第3节 沉淀溶解平衡
第1课时 沉淀溶解平衡与溶度积
基础过关练
题组一 沉淀溶解平衡的影响因素
1.25 ℃时,在含有大量PbI2的饱和溶液中存在沉淀溶解平衡:PbI2(s) Pb2+(aq)+2I-(aq),加入KI固体,下列说法正确的是 ( )
A.溶液中c(Pb2+)减小
B.Ksp(PbI2)增大
C.PbI2的沉淀溶解平衡向右移动
D.PbI2的溶解量增大
2.已知难溶性物质K2SO4·MgSO4·2CaSO4在水中存在沉淀溶解平衡:K2SO4·MgSO4·2CaSO4(s) 2Ca2+(aq)+2K+(aq)+Mg2+(aq)+4S(aq),不同温度下,K+的浸出浓度与溶浸时间的关系如图所示。则下列说法错误的是 ( )
A.向该体系中加入饱和NaOH溶液,沉淀溶解平衡向右移动
B.向该体系中加入饱和Na2CO3溶液,沉淀溶解平衡向右移动
C.该难溶性物质的Ksp=c平(Ca2+)·c平(K+)·c平(Mg2+)·c平(S)
D.升高温度,溶浸速率增大,平衡向右移动
3.在一定温度下,Mg(OH)2固体在水溶液中达到沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),要使Mg(OH)2固体减少而c(Mg2+)不变,可采取的措施是 ( )
A.加MgSO4固体 B.通HCl气体
C.加NaOH固体 D.加少量水
题组二 溶度积的理解与应用
4.下列有关溶度积Ksp的说法正确的是 ( )
A.常温下,向BaCO3饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小
B.确定物质的溶度积Ksp只受温度影响,温度升高Ksp减小
C.确定物质的溶度积Ksp只受温度影响,温度升高Ksp增大
D.常温下,向Mg(OH)2饱和溶液中加入NaOH固体,Mg(OH)2的Ksp不变
5.(经典题)25 ℃时,Ksp(AgCl)=1.8×10-10 mol2·L-2,Ksp(AgBr)=7.7×10-13 mol2·L-2,Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12 mol3·L-3。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 mol4·L-4,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{已知Ksp[Mg(OH)2]=4×10-12 mol3·L-3,lg5=0.7}
回答下列问题:
(1)Fe3+开始沉淀时溶液中c(OH-)约为 mol·L-1。
(2)当Fe3+沉淀完全时溶液中pH约为 。
(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.室温时,Ksp(CaCO3)=3.36×10-9 mol2·L-2,
Ksp(CaF2)=3.45×10-11 mol3·L-3。下列关于CaCO3和CaF2两种物质的悬浊液的说法错误的是 ( )
A.CaCO3和CaF2两种物质的悬浊液中前者的c(Ca2+)较大
B.分别滴加稀硫酸,CaCO3与CaF2的溶度积常数不变
C.分别加入0.1 mol·L-1 CaCl2溶液,c(C)和c(F-)均减小
D.室温时,CaCO3和CaF2共存的饱和溶液中,约为97.4 L·mol-1
2.(经典题)请按要求回答下列问题:
(1)已知:25 ℃时,Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11 mol3·L-3,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20 mol3·L-3。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 。
(2)已知25 ℃时,Ksp(AgCl)=1.8×10-10 mol2·L-2,则将AgCl放在蒸馏水中形成饱和溶液,溶液中的c(Ag+)约为 mol·L-1。
(3)含Na2CO3的钼酸钠(Na2MoO4)溶液中c(Mo)=0.40 mol·L-1、c(C)=0.52 mol·L-1,由该溶液制备钼酸钠晶体时,需加入Ba(OH)2固体以除去C,当BaMoO4开始沉淀时,C的去除率为 。[已知:Ksp(BaCO3)=2.6×10-9 mol2·L-2,Ksp(BaMoO4)=4.0×10-8 mol2·L-2,忽略溶液的体积变化]
题组二 沉淀溶解平衡曲线的分析
3.(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 mol2·L-2
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点变为c点
D.通过蒸发水可使溶液由b点变为a点
4.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的水解)。Xn-表示Cl-或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 L·mol-1
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A 2.C 3.D 4.D 5.C
1.A 加入KI固体,溶液中c(I-)增大,使PbI2的沉淀溶解平衡向左移动,溶液中c(Pb2+)减小,PbI2的溶解量减小,A正确,C、D错误;溶液的温度未发生改变,Ksp(PbI2)不变,B错误。
2.C 加入饱和NaOH溶液,生成Mg(OH)2沉淀,c(Mg2+)减小,沉淀溶解平衡右移,A正确;加入饱和Na2CO3溶液,C和Ca2+、Mg2+分别结合生成CaCO3、MgCO3沉淀,c(Ca2+)、c(Mg2+)减小,沉淀溶解平衡右移,B正确;根据难溶性物质K2SO4·MgSO4·2CaSO4在水中的沉淀溶解平衡知,Ksp=(Ca2+)·(K+)·c平(Mg2+)·(S),C错误;由题图可知,升高温度,c平(K+)增大,即沉淀溶解平衡右移,且达平衡所用时间减小,即溶浸速率增大,D正确。
名师点睛
升高温度,多数沉淀溶解平衡向溶解方向移动;少数沉淀溶解平衡向生成沉淀方向移动,如升温Ca(OH)2的沉淀溶解平衡向生成沉淀方向移动。加水稀释,沉淀溶解平衡向溶解方向移动。
3.D 加MgSO4固体,溶液中的c(Mg2+)增大,A错误;通HCl气体会中和OH-,平衡右移,使c(Mg2+)增大,B错误;加NaOH固体使c(OH-)增大,平衡左移,c(Mg2+)减小,Mg(OH)2固体增多,C错误;加少量水,促进Mg(OH)2溶解,得到的仍是该温度下Mg(OH)2的饱和溶液,c(Mg2+)保持不变,D正确。
4.D 温度不变,确定物质的Ksp不变,故A项不正确、D项正确;大多数难溶物的Ksp随温度的升高而增大,但也有少数物质相反,故B、C项均不正确。
5.C 溶液中Cl-、Br-、Cr的浓度均为0.010 mol·L-1,Cl-沉淀时c平(Ag+)= mol·L-1=1.8×10-8 mol·L-1,Br-沉淀时c平(Ag+)= mol·L-1=7.7×10-11 mol·L-1,Cr沉淀时c平(Ag+)= mol·L-1=3.0×10-5 mol·L-1,所需Ag+浓度越小越先沉淀,故三种阴离子产生沉淀的先后顺序是Br-、Cl-、Cr。
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平(Fe3+)·(OH-),c平(OH-)= mol·L-1=2.0×10-12 mol·L-1。
(2)当Fe3+沉淀完全时,Ksp=c平(Fe3+)·(OH-),c平(OH-)= mol·L-1=2.0×10-11 mol·L-1;此时溶液中氢离子浓度为c平(H+)=5×10-4 mol·L-1,溶液的pH=-lg(5×10-4)=3.3。
(3)当Fe3+沉淀完全时c平(OH-)=2.0×10-11 mol·L-1,Q=c(Mg2+)·c2(OH-)=1 mol·L-1×(2.0×10-11 mol·L-1)2=4×10-22 mol3·L-3,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 3.C 4.D
1.A CaCO3饱和溶液中c平(Ca2+)= mol·L-1≈5.8×10-5 mol·L-1,CaF2饱和溶液中c平(Ca2+)= mol·L-1≈2.05×10-4 mol·L-1,所以CaCO3和CaF2两种物质的悬浊液中前者的c(Ca2+)较小,A错误;同一种物质,温度不变,溶度积常数不变,B正确;分别加入CaCl2溶液,溶液中c(Ca2+)增大,CaCO3和CaF2的沉淀溶解平衡逆向移动,溶液中c(C)、c(F-)均减小,C正确;根据CaCO3和CaF2的溶度积常数计算,CaCO3和CaF2共存的饱和溶液中有≈97.4 L·mol-1,D正确。
2.答案 (1)Cu(OH)2 Cu2++2NH3·H2O Cu(OH)2↓+2N
(2)1.34×10-5
(3)95%
解析 (1)Mg(OH)2、Cu(OH)2的类型相同,Cu(OH)2溶度积更小,在水中的溶解度更小,加入相同浓度的氨水,Cu(OH)2最先析出,反应的离子方程式为Cu2++2NH3·H2O Cu(OH)2↓+2N。
(2)将AgCl放在蒸馏水中形成饱和溶液,应满足c平(Cl-)·c平(Ag+)=Ksp(AgCl),则c平(Cl-)=c平(Ag+)= mol·L-1≈1.34×10-5 mol·L-1。
(3)当BaMoO4开始沉淀时,溶液中c平(Ba2+)= mol·L-1=1×10-7 mol·L-1,此时溶液中c平(C)= mol·L-1=0.026 mol·L-1,则C×100%=95%。
3.C 根据图中a点对应的数据可知,PdI2的Ksp=7×10-5 mol·L-1×(1×10-4 mol·L-1)2=7×10-13 mol3·L-3,A错误;a点在曲线上,代表的是PdI2饱和溶液,b点在a点正下方,代表不饱和溶液,d点在曲线上方,代表过饱和溶液,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,c(Pd2+)减小,但是仍在曲线上,溶液由a点变为c点,C正确;蒸发水,c(I-)增大,而a、b两点c(I-)相同,D错误。
4.D 结合图像可知,Ksp(Ag2C2O4)=c平(C2)·(Ag+)=10-2.46 mol·L-1×(10-4 mol·L-1)2=10-10.46 mol3·L-3,其数量级为10-11,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平(Cl-)·c平(Ag+)=10-5.75 mol·L-1×10-4 mol·L-1=10-9.75 mol2·L-2,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 L·mol-1,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,分子与分母同时乘以(Ag+),可转化为Ksp间的计算。
9(共19张PPT)
1.物质溶解性与溶解度的关系(20 ℃)
2.沉淀溶解平衡
(1)概念:在一定条件下,当难溶电解质溶于水形成饱和溶液时,沉淀溶解的速率与沉淀生成的
速率相等,固体的量和离子浓度不再变化的状态,称为沉淀溶解平衡。
第3节 沉淀溶解平衡
知识点 1 沉淀溶解平衡
必备知识 清单破
固体物质 溶液中的溶质:
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PbI2的沉淀溶
解平衡可表示为PbI2(s) Pb2+(aq)+2I-(aq)
(2)沉淀溶解平衡的建立
(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的沉淀溶解平衡。
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。
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= (An+)· (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。
知识点 2 溶度积常数
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】
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+。
知识点 3 沉淀溶解平衡的应用
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Ag2
S(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工业废水处理
工业废水处理过程中,可利用沉淀转化原理用FeS、MnS等难溶物作为沉淀剂将重金属离子
如Hg2+、Ag+、Pb2+转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。例如,用FeS除去Hg2+的总反应为FeS(s)+
Hg2+(aq) HgS(s)+Fe2+(aq)。
4.沉淀溶解平衡图像分析【详见定点2】
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
正确吗 ( )
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.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。这种说法正确吗 ( )
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.Ca(OH)2溶解放热,升温,Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq)平衡逆向移动。这种说法正确
吗 ( )
外界因素对沉淀溶解平衡的影响符合勒夏特列原理。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
√
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。这种说法正确吗 ( )
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Ksp(AgCl)=1.8×10-10 mol2·L-2,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12 mol2·L-2,不能认为Mg(OH)2比AgCl
更难溶。
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。这种说法正确
吗 ( )
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。
提示
提示
√
1.已知溶度积,求溶液中的某种离子的浓度
如:①某温度下,Ksp(AgCl)=a mol2·L-2,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 mol2·L-2,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-1时,该离子沉淀完全。如25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4×
10-38 mol4·L-4,当c(Fe3+)=1×10-5 mol·L-1时,溶液中c(OH-)= ×10-11 mol·L-1≈1.59×10-11 mol·L-1,此
时c(H+)≈6.29×10-4 mol·L-1,即pH≈3.2,当pH>3.2时Fe3+沉淀完全。
关键能力 定点破
定点 1 溶度积常数的有关计算
3.计算沉淀转化反应的平衡常数
如:对于Ksp(ZnS)=c平(Zn2+)·c平(S2-),Ksp(CuS)=c平(Cu2+)·c平(S2-),反应Cu2+(aq)+ZnS(s) CuS(s)+Zn2+(aq)的平衡常数K= = 。
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定点 2 沉淀溶解平衡图像分析
第三步:抓住Ksp的特点,结合选项分析判断。
(1)溶液在蒸发(恒温)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)。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.(教材习题改编)牙齿表面覆盖的牙釉质的主要成分为羟基磷酸钙[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 mol9·L-9。下列关于该平衡的说法错误的是 ( )
A.残留在牙齿上的糖发酵会产生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,平衡向右移动,Ksp增大
D.在牙膏中添加适量Ca2+或P能防止龋齿
2.(易错题)下表是五种银盐的溶度积常数(25 ℃):
难溶电解质 Ksp
AgCl 1.8×10-10 mol2·L-2
Ag2SO4 1.4×10-5 mol3·L-3
Ag2S 6.3×10-50 mol3·L-3
AgBr 5.0×10-13 mol2·L-2
AgI 8.5×10-17 mol2·L-2
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,AgBr沉淀比AgCl沉淀多
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.以上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
3.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
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中存在沉淀溶解平衡:AgSCN(s) Ag+(aq)+SCN-(aq)
C.上述实验能证明AgSCN向AgI沉淀转化反应的发生
D.③中溶液变红说明Ksp(AgSCN)>Ksp(AgI)
5.已知:常温下,Ksp(AgCl)=1.8×10-10 mol2·L-2,Ksp(AgBr)=5.0×10-13 mol2·L-2,Ksp(AgI)=8.5×10-17 mol2·L-2。某中学化学社进行沉淀溶解平衡相关实验,操作流程如下。下列说法正确的是 ( )
A.悬浊液a中c(Br-)与悬浊液d中c(Br-)相等
B.步骤③可以证明Ksp(AgBr)>Ksp(AgI)
C.向悬浊液e中滴加几滴0.1 mol·L-1 NaCl溶液,观察到黄色沉淀转化为白色沉淀
D.向悬浊液d中加入NaI溶液至沉淀颜色不变时,
6.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)锅炉中的水垢所含有的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 沉淀溶解平衡在物质分离中的应用
7.已知25 ℃物质的溶度积常数为FeS:Ksp=6.3×10-18 mol2/L2、CuS:Ksp=6.3×10-36 mol2/L2、ZnS:Ksp=1.6×10-24 mol2/L2。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粉末(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 (mol·L-1)3 2.2×10-20 (mol·L-1)3 2.8×10-39 (mol·L-1)4
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.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 沉淀溶解平衡的综合应用
1.(教材深研拓展)钡餐造影检查是以医用硫酸钡作为造影剂,口服后随着人体消化管道的蠕动,涂抹在胃肠道内管壁及充填在管腔内,在X射线照射下与周围器官形成明显对比,可以观察胃、食管等器官的外形、大小、位置、扩张性及蠕动波情况,进而显示消化道有无病变。
已知:常温下,Ksp(BaCO3)=5×10-9 mol2·L-2,Ksp(BaSO4)=1×10-10 mol2·L-2;H2CO3的电离平衡常数Ka1=4.5×10-7 mol·L-1,Ka2=5.6×10-11 mol·L-1;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 mol·L-1。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-1
B.若每次加入1 L 1 mol·L-1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溶液通入少量CO2后溶液中: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
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,将实验操作和实验现象补充完整。
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 沉淀溶解平衡在工业生产中的应用
3.工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等)湿法制取金属锌的流程如图所示。
下列说法不正确的是 ( )
A.加入ZnO的目的是调节溶液的pH以除去溶液中的Fe3+
B.为加快反应速率,净化Ⅰ和净化Ⅱ均应在较高的温度下进行
C.加过量ZnS可除去溶液中的Cu2+是利用了Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)
D.ZnFe2O4溶于稀硫酸的离子方程式:ZnFe2O4+8H+ Zn2++2Fe3++4H2O
4.利用某矿渣(含FeO、Cr2O3)制备Cr(OH)3的工艺流程如下:
已知:①Ksp[Cr(OH)3]=1×10-32 mol4·L-4;
②2Cr(aq)+2H+(aq) Cr2(aq)+H2O(l) K=4.0×1014 L3·mol-3。
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)“调pH=6”后溶液中Cr2的浓度是0.04 mol·L-1,则Cr的浓度是 mol·L-1。
(4)室温下,加入石灰乳调节pH,当c(Cr3+)<1×10-5 mol·L-1时,pH> 。
5.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。
难溶物 Ksp
Ca3(AsO4)2 6.8×10-19 mol5·L-5
AlAsO4 1.6×10-16 mol2·L-2
FeAsO4 5.7×10-21 mol2·L-2
表1 几种砷酸盐的Ksp
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
表2 工厂污染物排放浓度及允许排放标准
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.B 3.A 4.D 5.D 7.D 8.B
1.C 糖发酵会产生H+,H+和OH-反应,促使平衡右移,羟基磷酸钙[Ca5(PO4)3OH]溶解,造成龋齿,A正确;小孩长牙时要少吃糖多补钙,c(Ca2+)增大,题给沉淀溶解平衡左移,防止牙齿中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;在牙膏中添加适量Ca2+或P,有利于题给沉淀溶解平衡左移,防止牙齿中Ca5(PO4)3OH溶解,能防止龋齿,D正确。
2.B 该反应的平衡常数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,AgCl沉淀比AgBr沉淀多,B错误;AgI、AgBr、AgCl三种沉淀为同类型沉淀,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;Ag2SO4的Ksp大于Ag2S的Ksp,所以Ag2SO4的溶解能力大于Ag2S,AgCl的Ksp大于AgBr和AgI的Ksp,所以AgCl的溶解能力大于AgBr和AgI,Ag2SO4达到沉淀溶解平衡时,c平(S)=≈0.015 mol·L-1,AgCl达到沉淀溶解平衡时,c平(Cl-)=≈1.34×10-5 mol·L-1,所以题给五种物质在常温下溶解能力最大的是Ag2SO4,D正确。
易错分析
本题容易出现两处错误,一是B项比较的是生成沉淀的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,AgCl沉淀比AgBr沉淀多;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,要通过比较饱和溶液中溶质的物质的量浓度来确定。
3.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,Cu2+先沉淀,故D错误。
4.D 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;①中存在沉淀溶解平衡:AgSCN(s) Ag+(aq)+SCN-(aq),B正确;②中溶液不变红,③中溶液变红,说明③中c(SCN-)增大,③中发生反应AgSCN(s)+I-(aq) AgI(s)+SCN-(aq),能证明AgSCN向AgI转化,C正确;c(Ag+)·c(I-)>Ksp(AgI)即可产生碘化银沉淀,③中溶液变红不能证明Ksp(AgSCN)>Ksp(AgI),D错误。
5.D 浅黄色沉淀b为AgBr,加入蒸馏水得悬浊液d,悬浊液a中AgNO3过量,AgBr(s) Ag+(aq)+Br-(aq),c(Ag+)增大,该沉淀溶解平衡左移,c(Br-)降低,故悬浊液a中c(Br-)比悬浊液d中小,A错误;悬浊液a中AgNO3过量,故滤液c中的硝酸银可与I-反应生成AgI沉淀,步骤③不能证明Ksp(AgBr)>Ksp(AgI),B错误;悬浊液e中的黄色沉淀为AgI,由于Ksp(AgI)6.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(HCO3)2 MgCO3↓+H2O+CO2↑,Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3,在加热时MgCO3易转化生成Mg(OH)2:MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2↑。
(2)水垢中含有的CaSO4不溶于酸,因CaCO3的溶解度小于CaSO4,可先将CaSO4转化为易溶于盐酸的CaCO3,所用试剂为碳酸钠。
(3)由于自来水中含有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、HC、Cl-,烧煮过程中会生成CaSO4、Mg(OH)2、MgCO3和CaCO3。
7.D 相同温度下,对于相同类型的物质,Ksp越小越难溶,Ksp(CuS),就有FeS沉淀生成,D错误。
8.B 根据题表中Ksp及三种物质沉淀完全时的pH范围可知,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,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Fe2O3两种物质的固体混合物,D错误。
能力提升练
1.B 根据沉淀溶解平衡BaSO4(s) Ba2+(aq)+S(aq),由Ksp(BaSO4)=1×10-10 mol2·L-2知,BaSO4饱和溶液中c(Ba2+)=c(S)==1×10-5 mol·L-1,在胃液中因H+和S结合,使BaSO4的沉淀溶解平衡正向移动,BaSO4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-1的Na2CO3溶液能处理BaSO4的物质的量为x mol,K==5.1,将0.1 mol BaSO4完全转化至少需要6次,B错误;饱和BaCO3溶液pH约为9.6,饱和BaCO3溶液中存在沉淀溶解平衡BaCO3(s) Ba2+(aq)+C(aq),Ksp(BaCO3)=5×10-9 mol2·L-2,C,Ka2==5.6×10-11 mol·L-1,得出=5.6×10-1.4<1,此时c(C)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由已知ⅰ可知,向黑色沉淀中加入足量浓硝酸(试剂1),黑色沉淀溶解并有红棕色气体生成,再加入Ba(NO3)2溶液(试剂2),生成白色沉淀(BaSO4),可证明黑色沉淀中含有Ag2S。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,滴加盐酸可观察到白色沉淀。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 酸浸时加入的稀硫酸过量,导致酸浸后的溶液呈酸性,加入ZnO调节溶液pH,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去,A正确;温度较高时,净化Ⅰ中H2O2易分解,导致H2O2氧化能力降低,使Fe2+转化为Fe3+不完全,B错误;ZnS、CuS的物质类型相同,ZnS能除去溶液中的Cu2+,说明CuS比ZnS更难溶,则Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),C正确;ZnFe2O4溶于稀硫酸生成硫酸锌、硫酸铁和水,D正确。
4.答案 (1)将矿渣粉碎、O2逆流焙烧、搅拌或适当增大空气的流速(合理即可)
(2)2Cr2O3+4Na2CO3+3O2 4Na2CrO4+4CO2↑ Fe2O3
(3)0.01
(4)5
解析 (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在有O2存在条件下煅烧后生成Fe2O3,Fe2O3不溶于水。
(3)根据2Cr(aq)+2H+(aq) Cr2(aq)+H2O(l) K==4.0×1014 L3·mol-3,调pH=6即c平(H+)=1×10-6 mol·L-1,溶液中Cr2的浓度是0.04 mol·L-1,代入K,则c(Cr)=0.01 mol·L-1。(4)根据Ksp[Cr(OH)3]=c平(Cr3+)·(OH-)=1×10-32 mol4·L-4,当c平(Cr3+)=1×10-5 mol·L-1时,c平(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。
方法点津
工艺流程题的解题方法
①试剂线:分清各步加入试剂的作用,一般是为了除去杂质或进行目标元素及其化合物的转化等。
②主线:关注目标元素及其化合物在各步发生的转化,尤其是化合价的变化。
③杂质线:分清各步需去除的杂质,常考查杂质的去除顺序、方法及除杂条件的控制等。
5.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H3AsO3氧化成H3AsO4,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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