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第2課時(shí)　沉淀溶解平衡的應(yīng)用
1.沉淀的生成。
利用生成沉淀可達(dá)到　分離或除去某些離子　的目的。常用的方法有調(diào)節(jié)pH法和加沉淀劑法。
(1)調(diào)節(jié)pH法。
例如除去氯化銨固體中的雜質(zhì)氯化鐵:將固體溶于水,向溶液中加入　氨水　調(diào)節(jié)pH,使Fe3+轉(zhuǎn)化為　Fe(OH)3沉淀　而除去。反應(yīng)的離子方程式為
　Fe3++3NH3·H2O ══ Fe(OH)3↓+3 　。
(2)加沉淀劑法。
例如以Na2S作沉淀劑,可除去工業(yè)廢水中的Cu2+、Hg2+等離子,生成極難溶的　CuS、HgS　等沉淀而除去。反應(yīng)的離子方程式為　Cu2++S2- ══ CuS↓,Hg2++S2- ══ HgS↓　。
2.沉淀的溶解。
(1)沉淀溶解的原理。
根據(jù)平衡移動(dòng)原理,對(duì)于在水中難溶的電解質(zhì),如果能設(shè)法不斷地移去平衡體系中的相應(yīng)離子,Q(2)實(shí)驗(yàn)探究:Mg(OH)2沉淀溶解。
(3)沉淀溶解的方法。
①酸溶解法:用強(qiáng)酸溶解的難溶電解質(zhì)有CaCO3、FeS、Al(OH)3、Ca(OH)2等。
②鹽溶液溶解法:Mg(OH)2難溶于水,能溶于鹽酸、NH4Cl溶液中。溶于NH4Cl溶液反應(yīng)的離子方程式為
3.沉淀的轉(zhuǎn)化。
(1)實(shí)驗(yàn)探究AgCl、AgI、Ag2S的轉(zhuǎn)化。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:AgCl沉淀轉(zhuǎn)化為AgI沉淀,AgI沉淀又轉(zhuǎn)化為Ag2S沉淀,說(shuō)明溶解度由小到大的順序?yàn)?Ag2S理論分析:
由Ksp值可看出AgI的溶解度遠(yuǎn)比AgCl的溶解度小。
當(dāng)向AgCl沉淀中滴加KI溶液時(shí),Q(AgI)>Ksp(AgI)導(dǎo)致AgCl溶解、AgI生成,反應(yīng)的離子方程式可表示為:
反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行完全,即AgCl沉淀可轉(zhuǎn)化為AgI沉淀。
(2)實(shí)驗(yàn)探究Mg(OH)2與Fe(OH)3的轉(zhuǎn)化。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:Mg(OH)2沉淀轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,說(shuō)明溶解度:
Fe(OH)3(3)沉淀轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)與條件。
①實(shí)質(zhì):沉淀的轉(zhuǎn)化是指由一種難溶物轉(zhuǎn)化為另一種難溶物的過(guò)程,其實(shí)質(zhì)是沉淀溶解平衡的移動(dòng)。
②條件:兩種沉淀的溶解度不同。一般溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化為溶解度更小的沉淀容易實(shí)現(xiàn),兩者的溶解度差別越大,轉(zhuǎn)化越容易。
(4)應(yīng)用。
①鍋爐除水垢。先用Na2CO3溶液處理水垢,使難溶于鹽酸的CaSO4轉(zhuǎn)化為疏松且易溶于鹽酸的CaCO3,再用鹽酸溶解。有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為
CaSO4(s)+ (aq) ==== CaCO3(s)+ (aq)　,　CaCO3+2H+ ==== Ca2++H2O+CO2↑　。
②自然界中礦物的轉(zhuǎn)化。CuSO4溶液遇閃鋅礦(ZnS)轉(zhuǎn)化為銅藍(lán)(CuS),轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為
　Cu2+(aq)+ZnS(s)====CuS(s)+Zn2+(aq)　 。
微思考 水垢中含有CaCO3和Mg(OH)2,為什么不是MgCO3和Ca(OH)2
提示:MgCO3和Ca(OH)2屬于微溶物,CaCO3和Mg(OH)2屬于難溶物,溶解度小。
微判斷 (1)向CaCl2溶液中通入CO2可生成CaCO3沉淀。
(　　)
(2)在一定條件下,溶解度較小的沉淀也可以轉(zhuǎn)化成溶解度較大的沉淀。(　　)
(4)為減少洗滌過(guò)程中BaSO4固體的損耗,最好選用稀硫酸代替H2O洗滌。(　　)
×
√
√
√
微訓(xùn)練1 .已知:Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),在有白色固體ZnS存在的飽和溶液中滴加適量CuSO4溶液,產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是(　　)。
A.固體逐漸溶解,最后消失
B.固體由白色變?yōu)楹谏?br/>C.固體顏色變化但質(zhì)量不變
D.固體逐漸增多,但顏色不變
答案:B
解析:在有白色固體ZnS存在的飽和溶液中存在平衡
ZnS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq),加入CuSO4溶液后,因?yàn)镵sp(ZnS)>Ksp(CuS),平衡正向移動(dòng),白色固體逐漸變?yōu)楹谏?br/>2.Mg(OH)2固體在水中存在下列沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),欲減少M(fèi)g(OH)2固體的量,可以加入少量的(　　)。
A.NaOH固體
B.NaCl固體
C.MgSO4固體
D.NaHSO4固體
答案:D
解析:A項(xiàng),加NaOH固體,會(huì)使c(OH-)增大,平衡左移,Mg(OH)2固體的量增加,錯(cuò)誤;B項(xiàng),加NaCl固體,平衡不移動(dòng),錯(cuò)誤;C項(xiàng),加MgSO4會(huì)使c(Mg2+)增大,平衡左移,Mg(OH)2固體的量增加,錯(cuò)誤;D項(xiàng),加NaHSO4固體,發(fā)生反應(yīng),c(OH-)減小,平衡右移, Mg(OH)2固體減少,正確。
3.已知溶度積Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgBr)=5.4×10-13,現(xiàn)將AgCl與AgBr的飽和溶液等體積混合,是否有沉淀析出,若有沉淀析出,可能是什么 為什么
答案:有,應(yīng)是AgBr。因?yàn)锳gBr的溶度積小,兩種飽和溶液等體積混合后,相對(duì)于AgCl溶液,Ag+的濃度減小了,而相對(duì)于AgBr溶液,Ag+的濃度增大了,所以應(yīng)有AgBr沉淀析出。
一、沉淀反應(yīng)的應(yīng)用
問(wèn)題探究
1.可溶性鋇鹽(如BaCl2等)誤作食鹽食用,會(huì)造成鋇中毒。中毒患者常用5.0%的Na2SO4溶液洗胃的原因是什么
提示:中毒后用5.0%的Na2SO4溶液洗胃, 與Ba2+結(jié)合生成BaSO4沉淀,可緩解Ba2+對(duì)人體的毒害。
2.常溫下,已知不同金屬離子在溶液中沉淀時(shí),溶液的pH不同。
物質(zhì) Fe3+ Cu2+ Zn2+
開(kāi)始沉淀pH 1.9 4.2 6.2
沉淀完全pH 3.2 6.7 8.2
根據(jù)信息分析除去CuCl2溶液中的FeCl3可選什么試劑,溶液pH的調(diào)節(jié)范圍是多少,原理是什么。
提示:因FeCl3發(fā)生水解反應(yīng):Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+,故可選擇CuO或CuCO3,消耗Fe3+水解生成的H+,調(diào)節(jié)溶液pH在3.2~4.2之間,從而促進(jìn)Fe3+完全以Fe(OH)3形式沉淀出來(lái),并通過(guò)過(guò)濾除去Fe(OH)3及過(guò)量的CuO或CuCO3。
歸納總結(jié)
1.沉淀的生成。
(1)沉淀生成時(shí)沉淀劑的選擇原則。
①使生成沉淀的反應(yīng)進(jìn)行得越完全越好(被沉淀離子形成沉淀的Ksp盡可能地小,即沉淀溶解度越小越好)。
②不能影響其他離子的存在,由沉淀劑引入溶液的雜質(zhì)離子要便于除去或不引入新的雜質(zhì)離子。
(2)常用的沉淀方法。
①調(diào)節(jié)pH法。
通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的pH,使溶液中的雜質(zhì)離子轉(zhuǎn)化成沉淀而除去。如用CuO調(diào)節(jié)CuCl2溶液(含F(xiàn)e3+)的酸堿性以除去Fe3+。
②直接沉淀法。
通過(guò)加入沉淀劑除去溶液中的某種指定離子或獲取該難溶電解質(zhì)。
2.沉淀的溶解。
沉淀溶解時(shí)的關(guān)鍵步驟是加入的試劑能與產(chǎn)生沉淀的離子發(fā)生反應(yīng),生成揮發(fā)性物質(zhì)(氣體)或弱電解質(zhì)(弱酸、弱堿或水),使平衡向沉淀溶解的方向移動(dòng)。使沉淀溶解的常用方法主要有三種:①生成弱電解質(zhì),②發(fā)生氧化還原反應(yīng),③生成配合物。
3.沉淀的轉(zhuǎn)化。
(1)沉淀轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)是沉淀溶解平衡的移動(dòng)。一般是溶解度小的沉淀會(huì)轉(zhuǎn)化生成溶解度更小的沉淀。但是,溶解度較小的沉淀在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化成溶解度較大的沉淀。如:BaSO4 BaCO3。
(2)當(dāng)一種試劑能與溶液中幾種離子生成沉淀時(shí),生成沉淀所需試劑離子濃度越小的越先沉淀;如果生成各種沉淀所需試劑離子的濃度相差較大,就能分步沉淀,從而達(dá)到分離離子的目的。
特別提醒 1.對(duì)于化學(xué)式中陰、陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)比相同,且含有相同離子的難溶電解質(zhì),如AgCl、AgBr、AgI,向含有Cl-、Br-、I-的溶液中滴入AgNO3溶液,不一定先析出AgI沉淀,最后析出AgCl沉淀,這要看溶液中Cl-、Br-、I-的濃度大小。
2.計(jì)算使某金屬離子沉淀完全時(shí)所需溶液的pH。中學(xué)化學(xué)中一般認(rèn)為當(dāng)離子濃度小于10-5 mol·L-1時(shí)即沉淀完全,因此可依據(jù)金屬氫氧化物的Ksp求出當(dāng)金屬離子沉淀完全時(shí)溶液的pH。
典例剖析
【例1】 化工生產(chǎn)中含Cu2+的廢水常用MnS(s)作沉淀劑,其反應(yīng)原理為Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)。一定溫度下,下列有關(guān)該反應(yīng)的推理正確的是(　　)。
A.該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),c(Cu2+)=c(Mn2+)
B.平衡體系中加入少量CuS(s)后,c(Mn2+)變小
C.平衡體系中加入少量Cu(NO3)2(s)后,c(Mn2+)變大
C
學(xué)以致用
1.要想除去廢水中的Pb2+,最好選用下列哪種試劑[已知: Ksp(PbCl2)=1.9×10-14,Ksp(PbSO4)=1.06×10-8, Ksp(PbCO3)=3.3×10-14,Ksp(PbS)=8.0×10-28](　　)。
A.NaCl B.Na2S
C.Na2SO4 D.Na2CO3
答案:B
解析:由題意可知PbS的溶解度最小,用S2-沉淀廢水中的Pb2+最完全。
2.某些離子的氫氧化物溶度積常數(shù)如表所示。
離子 Fe3+ Zn2+ Cu2+ Fe2+
Ksp 1.0×10-39 1.0×10-17 2.2×10-20 4.9×10-17
(1)常溫下,要除去0.1 mol·L-1 ZnSO4溶液中混有的Fe3+,可以通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的pH來(lái)實(shí)現(xiàn),試通過(guò)計(jì)算確定,當(dāng)調(diào)節(jié)溶液的pH為 　　　　　　　時(shí)可認(rèn)為Fe3+沉淀完全。
(2)常溫下,除去ZnSO4溶液中混有的Fe2+,可先加入　　　　,再加入　　　　　　,并調(diào)節(jié)溶液的pH即可。
答案:(1)2.7≤pH<6　 (2)H2O2(答案合理即可,下同)　ZnO
解析:(1)Fe3+恰好沉淀完全時(shí),
Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=10-5·c3(OH-)=1.0×10-39,
(2)先加入氧化劑如H2O2把Fe2+氧化成Fe3+,再加入ZnO調(diào)節(jié)溶液的pH大于2.7。
二、沉淀溶解平衡圖像分析
問(wèn)題探究
在T ℃時(shí),AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示。
1.A點(diǎn)是否有沉淀析出 B點(diǎn)是否有沉淀析出
提示:A點(diǎn):QKsp,有沉淀析出。
2.采取什么措施可以使溶液由C點(diǎn)到D點(diǎn) 該過(guò)程中Ksp(AgBr)是否變化
提示:增大c(Br-);Ksp(AgBr)不變化。
歸納總結(jié)
1.曲線上任一點(diǎn)均為飽和溶液,可根據(jù)Q與Ksp的大小判斷。
2.求Ksp時(shí)可找曲線上合適的一點(diǎn)確定離子濃度進(jìn)行計(jì)算,曲線上任一點(diǎn)的Ksp相同。
3.當(dāng)坐標(biāo)表示濃度的對(duì)數(shù)時(shí),要注意離子濃度的換算,如lg c(X)=a,則c(X)=10a。
4.當(dāng)坐標(biāo)表示濃度的負(fù)對(duì)數(shù)(-lg X=pX)時(shí),pX越大,c(X)越小,c(X)=10-pX。
典例剖析
【例2】已知p(Ba2+)=-lg c(Ba2+)、
p(X2-)=-lg c(X2-),常溫下BaSO4、BaCO3的沉淀溶解平衡曲線如圖所示,下列敘述中正確的是(　　)。
C
解析:由圖像信息知Ksp(BaSO4)c( ),A項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確;M點(diǎn)時(shí),Q(BaCO3)學(xué)以致用
3.在T ℃時(shí),鉻酸銀(Ag2CrO4)在水溶液
中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示。
下列說(shuō)法中不正確的是(　　)。
A.T ℃時(shí),在Y點(diǎn)和Z點(diǎn),Ag2CrO4的Ksp相等
B.向飽和Ag2CrO4溶液中加入固體
K2CrO4不能使溶液由Y點(diǎn)變?yōu)閄點(diǎn)
C.T ℃時(shí),Ag2CrO4的Ksp為1×10-8
D.圖中a= ×10-4
C
解析:一定溫度下溶度積是常數(shù),所以T ℃時(shí),Y點(diǎn)和Z點(diǎn)Ag2CrO4的Ksp相等,A項(xiàng)正確;在飽和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4固體仍為飽和溶液,點(diǎn)仍在曲線上,不能使溶液由Y點(diǎn)變?yōu)閄點(diǎn),B項(xiàng)正確;曲線上的點(diǎn)都是沉淀溶解平衡點(diǎn),Ag2CrO4的沉淀溶解平衡為
1.下列現(xiàn)象不能用沉淀溶解平衡移動(dòng)原理解釋的是(　　)。
A.相同溫度下,AgCl在水中的溶解度大于在氯化鈉溶液中的溶解度
B.濃FeCl3溶液滴入沸水中繼續(xù)加熱形成紅褐色透明液體
C.自然界地表層原生銅礦變成CuSO4溶液向下層滲透,遇到難溶的ZnS或PbS,慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)殂~藍(lán)(CuS)
D.加入少量AgCl固體可以除去氯化鈉溶液中的少量硫化鈉雜質(zhì)
答案:B
解析:B項(xiàng)為膠體的形成,不能用沉淀溶解平衡移動(dòng)原理解釋。
2.已知在pH為4~5的環(huán)境中,Cu2+、Fe2+幾乎不水解,而Fe3+幾乎完全水解。工業(yè)上制CuCl2溶液是將濃鹽酸用蒸汽加熱到80 ℃左右,再慢慢加入粗氧化銅(含少量雜質(zhì)FeO),充分?jǐn)嚢枋怪芙狻Ｓト芤褐械碾s質(zhì)離子,下述方法中可行的是
(　　)。
A.向溶液中通入Cl2,再加入純凈的CuO粉末調(diào)節(jié)pH為4~5
B.向溶液中通入H2S使Fe2+沉淀
C.向溶液中通入Cl2,再通入NH3,調(diào)節(jié)pH為4~5
D.加入純Cu將Fe2+還原為Fe
A
解析:根據(jù)題干信息,A項(xiàng)中的操作可將Fe2+先轉(zhuǎn)化為Fe3+再轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3而除去,A項(xiàng)正確;在酸性溶液中H2S與Fe2+不反應(yīng),而H2S與Cu2+生成CuS沉淀,B項(xiàng)錯(cuò)誤;C項(xiàng)中的操作會(huì)引入新的雜質(zhì) ,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由金屬的活動(dòng)性Fe>Cu知,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.實(shí)驗(yàn):①0.1 mol·L-1 MgCl2溶液和0.2 mol·L-1 NaOH溶液等體積混合得到懸濁液a,取少量懸濁液a過(guò)濾得到濾液b和白色沉淀c;②向懸濁液a中滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,出現(xiàn)紅褐色沉淀。下列分析不正確的是(　　)。
A.濾液b的pH=7
B.②中顏色變化說(shuō)明Mg(OH)2轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3
C.濾液b的pH>7
D.懸濁液a中存在沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)
A
4.某溫度時(shí),AgCl(s) Ag+(aq)
+Cl-(aq)在水中的沉淀溶解平
衡曲線如圖所示。下列說(shuō)法
正確的是(　　)。
A.加入AgNO3,可以使溶液由
Y點(diǎn)變到Z點(diǎn)
B.加入少量水,平衡右移,Cl-濃度減小
C.Z點(diǎn)沒(méi)有AgCl沉淀生成
D.Y點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Ksp等于X點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Ksp
D
解析:A項(xiàng),加入AgNO3,c(Ag+)增大,c(Cl-)減小,而Y、Z點(diǎn)c(Cl-)相同,錯(cuò)誤;B項(xiàng),加入少量水,平衡右移,但c(Cl-)不變,錯(cuò)誤;C項(xiàng), Z點(diǎn)處c(Ag+)大,此時(shí)c(Ag+)和c(Cl-)乘積大于溶度積,有氯化銀沉淀生成,錯(cuò)誤;D項(xiàng),溫度不變,Ksp不變,X、Y點(diǎn)是相同溫度下的溶解沉淀平衡曲線上的點(diǎn),Ksp相同,正確。
5.某溫度下,Fe(OH)3(s)、Cu(OH)2(s)分別在溶液中達(dá)到沉淀溶解平衡后,改變?nèi)芤旱膒H,金屬陽(yáng)離子濃度的變化如圖所示。據(jù)圖分析,下列判斷錯(cuò)誤的是(　　)。
A.Ksp[Fe(OH)3]B.加適量NH4Cl固體可使溶液由a點(diǎn)變到b點(diǎn)
C.c、d兩點(diǎn)代表的溶液中c(H+)與c(OH-)
乘積相等
D.Fe(OH)3、Cu(OH)2分別在b、c兩點(diǎn)代表的溶液中達(dá)到飽和
B
解析:比較b、c兩點(diǎn),金屬陽(yáng)離子的濃度相同,對(duì)應(yīng)的pH分別為1.3、4.4,即前者c(OH-)小,根據(jù)Ksp的表達(dá)式可得Ksp[Fe(OH)3]6.已知25 ℃:
難溶電解質(zhì) CaCO3 CaSO4 MgCO3
Ksp 2.8×10-9 9.1×10-6 6.8×10-6
某學(xué)習(xí)小組欲探究CaSO4沉淀轉(zhuǎn)化為CaCO3沉淀的可能性,實(shí)驗(yàn)步驟如下:
①向100 mL 0.1 mol·L-1的CaCl2溶液中加入100 mL 0.1 mol·L-1的Na2SO4溶液,立即有白色沉淀生成。
②向上述懸濁液中加入固體Na2CO3 3 g,攪拌,靜置沉淀后棄去上層清液。
③再加入蒸餾水?dāng)嚢?靜置后再棄去上層清液。
④　 。
(1)由題中信息Ksp越大,表示電解質(zhì)的溶解能力越　　　(填“大”或“小”)。
(2)寫(xiě)出第②步發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)設(shè)計(jì)第③步的目的是　　　　　　　　　　　　　。
(4)請(qǐng)補(bǔ)充第④步操作及發(fā)生的現(xiàn)象: 　。
(5)請(qǐng)寫(xiě)出該原理在實(shí)際生活、生產(chǎn)中的一個(gè)應(yīng)用:
　　 　　。
答案:(1)大
(4)向沉淀中加入足量的鹽酸,沉淀完全溶解,并放出無(wú)色無(wú)味的氣體
(5)將鍋爐水垢中的CaSO4轉(zhuǎn)化為CaCO3,再用鹽酸除去
解析:Ksp越大,表示電解質(zhì)的溶解能力越大,溶解能力大的沉淀會(huì)向溶解能力小的沉淀轉(zhuǎn)化,要證明CaSO4完全轉(zhuǎn)化為CaCO3,可以加入鹽酸,因?yàn)镃aSO4不和鹽酸反應(yīng),而CaCO3可完全溶于鹽酸。在實(shí)際生活、生產(chǎn)中利用此反應(yīng)可以將鍋爐水垢中的CaSO4轉(zhuǎn)化為CaCO3,再用鹽酸除去。第2課時(shí)　沉淀溶解平衡的應(yīng)用
課后·訓(xùn)練提升
基礎(chǔ)鞏固
1.常溫下有關(guān)物質(zhì)的溶度積(Ksp)如下,下列說(shuō)法不正確的是(　　)。
物質(zhì) CaCO3 MgCO3 Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3
Ksp 3.4×10-9 6.82×10-6 4.68×10-6 5.6×10-12 2.8×10-39
A.常溫下,除去NaCl溶液中的MgCl2雜質(zhì),選用NaOH溶液比Na2CO3溶液效果好
B.常溫下,除去NaCl溶液中的CaCl2雜質(zhì),選用Na2CO3溶液比NaOH溶液效果好
C.向含有Mg2+、Fe3+的溶液中滴加NaOH溶液,當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH=8時(shí),c(Mg2+)∶c(Fe3+)=2×1021
D.無(wú)法利用Ca(OH)2制備N(xiāo)aOH
答案:D
解析:Ksp[Mg(OH)2]2.常溫下,取一定量的PbI2固體配成飽和溶液,T時(shí)刻改變某一條件,離子的濃度變化如圖所示[注:第一次平衡時(shí)c(I-)=2×10-3 mol·L-1,c(Pb2+)=1×10-3 mol·L-1],下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　)。
A.常溫下,PbI2的Ksp=2×10-6
B.溫度不變,向PbI2飽和溶液中加入少量硝酸鉛濃溶液,PbI2的溶解度不變,Pb2+濃度不變
C.常溫下Ksp(PbS)=8×10-28,向PbI2的懸濁液中加入Na2S溶液,PbI2(s)+S2-(aq)PbS(s)+2I-(aq)反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為5×1018
D.T時(shí)刻改變的條件是升高溫度,PbI2的Ksp增大
答案:C
解析:由PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq)得Ksp=c(Pb2+)·c2(I-)=1×10-3×(2×10-3)2=4×10-9,A項(xiàng)錯(cuò)誤;溫度不變,PbI2的溶度積不變,但Pb2+濃度增大,B項(xiàng)錯(cuò)誤;PbI2(s)+S2-(aq)PbS(s)+2I-(aq)反應(yīng)的平衡常數(shù)K==5×1018,C項(xiàng)正確;T時(shí)刻若改變的條件是升高溫度,c(Pb2+)、c(I-)均呈增大趨勢(shì),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.在T ℃時(shí),碳酸鈣在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示,已知T ℃時(shí)硫酸鈣的Ksp=9.1×10-6。下列說(shuō)法不正確的是(　　)。
A.除去鍋爐水垢中硫酸鈣的辦法是將其轉(zhuǎn)化為碳酸鈣,然后用酸去除
B.圖中Y點(diǎn)碳酸鈣的結(jié)晶速率大于其溶解速率
C.通過(guò)蒸發(fā),可使溶液由X點(diǎn)變化到Z點(diǎn)
D.在T ℃時(shí),反應(yīng)CaSO4(s)+C(aq)CaCO3(s)+S(aq)的平衡常數(shù)K=3 250
答案:C
解析:CaSO4溶液中存在沉淀溶解平衡:CaSO4(s)Ca2+(aq)+S(aq),加入較濃的Na2CO3溶液,Ca2+與C結(jié)合生成CaCO3沉淀,使CaSO4轉(zhuǎn)化為CaCO3,并與稀鹽酸等反應(yīng)生成可溶性鈣鹽而除去,A項(xiàng)正確。圖中Y點(diǎn)位于溶解平衡曲線的上面,此時(shí)c(Ca2+)、c(C)均大于該條件下的平衡濃度,應(yīng)生成CaCO3沉淀,使c(Ca2+)及c(C)減小,故Y點(diǎn)CaCO3的結(jié)晶速率大于溶解速率,B項(xiàng)正確。圖中X點(diǎn)向Z點(diǎn)轉(zhuǎn)化,c(C)不變,c(Ca2+)增大,而蒸發(fā)濃縮時(shí),c(Ca2+)、c(C)均增大,故不能使溶液由X點(diǎn)變化到Z點(diǎn),C項(xiàng)錯(cuò)誤。由圖可得Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(C)=7.0×10-5×4.0×10-5=2.8×10-9;T ℃時(shí),反應(yīng)CaSO4(s)+C(aq)CaCO3(s)+S(aq)的平衡常數(shù)K==3 250,D項(xiàng)正確。
4.25 ℃時(shí),用Na2SO4溶液沉淀Ba2+、Pb2+、Ca2+三種金屬離子(M2+),所需S最低濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值p(S)=-lg c(S)與p(M2+)=-lg(M2+)關(guān)系如圖所示,下列說(shuō)法正確的是(　　)。
A.Ksp(CaSO4)Ksp(BaSO4)
B.A點(diǎn)可表示CaSO4的飽和溶液,且c(Ca2+)=c(S)
C.B點(diǎn)可表示PbSO4的不飽和溶液,且c(Pb2+)D.向Ba2+濃度為10-5 mol·L-1的廢水中加入足量CaSO4粉末,會(huì)有BaSO4沉淀析出
答案:D
解析:根據(jù)Ksp=c(M2+)×c(S),代入圖中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,三種沉淀的Ksp大小順序?yàn)镵sp(CaSO4)>Ksp(PbSO4)>Ksp(BaSO4),A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)圖像可知,A點(diǎn)在曲線上,可表示CaSO4的飽和溶液,但是c(Ca2+)>c(S),B項(xiàng)錯(cuò)誤;圖線中坐標(biāo)數(shù)值越大,對(duì)應(yīng)離子的濃度越小,B點(diǎn)在曲線下方,表示PbSO4的過(guò)飽和溶液,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由于Ksp(CaSO4)>Ksp(BaSO4),溶解度較大的沉淀可以向溶解度更小的沉淀轉(zhuǎn)化,向Ba2+濃度為10-5 mol·L-1的廢水中加入CaSO4粉末,沉淀由CaSO4轉(zhuǎn)化為BaSO4沉淀,D項(xiàng)正確。
5.某小組研究沉淀之間的轉(zhuǎn)化,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下(已知:AgCl為白色固體,AgI為黃色固體)。
下列分析不正確的是(　　)。
A.濁液a中存在沉淀溶解平衡:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)
B.實(shí)驗(yàn)①和②說(shuō)明Ag+(aq)與Cl-(aq)的反應(yīng)是有限度的
C.實(shí)驗(yàn)③中顏色變化說(shuō)明AgCl轉(zhuǎn)化為AgI
D.實(shí)驗(yàn)①和③可以證明AgI比AgCl更難溶
答案:B
解析:濁液a為氯化銀沉淀與硝酸銀溶液和硝酸鈉溶液的混合物,AgCl(s)存在沉淀溶解平衡:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),A正確;實(shí)驗(yàn)①和②中硝酸銀過(guò)量,向硝酸銀和硝酸鈉的混合液中加入NaCl溶液,Ag+(aq)與Cl-(aq)反應(yīng)生成沉淀,不能判斷Ag+(aq)與Cl-(aq)反應(yīng)是有限度的,B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)③中顏色變化說(shuō)明發(fā)生反應(yīng): AgCl(s)+I-(aq)AgI(s)+Cl-(aq),即AgCl轉(zhuǎn)化為AgI,C正確;實(shí)驗(yàn)①和③可以證明:Ksp(AgI)6.工業(yè)上制取CuCl2的生產(chǎn)流程如下:
請(qǐng)結(jié)合下表數(shù)據(jù),回答問(wèn)題:
物質(zhì) Fe(OH)2 Cu(OH)2 Fe(OH)3
溶度積(25 ℃) 8.0×10-16 2.2×10-20 4.0×10-38
完全沉淀時(shí) 的pH范圍 ≥9.6 ≥6.4 3~4
(1)在溶液A中加入NaClO的目的是 　 　 　 　 　 　　。
(2)在溶液B中加入CuO的作用是 　 　 　 　 　 　　。
(3)操作a的目的是 　 　 　 　 　 　　。
(4)在Cu(OH)2中加入鹽酸使Cu(OH)2轉(zhuǎn)化為CuCl2,采用稍過(guò)量鹽酸和低溫蒸干的目的是　 　 　 　 　 　 　。
答案:(1)將Fe2+氧化為Fe3+,使后續(xù)分離更加完全
(2)調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀
(3)洗滌Cu(OH)2表面的可溶性雜質(zhì)　(4)抑制Cu2+的水解
解析:(1)由生產(chǎn)流程可知,加入NaClO的目的是將Fe2+氧化為Fe3+,使后續(xù)分離更加完全。
(2)溶液B呈酸性,加入的CuO可以與酸反應(yīng),調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+以Fe(OH)3的形式沉淀出來(lái)。
(4)CuCl2溶液在蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng):Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+,加入稍過(guò)量鹽酸和采用低溫蒸干可抑制Cu2+水解,從而得到較高純度的產(chǎn)品。
能力提升
1.在濕法煉鋅的電解循環(huán)溶液中,較高濃度的Cl-會(huì)腐蝕陽(yáng)極板而增大電解能耗。可向溶液中同時(shí)加入Cu和CuSO4,生成CuCl沉淀從而除去Cl-。根據(jù)溶液中平衡時(shí)相關(guān)離子濃度的關(guān)系圖,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)。
A.Ksp(CuCl)的數(shù)量級(jí)為10-7
B.除Cl-反應(yīng)為Cu+Cu2++2Cl-2CuCl
C.加入Cu越多,Cu+濃度越高,除Cl-效果越好
D.Cu2++Cu2Cu+平衡常數(shù)很小,逆反應(yīng)趨于完全
答案:C
解析:根據(jù)CuCl(s)Cu+(aq)+Cl-(aq)可知Ksp(CuCl)=c(Cu+)·c(Cl-),從Cu+圖像中任取一點(diǎn)代入計(jì)算可得Ksp(CuCl)≈10-7,A項(xiàng)正確;由題干中“可向溶液中同時(shí)加入Cu和CuSO4,生成CuCl沉淀從而除去Cl-”可知Cu、Cu2+與Cl-可以發(fā)生反應(yīng)生成CuCl沉淀,B項(xiàng)正確;Cu(s)+Cu2+(aq)2Cu+(aq),增加固體Cu的物質(zhì)的量,平衡不移動(dòng),Cu+的濃度不變,C項(xiàng)錯(cuò)誤;Cu(s)+Cu2+(aq)2Cu+(aq),平衡常數(shù)K=,從圖中兩條曲線上任取橫坐標(biāo)相同的c(Cu2+)、c(Cu+)兩點(diǎn)代入計(jì)算,例如當(dāng)c(Cl-)=1×10-7 mol·L-1時(shí),c(Cu2+)=10-1.4 mol·L-1、c(Cu+)=10-3.7 mol·L-1,可得K=10-6,該反應(yīng)的平衡常數(shù)很小,逆反應(yīng)趨于完全,D項(xiàng)正確。
2.已知:pAg=-lg c(Ag+),Ksp(AgCl)=1.8×10-10。如圖是向10 mL AgNO3溶液中逐滴加入0.1 mol·L-1的NaCl溶液時(shí),溶液的pAg隨著加入NaCl溶液的體積變化的圖像(實(shí)線)。根據(jù)圖像所得下列結(jié)論正確的是(　　)。
A.原AgNO3溶液的物質(zhì)的量濃度為0.1 mol·L-1
B.圖中X點(diǎn)的坐標(biāo)為(100,6)
C.圖中X點(diǎn)表示溶液中Ag+被恰好完全沉淀(濃度為0)
D.若把0.1 mol·L-1 NaCl溶液換成0.1 mol·L-1 NaI溶液,則圖像在終點(diǎn)后變?yōu)樘摼€部分
答案:B
解析:加入NaCl之前,pAg=0,所以c(AgNO3)=1 mol·L-1,A項(xiàng)錯(cuò)誤;因?yàn)閄點(diǎn)c(Ag+)=1×10-6 mol·L-1,所以Ag+視為沉淀完全(但濃度不為0),則加入的NaCl的物質(zhì)的量n(NaCl)=n(AgNO3)=0.01 L×1 mol·L-1=0.01 mol,所以V(NaCl溶液)==100 mL,B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;若把NaCl換成NaI,因?yàn)镵sp(AgI)更小,所以c(Ag+)更小,pAg更大,與圖像不符,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.已知鋅及其化合物的性質(zhì)與鋁及其化合物相似。如圖,橫坐標(biāo)為溶液的pH,縱坐標(biāo)為Zn2+或[Zn(OH)4]2-物質(zhì)的量濃度的對(duì)數(shù)(假設(shè)Zn2+濃度為10-5 mol·L-1時(shí),Zn2+已沉淀完全)。下列說(shuō)法不正確的是(　　)。
A.往ZnCl2溶液中加入足量的氫氧化鈉溶液,反應(yīng)的離子方程式可表示為Zn2++4OH-[Zn(OH)4]2-
B.從圖中數(shù)據(jù)計(jì)算可得Zn(OH)2的溶度積Ksp=1×10-17
C.某廢液中含Zn2+,沉淀Zn2+可以控制溶液pH的范圍是8.0~12.0
D.向1 L 1 mol·L-1 ZnCl2溶液中加入NaOH固體至pH=6.0,需NaOH 0.2 mol
答案:D
解析:A項(xiàng),當(dāng)溶液pH>12.0時(shí),Zn2+就轉(zhuǎn)化成[Zn(OH)4]2-,正確。B項(xiàng),依據(jù)pH=7時(shí),c(Zn2+)=1×10-3 mol·L-1計(jì)算,此時(shí)有沉淀溶解平衡存在,Ksp=1×10-3×(1×10-7)2 =1×10-17,正確。C項(xiàng),當(dāng)c(Zn2+)=1×10-5 mol·L-1時(shí)認(rèn)為廢液中Zn2+已完全沉淀,所以控制pH在8~12范圍內(nèi)可將Zn2+沉淀完全,正確。D項(xiàng),當(dāng)pH=6.0,即c(OH-)=1×10-8 mol·L-1時(shí),由Ksp可知此時(shí)c(Zn2+)=1×10-1 mol·L-1,即有0.9 mol Zn2+轉(zhuǎn)化為Zn(OH)2,需NaOH為1.8 mol,不正確。
4.氯化銅晶體(CuCl2·xH2O)是重要的化工原料,可用作反應(yīng)的催化劑、消毒劑等。由孔雀石[主要含Cu2(OH)2CO3,還含少量FeCO3、SiO2]制備氯化銅晶體的方案如下:
下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是(　　)。
A.酸溶時(shí)適當(dāng)升高溫度并不斷攪拌,有利于提高銅的浸取率
B.濾渣Ⅰ為SiO2
C.常溫下,已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,欲使調(diào)pH后溶液中c(Fe3+)≤4.0×10-5 mol·L-1,必須控制溶液pH≥3
D.在坩堝中加熱CuCl2·xH2O晶體可得到純凈的無(wú)水CuCl2
答案:D
解析:孔雀石加入稀酸進(jìn)行酸浸,根據(jù)孔雀石的成分可知產(chǎn)生的氣體為CO2,過(guò)濾得到的濾渣Ⅰ為難溶物SiO2,濾液中含有Cu2+、Fe2+等,通入氯氣將Fe2+氧化為Fe3+,為了不引入新的雜質(zhì),加入Cu(OH)2調(diào)節(jié)pH,過(guò)濾得到Fe(OH)3沉淀,結(jié)晶得到CuCl2·xH2O。酸溶時(shí)適當(dāng)升高溫度并不斷攪拌,可以加快反應(yīng)速率,并使反應(yīng)充分進(jìn)行,有利于提高銅的浸取率,A正確;當(dāng)c(Fe3+)=4.0×10-5 mol·L-1時(shí),溶液中c(OH-)= mol·L-1=10-11 mol·L-1,則此時(shí)溶液中c(H+)=10-3 mol·L-1,所以需要控制溶液pH≥3,C正確;加熱CuCl2·xH2O晶體時(shí)會(huì)促進(jìn)Cu2+的水解,HCl揮發(fā),會(huì)有Cu(OH)2生成,Cu(OH)2受熱分解生成CuO,所以最終得到的固體為CuO,D錯(cuò)誤。
5.金屬氫氧化物在酸中溶解度不同,因此可以利用這一性質(zhì),控制溶液的pH,達(dá)到分離金屬離子的目的。難溶金屬的氫氧化物在不同pH下達(dá)到溶解平衡的濃度c/(mol·L-1)如圖所示。
(1)pH=3時(shí)溶液中銅元素的主要存在形式是　　　　。
(2)若要除去CuCl2溶液中的少量Fe3+,應(yīng)該控制溶液的pH　　　　。
A.<1
B.在4左右
C.>6
(3)在Ni(NO3)2溶液中含有少量的Co2+雜質(zhì),　　　　(填“能”或“不能”)通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH的方法來(lái)除去,理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)要使氫氧化銅沉淀溶解,除了加入酸之外,還可以加入氨水生成[Cu(NH3)4]2+,寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式: 　。
答案:(1)Cu2+
(2)B
(3)不能　Co2+和Ni2+沉淀的pH范圍相差太小
(4)Cu(OH)2+4NH3·H2O[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O
解析:(1)由圖可知,在pH=3時(shí)溶液中不會(huì)出現(xiàn)Cu(OH)2沉淀,則銅元素主要以Cu2+形式存在。(2)要除去Fe3+的同時(shí)必須保證Cu2+不能沉淀,因此pH應(yīng)保持在4左右。(3)從圖示關(guān)系可以看出,Co2+和Ni2+沉淀的pH范圍相差太小,不能通過(guò)調(diào)節(jié)pH而達(dá)到分離的目的。(4)Cu(OH)2懸濁液中存在如下平衡:Cu(OH)2(s)Cu2+(aq)+2OH-(aq),加入氨水后Cu2+與NH3結(jié)合生成難電離的[Cu(NH3)4]2+,Cu2+濃度減小,平衡正向移動(dòng),Cu(OH)2固體不斷溶解。
6.氟化鋇可用于制造電機(jī)電刷、光學(xué)玻璃、光導(dǎo)纖維、激光發(fā)生器等。以鋇礦粉(主要成分為BaCO3,含有SiO2、Fe2+、Mg2+等雜質(zhì))為原料制備氟化鋇的流程如下:
已知:常溫下Fe3+、Mg2+完全沉淀的pH分別是3.4、12.4。
(1)濾渣A的化學(xué)式為　　　　。
(2)濾液1加H2O2氧化的過(guò)程中主要反應(yīng)的離子方程式為　。
(3)加20%NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=12.5,得到濾渣C的主要成分是　　　　　　。
(4)濾液3加入鹽酸酸化后再經(jīng)　　　　　　　　、冷卻結(jié)晶、　　　　、洗滌、干燥等一系列操作后得到BaCl2·2H2O。
(5)常溫下,用BaCl2·2H2O配制成0.2 mol·L-1 水溶液與等濃度的氟化銨溶液反應(yīng),可得到氟化鋇沉淀。請(qǐng)寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式:　　　　　　　　　　　。已知Ksp(BaF2)=1.84×10-7,當(dāng)鋇離子完全沉淀時(shí)(即鋇離子濃度≤10-5 mol·L-1),至少需要的氟離子濃度是　　　　　　　　 mol·L-1(結(jié)果保留三位有效數(shù)字,已知≈1.36)。
(6)已知:Ksp(BaCO3)=2.58×10-9,Ksp(BaSO4)=1.07×10-10。將氯化鋇溶液滴入等物質(zhì)的量濃度的硫酸鈉和碳酸鈉的混合溶液中,當(dāng)BaCO3開(kāi)始沉淀時(shí),溶液中=
　　　　(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。
答案:(1)SiO2　
(2)H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O　
(3)Mg(OH)2　(4)蒸發(fā)濃縮　過(guò)濾
(5)Ba2++2F-BaF2↓　0.136　(6)24.1
解析:(1)鋇礦粉中SiO2與鹽酸不反應(yīng),故濾渣A為SiO2。(2)濾液1加H2O2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+,反應(yīng)的離子方程式為H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O。(3)根據(jù)已知信息及流程圖可知,加H2O2、調(diào)pH,得到的濾渣B為Fe(OH)3,加20%NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=12.5,得到濾渣C為Mg(OH)2。(4)濾液3加鹽酸酸化后得到BaCl2和HCl的混合溶液,由該溶液得到BaCl2·2H2O的實(shí)驗(yàn)操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等。(5)根據(jù)Ksp(BaF2)=c(Ba2+)·c2(F-),當(dāng)Ba2+完全沉淀時(shí),至少需要的c(F-)= mol·L-1≈0.136 mol·L-1。
(6)Ksp(BaSO4)21世紀(jì)教育網(wǎng)(www.21cnjy.com)

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