高中鲁科版 (2019)第3节 沉淀溶解平衡测试题

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沉淀溶解平衡
(建议用时：40分钟)
[基础过关练]
1．把足量熟石灰放入蒸馏水中，一段时间后达到平衡：Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)。下列叙述正确的是(　　)
A．给溶液加热，溶液的pH升高
B．恒温下向溶液中加入CaO，溶液的pH升高
C．向溶液中加入Na2CO3溶液，Ca(OH)2固体增多
D．向溶液中加入少量的NaOH固体，Ca(OH)2固体增多
D　[A项，加热时Ca(OH)2溶解度减小，平衡逆向移动，c平(OH－)减小，pH减小；B项，CaO＋H2O===Ca(OH)2，由于保持恒温，Ca(OH)2溶解度不变，c平(OH－)不变，因此pH不变；C项，CO＋Ca2＋===CaCO3↓，使平衡正向移动，Ca(OH)2固体减少；D项，加入NaOH固体时，c平(OH－)增大，平衡逆向移动，因此Ca(OH)2固体增多。]
2．向ZnSO4溶液中加入Na2S溶液，得到白色沉淀，然后向白色沉淀中滴加CuSO4溶液，发现沉淀变为黑色，则下列说法不正确的是(　　)
A．白色沉淀为ZnS，黑色沉淀为CuS
B．上述现象说明ZnS的Ksp小于CuS的Ksp
C．利用该原理可实现一种沉淀转化为更难溶的沉淀
D．该过程破坏了ZnS的溶解平衡
B　[由题意可知ZnS转化为CuS，则Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)。]
3．常温下几种难溶电解质的溶度积如下表所示：
物质名称
硫化亚铁
硫化铜
硫化锌
溶度积/(mol2·L－2)
6.3×10－18
6.3×10－36
1.6×10－24
向含有等物质的量浓度的FeCl2、CuSO4、ZnSO4混合溶液中滴加0.01 mol·L－1 Na2S溶液时，Fe2＋、Cu2＋、Zn2＋沉淀的先后顺序为(　　)
A．Fe2＋、Zn2＋、Cu2＋ B．Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋
C．Zn2＋、Fe2＋、Cu2＋ D．Cu2＋、Fe2＋、Zn2＋
B　[物质的组成形式相似时，难溶电解质的溶度积越小，代表该物质越难溶于水，所以形成沉淀的时候，应该先析出溶度积相对较小的沉淀，因为溶度积的大小：硫化亚铁>硫化锌>硫化铜，所以沉淀的先后顺序为Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋，B正确。]
4．25 ℃时，Ksp(BaSO4)＝1×10－10mol2·L－2，Ksp(BaCO3)＝5.1×10－9mol2·L－2。若溶液中某离子浓度小于等于1×10－5mol·L－1，可视为该离子已沉淀完全，则在该温度下，下列说法不正确的是(　　)
A．Ksp(BaCO3)>Ksp(BaSO4)，所以BaSO4比BaCO3溶解度更小
B.若误饮c(Ba2＋)＝1.0×10－5mol·L－1的溶液，会引起Ba2＋中毒
C．向同浓度的Na2SO4和Na2CO3的混合液中滴加BaCl2溶液，BaSO4先析出
D．在将BaSO4固体溶于水所得的饱和溶液中，c(SO)＝1.0×10－5mol·L－1
B　[BaCO3与BaSO4组成形式相似，且Ksp(BaCO3)>Ksp(BaSO4)，故BaSO4比BaCO3溶解度更小，A正确；若误饮c(Ba2＋)＝1.0×10－5mol·L－1的溶液，钡离子浓度很小，故不会引起钡离子中毒，B错误；向同浓度的Na2SO4和Na2CO3混合溶液中滴加BaCl2溶液，由于BaCO3与BaSO4组成形式相似，且Ksp(BaCO3)>Ksp(BaSO4)，故BaSO4开始沉淀时所需Ba2＋浓度更小，BaSO4先析出，C正确；在将BaSO4固体溶于水所得的饱和溶液中，Q＝Ksp，则c(SO)＝c(Ba2＋)＝＝mol·L－1＝1.0×10－5mol·L－1，D正确。]
5．铬酸铅(PbCrO4)是一种难溶于水的黄色颜料，其在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．图中x和y分别为T1、T2温度下PbCrO4在水中的溶解度(单位：mol· L－1)
B．图中各点对应的Ksp的关系为Ksp(A)＝Ksp(C) C．向A点的溶液中加入少量Na2CrO4固体，溶液组成由A沿ABC线向B方向移动
D．温度降低时，D点的饱和溶液的组成由D沿DB线向B方向移动
B　[难溶物的溶解度既可用溶质的质量表示，也可以用溶解出的离子浓度表示，A正确；沉淀溶解吸热，由y>x可知温度：T2>T1，Ksp是温度的函数，温度不变，Ksp不变，因此Ksp(A)＝Ksp(C)＝Ksp(B) 6．t ℃时，已知PdI2在水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＝7×10－9mol3·L－3
B．图中a点对应的溶液是饱和溶液，b、d两点对应的溶液都是不饱和溶液
C．向a点的溶液中加入少量NaI固体，溶液由a点沿曲线向c点方向移动
D．要使d点移动到b点可以降低温度
C　[在t ℃时PdI2的Ksp＝c(Pd2＋)·c2(I－)＝7×10－5mol·L－1×(1×10－4mol·L－1)2＝7×10－13mol3·L－3，A错误；图中曲线上的点对应的溶液达到沉淀溶解平衡，曲线上方的点对应的溶液过饱和，曲线下方的点对应的溶液不饱和，即a点是饱和溶液，b点是不饱和溶液，d点是过饱和溶液，B错误；向a点的溶液中加入少量NaI固体，碘离子浓度增大，PdI2的溶解平衡向生成沉淀的方向移动，c(Pd2＋)减小，溶液由a点沿曲线向c点方向移动，C正确；沉淀溶解过程吸热，要使d点移动到b点，即使过饱和溶液变为不饱和溶液，应升高温度，D错误。 ]
7．已知：25 ℃时，Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12mol3·L－3，Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20mol3·L－3，Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39mol4·L－4，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33mol4·L－4。
(1)①25 ℃时，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________________(填化学式)沉淀。
②将MgCl2、AlCl3的混合溶液(A)与过量氨水(B)反应，为使Mg2＋、Al3＋同时生成沉淀，应先向沉淀反应器中加入________(填“A”或“B”)，再滴加另一反应物。
(2)①25 ℃时，Fe3＋发生水解反应Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，该反应的平衡常数为________________________。
②25 ℃时，若向FeCl3溶液中加入一定量的石灰水来调节溶液的pH，可得到红褐色沉淀。若调节后溶液的pH为5，则溶液中Fe3＋的浓度为____________________________。
(3)溶液中金属离子的物质的量浓度低于1.0×10－5mol·L－1时，可认为已沉淀完全。现向一定浓度的AlCl3和FeCl3的混合溶液中逐滴加入氨水，当Fe3＋恰好完全沉淀时，测得c(Al3＋)＝0.2 mol·L－1，此时所得沉淀中________(填“含有”或“不含有”)Al(OH)3。
[解析]　(1)①因为Ksp[Mg(OH)2]＞Ksp[Cu(OH)2]，生成Cu(OH)2所需要的c平(OH－)小于生成Mg(OH)2所需要的c平(OH－)，因此先生成Cu(OH)2沉淀。②若要使Mg2＋、Al3＋同时生成沉淀，则应先加入氨水。
(2)①K＝＝＝＝ (mol·L－1)2≈3.85×10－4 (mol·L－1)2。②pH＝5时，c平(Fe3＋)＝＝ mol·L－1＝2.6×10－12mol·L－1。
(3)Fe3＋恰好完全沉淀时，c(OH－)＝＝ mol3·L－3＝2.6×10－34mol3·L－3，c(Al3＋)·c3(OH－)＝0.2×2.6×10－34mol4·L－4＝5.2×10－35mol4·L－4＜Ksp[Al(OH)3]，所以没有生成Al(OH)3沉淀。
[答案]　(1)①Cu(OH)2　②B
(2)①3.85×10－4 mol2·L－2　②2.6×10－12mol·L－1　(3)不含有
[拓展培优练]
8．25 ℃时，5种银盐的溶度积常数(Ksp)的数值分别是
AgCl
Ag2SO4
Ag2S
AgBr
AgI
1.8×10－10
1.4×10－5
6.3×10－50
7.7×10－13
8.51×10－16
下列说法不正确的是(　　)
A．氯化银、溴化银和碘化银的溶解度依次减小
B．将硫酸银溶于水后，向其中加入少量硫化钠固体，能得到黑色沉淀
C．向5 mL 1.5×10－5mol·L－1的NaCl溶液中，加入1滴(1 mL约20滴)1.0×10－3mol·L－1的AgNO3溶液，不能观察到白色沉淀
D．在烧杯中放入6.24 g硫酸银固体，加200 g水，经充分溶解后，所得饱和溶液的体积为200 mL，溶液中Ag＋的物质的量浓度为0.2 mol·L－1
D　[氯化银、溴化银和碘化银的溶度积依次减小，且三者的组成形式相似，故溶解度也依次减小，A正确；Ag2S与Ag2SO4的组成形式相似，且硫化银的溶度积比硫酸银小，将硫酸银溶于水后，向其中加入少量硫化钠固体，可得到黑色Ag2S沉淀，B正确；向5 mL 1.5×10－5mol·L－1的NaCl溶液中，加入1滴(1 mL约20滴)1.0×10－3mol·L－1的AgNO3溶液，混合后，c(Cl－)＝1.5×10－5mol·L－1×≈1.5×10－5mol·L－1，c(Ag＋)＝1.0×10－3mol·L－1×≈1.0×10－5mol·L－1，则c(Cl－)×c(Ag＋)＝1.5×10－5mol·L－1×1.0×10－5mol·L－1<1.8×10－10mol2·L－2，故没有AgCl沉淀生成，C正确；硫酸银饱和溶液中有c(Ag＋)＝2c(SO)，Ksp(Ag2SO4)＝c2(Ag＋)·c(SO)＝c3(Ag＋)，故c(Ag＋)＝＝mol·L－1≈3×10－2mol·L－1，D错误。]
9．已知25 ℃时，电离常数Ka(HF)＝3.6×10－4mol·L－1，溶度积常数Ksp(CaF2)＝1.46×10－10mol3·L－3。现向1 L 0.2 mol·L－1HF溶液中加入1 L 0.2 mol·L－1CaCl2溶液，则下列说法中正确的是(　　)
A．25 ℃时，0.1 mol·L－1HF溶液的pH＝1
B．Ksp(CaF2)随温度和浓度的变化而变化
C．该体系中Ksp(CaF2)＝
D．该体系中有CaF2沉淀产生
D　[氟化氢为弱酸，在水溶液中不能完全电离，则25 ℃时，0.1 mol·L－1HF溶液的pH>1，A错误；Ksp只与温度有关，则Ksp(CaF2)只是温度的函数，与浓度无关，B错误；温度不变时，电离常数和溶度积常数均不变，Ka(HF)＝3.6×10－4mol·L－1，Ksp(CaF2)＝1.46×10－10mol3·L－3，Ka(HF)·Ksp(CaF2)≠1，C错误；两溶液混合后，钙离子浓度为0.1 mol·L－1，c(F－)＝＝6×10－3 mol·L－1，则Q＝c2(F－)·c(Ca2＋)＝(6×10－3)2×0.1＝3.6×10－6>Ksp(CaF2)，说明有沉淀生成，D正确。]
10．某温度下，Ksp(PbI2)＝4×10－6mol3·L－3，Ksp(PbS)＝8×10－28mol2·L－2。取适量黄色PbI2固体配制成100 mL溶液，配制过程中溶液的离子浓度与时间的变化关系如图所示。下列说法中正确的是(　　)

A．A点处可表示PbI2的不饱和溶液
B．t时刻有可能向该PbI2溶液中加入了KI固体
C．常温下PbI2饱和溶液中的c(Pb2＋)＝8×10－4mol·L－1
D．向A点处的PbI2悬浊液中加入100 mL 2×10－3mol·L－1的Na2S溶液，平衡后溶液中的c(Pb2＋)<4×10－3mol·L－1
B　[A点时c(I－)不再改变，达到沉淀溶解平衡，所以可表示PbI2的饱和溶液，A错误；t时刻之后c(Pb2＋)逐渐减小、c(I－)瞬间增大后减小，所以有可能向该PbI2溶液中加入了KI固体，使PbI2的溶解平衡逆向移动，B正确；PbI2饱和溶液中c(I－)＝2c(Pb2＋)，Ksp(PbI2)＝c(Pb2＋)·c2(I－)＝4×10－6mol3·L－3，可得c(Pb2＋)＝1×10－2mol· L－1，c(I－)＝2×10－2mol·L－1，C错误；向A点处的PbI2悬浊液中加入100 mL 2×10－3mol·L－1的Na2S溶液，溶液体积增加1倍，c(Pb2＋)＝5×10－3mol·L－1，c(S2－)＝1×10－3mol·L－1，S2－完全反应生成PbS沉淀，剩余c(Pb2＋)＝4×10－3mol·L－1，PbS沉淀还存在溶解平衡，所以平衡后溶液中的c(Pb2＋)>4×10－3mol·L－1，D错误。]
11．一定温度下，金属硫化物的沉淀溶解平衡曲线如图所示。纵坐标p(Mn＋)表示－lg c平(Mn＋)，横坐标p(S2－)表示－lg c平(S2－)，下列说法不正确的是 (　　)

A．该温度下，Ag2S的Ksp＝1.6×10－49 mol3·L－3
B．该温度下，溶解度的大小关系为NiS>SnS
C．SnS和NiS的饱和溶液中＝104
D．向含有等物质的量浓度的Ag＋、Ni2＋、Sn2＋的溶液中加入饱和Na2S溶液，则析出沉淀的先后顺序为Ag2S、SnS、NiS
C　[由a(30，10－lg 4)可知，当c平(S2－)＝10－30 mol·L－1时，c平(Ag＋)＝10－(10－lg 4)mol·L－1＝4×10－10 mol·L－1，Ksp(Ag2S)＝c(Ag＋)·c平(S2－)＝(4×10－10)2×10－30 mol3·L－3＝1.6×10－49 mol3·L－3，A正确；由SnS、NiS的沉淀溶解平衡曲线可知，当两条曲线表示的c平(S2－)相同时，对应的c平(Ni2＋)>c平(Sn2＋)，由于SnS和NiS沉淀类型相同，则溶解度的大小关系为NiS>SnS，B正确；利用NiS的溶解平衡曲线上b点数据，则Ksp(NiS)＝c平(Ni2＋)·c平(S2－)＝10－6×10－15 mol2·L－2＝10－21 mol2·L－2，同理可得Ksp(SnS)＝c平(Sn2＋)·c平(S2－)＝10－25×100 mol2·L－2＝10－25 mol2·L－2，SnS和NiS的饱和溶液中＝＝＝10－4，C错误；假设溶液中Ag＋、Ni2＋与Sn2＋的浓度均为0.1 mol·L－1，分别生成Ag2S、NiS与SnS沉淀时，需要的c平(S2－)分别为1.6×10－47 mol·L－1、10－20 mol·L－1、10－24 mol·L－1，因此生成沉淀的先后顺序为Ag2S、SnS与NiS，D正确。]
12．某硫酸工厂的酸性废水中砷(As)元素含量极高，为控制砷的排放，可采用化学沉降法处理含砷废水，相关数据如下表。请回答以下问题：
表1　几种盐的Ksp
难溶电解质
Ksp
Ca3(AsO4)2
6.8×10－19mol5·L－5
CaSO4
9.1×10－6mol2·L－2
FeAsO4
5.7×10－21mol2·L－2
表2　工厂污染物排放浓度及允许排放标准
污染物
H2SO4
As
废水浓度
29.4 g·L－1
1.6 g·L－1
排放标准
pH＝6～9
0.5 mg·L－1
(1)该硫酸工厂排放的废水中硫酸的物质的量浓度c平(H2SO4)＝________mol·L－1。
(2)若酸性废水中Fe3＋的浓度为1.0×10－4mol·L－1，则c平(AsO)＝________mol·L－1。
(3)工厂排放出的酸性废水中的三价砷(弱酸H3AsO3)不易沉降，可投入MnO2先将其氧化成五价砷(弱酸H3AsO4)，此时MnO2被还原为Mn2＋，该反应的离子方程式为_________________________。
(4)在处理含砷废水时采用分段式，先向废水中投入生石灰调节pH到2，再投入生石灰将pH调节到8左右，使五价砷以Ca3(AsO4)2的形式沉降。
①将pH调节到2时废水中有大量沉淀产生，沉淀主要成分的化学式为________。
②Ca3(AsO4)2在pH调节到8左右才开始沉淀，原因为
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________。
③砷酸(H3AsO4)分步电离的平衡常数(25 ℃)为Ka1＝5.6×10－3mol·L－1，Ka2＝1.7×10－7mol·L－1，Ka3＝4.0×10－12mol·L－1，第三步电离的平衡常数表达式为Ka3＝______________，Na3AsO4第一步水解的离子方程式为AsO＋H2OHAsO＋OH－，该步水解的平衡常数(25 ℃)为________________。
[解析]　(1)c平(H2SO4)＝＝0.3 mol·L－1。(2)c平(AsO)＝mol·L－1＝5.7×10－17mol·L－1。(3)利用化合价升降原理配平相关方程式，即可得出离子方程式为2H＋＋MnO2＋H3AsO3===H3AsO4＋Mn2＋＋H2O。(4)①由于H2SO4是强酸，废水中c平(SO)较大，所以当pH＝2时，生成的沉淀为CaSO4，②H3AsO4为弱酸，当pH较小时，抑制了H3AsO4的电离，c平(AsO)较小，不易形成Ca3(AsO4)2沉淀，当pH≈8时，AsO的浓度增大，容易形成Ca3(AsO4)2沉淀。③H3AsO4的第一步电离为H3AsO4H＋＋H2AsO，第二步电离为H2AsOH＋＋HAsO，第三步电离为HAsOH＋＋AsO，Ka3＝。AsO第一步水解的平衡常数Kh＝＝＝＝＝＝2.5×10－3mol·L－1。
[答案]　(1)①0.3　(2)5.7×10－17
(3)2H＋＋MnO2＋H3AsO3===H3AsO4＋Mn2＋＋H2O
(4)①CaSO4　②H3AsO4是弱酸，当溶液pH调节到8左右，c(AsO)增大，容易形成Ca3(AsO4)2沉淀[或pH增大，促进H3AsO4电离，c(AsO)增大，Q＝c3(Ca2＋)·c2(AsO)＞Ksp[Ca3(AsO4)2]，Ca3(AsO4)2才开始沉淀]　③　2.5×10－3mol·L－1