Ksp(BaCO3)=5×10-9,Ksp(BaSO4)=1×10-10;H2CO3的电离平衡常数Ka1=4.5×10-7,Ka2=5.6×10-11;饱和BaCO3溶液pH约为9.6,人体胃液pH约为2;H2SO4的一级电离是完全电离,二级电离常数Ka2=1×10-2。结合信息,下列推断不正确的是 ( )
A.BaSO4在胃液中的溶解度大于1.0×10-5 mol/L
B.若每次加入1 L 1 mol/L的Na2CO3溶液,至少需要4次加入才能将0.1 mol BaSO4全部转化为BaCO3
C.饱和BaCO3溶液中通入少量CO2后:c(C)
D.若误服BaCO3,医学上可采用适当浓度的Na2SO4溶液洗胃或静脉缓注Na2SO4溶液实现解毒
4.室温下,用0.5 mol·L-1(NH4)2CO3溶液浸取工业废渣粉末(主要含CaSO4·H2O,还含少量SiO2、Fe2O3)制取CaCO3。已知Ksp(CaSO4)=5×10-5,Ksp(CaCO3)=3×10-9。
下列说法正确的是 ( )
A.0.5 mol·L-1(NH4)2CO3溶液中存在:c(H+)+c(N)
B.“浸取”时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的主要目的是提高溶液的碱性
C.“浸取”静置后的上层清液中有c(Ca2+)·c(C)D.室温下,反应CaSO4(s)+C×104
5.利用某矿渣(含FeO、Cr2O3)制备Cr(OH)3的工艺流程如下:
已知:①常温下,Ksp[Cr(OH)3]=1×10-32。
②2Cr+H2O K=4.0×1014。
③淀粉水解液中含有还原性糖,可将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。
回答下列问题:
(1)为提高焙烧效率可采取的操作有 (至少写两条,温度改变除外)。
(2)“滤液”中Cr元素的主要存在形式为Cr,“焙烧”时Cr2O3发生反应的化学方程式为 ;“滤渣”的主要成分为 。
(3)常温下,“调pH=6”后溶液中Cr2的浓度是 mol·L-1。
(4)常温下,加入石灰乳调节pH,当c(Cr3+)<1×10-5 mol·L-1时,pH> 。
6.以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高,为控制砷的排放,采用化学沉降法处理含砷废水,相关数据如表。
表1 几种砷酸盐的Ksp
难溶物 Ksp
Ca3(AsO4)2 6.8×10-19
AlAsO4 1.6×10-16
FeAsO4 5.7×10-21
表2 工厂污染物排放浓度及排放标准
污染物 H2SO4 As
浓度 28.42 g·L-1 1.6 g·L-1
排放标准 pH 6~9 ≤0.5 mg·L-1
回答以下问题:
(1)该工厂排放的废水中H2SO4的物质的量浓度为 mol·L-1。
(2)若处理后的工厂废水中Al3+、Fe3+的浓度均为1.0×10-4 mol·L-1,则此时废水中c(As)最大是 mol·L-1。
(3)工厂排放出的酸性废水中的三价砷(H3AsO3,弱酸)不易沉降,可投入MnO2先将其氧化成五价砷(H3AsO4,弱酸),写出该反应的离子方程式: 。
(4)在处理含砷废水时采用分段式,先向废水中投入适量生石灰调节pH为2,再投入适量生石灰将pH调节为8左右,使五价砷以Ca3(AsO4)2形式沉降。
①将pH调节为2时废水中有大量沉淀产生,沉淀主要成分的化学式为 。
②在pH调节为8左右才出现大量Ca3(AsO4)2沉淀的原因为 。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 2.C 3.B 4.C 6.D 7.D 8.B
1.C 步骤(1)中生成AgCl沉淀,溶液中存在沉淀溶解平衡:AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq),A正确;由于步骤(1)中AgNO3量少,步骤(2)中沉淀由白色变为黄色,表明AgCl转化为AgI,B正确;步骤(2)中存在AgI的沉淀溶解平衡,上层清液中含Ag+,C错误;相同条件下,同类型的物质溶度积越小越难溶,由步骤(2)可知,AgCl白色沉淀转化为AgI黄色沉淀,说明该条件下AgI比AgCl更难溶,则Ksp(AgI)2.C 糖经转化会产生有机酸,有机酸和OH-反应,促使平衡右移,羟基磷灰石[Ca5(PO4)3OH]溶解,易造成龋齿,A正确;小孩长牙时要少吃糖多补钙,少吃糖能减少有机酸的生成,补钙能使c(Ca2+)增大,平衡左移,抑制Ca5(PO4)3OH溶解,起到保护牙齿的作用,B正确;温度不变,Ksp不变,C错误;Ca5(PO4)3OH、Ca5(PO4)3F属于相同类型的电解质,Ca5(PO4)3OH的Ksp大于Ca5(PO4)3F的Ksp,说明氟磷灰石更难溶解,使用含氟牙膏能预防龋齿,D正确。
3.B AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq)的化学平衡常数K===,A正确;AgCl的Ksp大于AgBr的Ksp,将AgCl与AgBr的饱和溶液等体积混合后,c(Cl-)>c(Br-),加入足量的AgNO3溶液,反应完全后,生成的AgCl沉淀比AgBr沉淀物质的量多,B错误;AgI、AgBr、AgCl为同类型电解质,在c(Cl-)=c(Br-)=c(I-)=0.01 mol·L-1的混合溶液中,逐滴滴加AgNO3溶液,溶度积小的先生成沉淀,C正确;Ksp(Ag2SO4)>Ksp(Ag2S),所以Ag2SO4的溶解能力大于Ag2S,Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI),所以AgCl的溶解能力大于AgBr和AgI,Ag2SO4达到沉淀溶解平衡时,c(S)=≈0.014 mol·L-1,AgCl达到沉淀溶解平衡时,c(Cl-)=≈1.34×10-5 mol·L-1,所以五种物质在常温下溶解能力最大的是Ag2SO4,D正确。
易错分析 本题的易错之处:一是B项比较的是生成沉淀的物质的量多少而不是沉淀的先后顺序,在AgCl、AgBr的饱和溶液中,c(Cl-)>c(Br-),加入足量的AgNO3溶液,生成的AgCl沉淀比AgBr沉淀物质的量多;二是D项对于Ksp相差不大的不同类型电解质比较溶解能力大小时,要通过饱和溶液中溶质的物质的量浓度来确定。
4.C Q>Ksp时有沉淀生成,所以①中产生白色沉淀的原因是c(Ag+)·c(SCN-)>Ksp(AgSCN),A正确;生成白色沉淀AgSCN,溶液中存在沉淀溶解平衡:AgSCN(s) Ag+(aq)+SCN-(aq),B正确;实验②中溶液不变红,③中溶液变红,说明③中发生反应AgSCN(s)+I-(aq) AgI(s)+SCN-(aq),能证明AgSCN向AgI转化,C错误;Fe3+遇SCN-溶液变红,②中无明显变化是因为溶液中的SCN-浓度过低,D正确。
5.答案 (1)Mg(HCO3)2 MgCO3↓+H2O+CO2↑,MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2↑
(2)C 一般来说,溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现,碳酸钙的溶解度小于硫酸钙的溶解度,所以可由CaSO4转化为CaCO3
(3)CaCO3、MgCO3
解析 (1)Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3,在加热时MgCO3易转化生成Mg(OH)2,则相关化学方程式为Mg(HCO3)2 MgCO3↓+H2O+CO2↑,MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2↑。
(2)因CaCO3的溶解度小于CaSO4,可先将其转化为易溶于盐酸的CaCO3而除去,所用试剂为碳酸钠。
(3)由于自来水中含有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、HC、S、Cl-,烧煮过程中会生成CaSO4、Mg(OH)2、MgCO3和CaCO3。
6.D 为防止Cu2+水解生成Cu(OH)2,溶解CuSO4·5H2O晶体时要加入少量稀H2SO4,A项正确;H2O2具有强氧化性,能与Fe2+发生氧化还原反应,即2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O,B项正确;H2O2在CuSO4催化下可发生分解反应,C项正确;调节溶液pH=4时,可将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去,Cu2+不损失,即Fe(OH)3比Cu(OH)2更难溶,D项错误。
7.D 相同温度下,对于相同类型的电解质,Ksp越小越难溶,25 ℃时,Ksp(CuS)=6.3×10-36Ksp(FeS)时,即c(Fe2+)>= mol/L≈4.8×10-6 mol/L,可以有FeS沉淀生成,D错误。
8.B 根据题表数据及混合液中CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3物质的量相等可知,向混合液中逐滴加入氢氧化钠溶液,铁离子优先反应生成氢氧化铁沉淀,所以应该最先看到红褐色沉淀,A错误;Cu2+、Fe2+、Fe3+在溶液中都会发生水解,则溶液中c(S)∶[c(Cu2+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)]>5∶4,B正确;加入适量氯水,Fe2+被氧化成Fe3+,Cl2被还原成Cl-,所以过滤后得到的溶液中不可能只含CuSO4一种溶质,C错误;由题表中数据可知,调节pH为9.6后过滤,沉淀中含有Cu(OH)2、Fe(OH)2和Fe(OH)3,将沉淀在空气中灼烧,最终得到的是CuO和Fe2O3两种固体混合物,D错误。
能力提升练
1.C 3.B 4.D
1.C 将①中浊液过滤,所得滤液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),即滤液中含少量Mg2+,A、B正确。实验②,①中浊液中过量的NaOH和FeCl3反应会生成Fe(OH)3沉淀,不能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶;实验③中Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀,可说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶,C错误。Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),加入NH4Cl溶液,N会和OH-反应,平衡正向移动,沉淀溶解,D正确。
2.答案 (1)S2-+H2O HS-+OH-
(2)①浓硝酸 Ba(NO3)2溶液 黑色沉淀溶解并有红棕色气体生成 生成白色沉淀
②加入浓氨水,过滤,向滤液中滴加盐酸 滴加盐酸后,无明显现象
解析 (1)Na2S溶液中S2-水解:S2-+H2O HS-+OH-,故溶液pH>7。(2)①由信息ⅰ可知,向黑色沉淀中加入足量浓硝酸(试剂1),黑色沉淀溶解后,再加入Ba(NO3)2溶液(试剂2),生成白色沉淀(BaSO4),证明黑色沉淀中含有Ag2S。现象1是黑色沉淀溶解并产生红棕色气体;现象2是溶液中产生白色沉淀。②步骤ⅰ:取少量银氨溶液,向其中滴加盐酸,出现白色沉淀。若黑色沉淀中有Ag2O,Ag2O能溶解在浓氨水中生成[Ag(NH3)2]OH,再加盐酸就可观察到白色沉淀。步骤ⅱ:取少量洗涤后的黑色沉淀,加入浓氨水,过滤,向滤液中滴加盐酸,因黑色沉淀中没有Ag2O,故滴加盐酸后,无明显现象。
3.B 根据沉淀溶解平衡BaSO4(s) Ba2+(aq)+S(aq)知,BaSO4饱和溶液中Ksp(BaSO4)=c(Ba2+)·c(S)=1×10-10,c(Ba2+)=c(S)==1×10-5 mol/L,在胃液中因H+和S结合,使平衡正向移动,溶解度增大,A正确;向BaSO4中加入Na2CO3溶液,发生反应:BaSO4(s)+C(aq) BaCO3(s)+S(aq),K====,若每次加入1 L 1 mol/L的Na2CO3溶液能使BaSO4转化的物质的量为x mol,溶液体积为V L,K===得出x=,将0.1 mol BaSO4完全转化为BaCO3需要加入的次数为=5.1,至少需要加入6次,B错误;饱和BaCO3溶液pH约为9.6,饱和BaCO3溶液中存在BaCO3(s) Ba2+(aq)+C(aq),Ksp(BaCO3)=5×10-9,C水解生成HC,Ka2==5.6×10-11,得出===5.6×10-1.4<1,此时c(C)4.D (NH4)2CO3溶液中存在电荷守恒:c(H+)+c(N)=c(OH-)+c(HC)+2c(C),A错误;“浸取”时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水,是为了抑制C水解为HC,从而增大溶液中C浓度,使CaSO4(s)+C(aq) CaCO3(s)+S(aq)平衡正向移动生成更多的碳酸钙,B错误;“浸取”静置后的上层清液中,有c(Ca2+)·c(C)=Ksp(CaCO3),C错误;室温下,反应CaSO4(s)+C(aq) CaCO3(s)+S(aq)达到平衡,溶液中===×104,D正确。
5.答案 (1)将矿渣粉碎、O2逆流焙烧(合理即可) (2)2Cr2O3+4Na2CO3+3O2 4Na2CrO4+4CO2↑ Fe2O3 (3)0.01 (4)5
解析 (1)为提高焙烧效率,除温度外可采取的操作有将矿渣粉碎、O2逆流焙烧等。(2)“滤液”中Cr元素的主要存在形式为Cr,则“焙烧”时Cr2O3主要转化为Na2CrO4,同时有CO2产生,发生反应的化学方程式为2Cr2O3+4Na2CO3+3O2 4Na2CrO4+4CO2↑,FeO煅烧后生成Fe2O3,滤渣为Fe2O3。
(3)根据离子方程式2Cr+2H+ Cr2+H2O,K==4.0×1014,调pH=6,则c(H+)=1×10-6 mol·L-1,溶液中Cr2的浓度是0.04 mol·L-1,可得c(Cr)为0.01 mol·L-1。(4)根据Ksp[Cr(OH)3]=c(Cr3+)·c3(OH-)=1×10-32,当c(Cr3+)=1×10-5 mol·L-1时,c(OH-)=1×10-9 mol·L-1,则c(H+)=1×10-5 mol·L-1,即pH=5,因此当c(Cr3+)<1×10-5 mol·L-1时,pH>5。
6.答案 (1)0.29 (2)5.7×10-17 (3)2H++MnO2+H3AsO3 H3AsO4+Mn2++H2O (4)①CaSO4
②H3AsO4是弱酸,当溶液pH调节为8左右时As浓度增大,Ca3(AsO4)2大量沉淀
解析 (1)由题表2可知,该工厂排放的废水中c(H2SO4)= mol·L-1=0.29 mol·L-1。
(2)若处理后的工厂废水中Al3+、Fe3+的浓度均为1.0×10-4 mol·L-1,Ksp(FeAsO4)(3)MnO2将三价砷(H3AsO3,弱酸)氧化成五价砷(H3AsO4,弱酸),同时生成Mn2+和H2O,由此可写出该反应的离子方程式。
(4)①硫酸钙难溶于硫酸,所以pH调节为2时废水中有大量沉淀产生,沉淀主要成分为CaSO4。②H3AsO4是弱酸,电离出来的As较少,所以酸性条件下不易形成Ca3(AsO4)2沉淀,当溶液pH调节为8左右时As浓度增大,Ca3(AsO4)2大量沉淀。
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