鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 沉淀溶解平衡精品课后作业题

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.当氢氧化镁固体在水中达到沉淀溶解平衡Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)时,为使Mg(OH)2固体的量减少,需加入少量的(　　)

A.NH4NO3　　B.NaOH　　C.MgSO4　　D.Na2SO4

2.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

3.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:

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

4.(2020重庆第一中学期末)已知25 ℃时FeS、CuS的Ksp分别为6.3×10-18 mol2·L-2、1.3×10-36 mol2·L-2,H2S的电离平衡常数Ka1=9.1×10-8 mol·L-1、Ka2=1.1×10-12 mol·L-1。下列有关说法正确的是(　　)

A.除去工业废水中的Cu2+可以选用FeS作沉淀剂

B.将足量CuSO4固体溶解在0.1 mol·L-1 H2S溶液中,Cu2+的最大浓度为1.3×10-35 mol·L-1

C.因为H2SO4是强酸,所以反应CuSO4+H2S CuS↓+H2SO4不能发生

D.向H2S的饱和溶液中通入少量SO2气体,溶液的酸性增强

题组二　沉淀的转化

5.已知:25 ℃时,Ksp[Mg(OH)2]=5.61×10-12 mol3·L-3,Ksp(MgF2)=7.42×10-11 mol3·L-3。下列说法正确的是(　　)

A.25 ℃时,饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比,前者的c平(Mg2+)大

B.25 ℃时,向Mg(OH)2的悬浊液中加入少量的NH4Cl固体,c平(Mg2+)增大

C.25 ℃时,Mg(OH)2固体在20 mL 0.01 mol·L-1氨水中的Ksp比在20 mL 0.01 mol·L-1 NH4Cl溶液中的Ksp小

D.25 ℃时,在Mg(OH)2的悬浊液中加入NaF溶液后,Mg(OH)2不可能转化为MgF2

6.25 ℃时,已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(Ksp)分别为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。下列关于25 ℃条件下的叙述正确的是(　　)

A.硫化锌、硫化铜、硫化亚铁的溶解度依次增大

B.将足量的ZnSO4晶体加入0.1 mol·L-1的Na2S溶液中,Zn2+的物质的量浓度最大为1.6×10-23 mol·L-1

C.除去工业废水中含有的Cu2+,可采用FeS固体作为沉淀剂

D.向饱和的FeS溶液中加入FeSO4溶液后,混合液中c平(Fe2+)变大、c平(S2-)变小,Ksp(FeS)变大

7.(2020辽宁大连期末)在25 ℃时,Ksp(FeS)=6.3×10-18 mol2·L-2,Ksp(CuS)=

1.3×10-36 mol2·L-2,Ksp(ZnS)=1.3×10-24 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

8.(双选)(2020山东德州期末)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(深度解析)

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

9.(2020天津期末)“转化”是化学研究的重要范畴之一。沉淀转化在科研和生产中具有重要的应用价值。当容器壁上沉积一厚层BaSO4时很难直接除去。除去的方法是向容器壁内加入Na2CO3溶液,使BaSO4转化为BaCO3,然后加盐酸洗去沉淀物。已知常温下Ksp(BaCO3)=5.1×10-9 mol2·L-2,Ksp(BaSO4)=1.1×10-10 mol2·L-2。

(1)Na2CO3俗称纯碱,被广泛应用于生活和工业生产中。Na2CO3溶液呈碱性,用水解离子方程式解释其呈碱性的原因:　        。 

(2)要使BaSO4转化成BaCO3,Na2CO3溶液的浓度应大于　　　　　mol·L-1。(已知≈1) 

能力提升练

题组一　沉淀的溶解与生成

1.(2020广东深圳实验学校期末,)已知ΔH大于0表示吸热反应;ΔH小于0表示放热反应。关节炎病因是在关节滑液中形成尿酸钠晶体,尤其在寒冷季节诱发关节疼痛,其化学机理为①HUr(尿酸)+H2O Ur-(尿酸根离子)+H3O+,②Ur-(aq)+Na+(aq) NaUr(s)　ΔH。下列对②的叙述中正确的是(　　)

A.ΔH>0

B.降低温度,平衡逆向移动

C.ΔH<0

D.升高温度,平衡正向移动

2.(2019江西宜春校级期末,)20 ℃时某些物质的溶解度数据如下表所示:

下列说法不正确的是(　　)

A.硫酸钙悬浊液中存在沉淀溶解平衡:CaSO4(s) Ca2+(aq)+S(aq)

B.用Na2CO3溶液浸泡锅炉中的水垢,可将水垢中的CaSO4转化为CaCO3

C.向Mg(OH)2悬浊液中滴加FeCl3溶液,沉淀变为红褐色,说明溶解度:Fe(OH)3<Mg(OH)2

D.向2 mL饱和MgCl2溶液中先后滴加0.1 mol·L-1的Na2CO3溶液、NaOH溶液各2滴,产生的白色沉淀均为Mg(OH)2

题组二　沉淀的转化

3.(2020黑龙江双鸭山第一中学期末,)向ZnSO4溶液中加入Na2S溶液时,得到白色沉淀,向白色沉淀中滴加CuSO4溶液,发现沉淀变为黑褐色,则下列说法不正确的是(　　)

A.白色沉淀为ZnS,而黑褐色沉淀为CuS

B.利用该原理可实现一种沉淀转化为更难溶的沉淀

C.该过程破坏了ZnS的溶解平衡

D.上述现象说明ZnS的Ksp小于CuS的Ksp

4.(2020江西上饶期中,)化工生产中含Cu2+的废水常用MnS(s)作沉淀剂,其反应原理为Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)。下列有关该反应的推理不正确的是(　　)

A.MnS的溶解度比CuS的溶解度大

B.该反应达到平衡时,c平(Cu2+)=c平(Mn2+)

C.向上述平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c平(Mn2+)变大

D.该反应平衡常数K=

5.(2020江西南昌八一中学、洪都中学等六校期末联考,)下表是3种物质的溶解度(20 ℃),下列说法中正确的是(深度解析)

A.已知MgCO3的Ksp=6.82×10-6 mol2·L-2,则所有含有固体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

6.(2020吉林长春期末,)(1)向含有BaSO4固体的溶液中滴加Na2CO3溶液,当有BaCO3沉淀生成时,溶液中=　　　　(保留三位有效数字)。已知:Ksp(BaCO3)=2.6×10-9 mol2·L-2,Ksp(BaSO4)=1.1×10-10 mol2·L-2。 

(2)已知室温下,Ksp[Mg(OH)2]=4.0×10-11 mol3·L-3。在0.1 mol·L-1的MgCl2溶液中,逐滴加入NaOH溶液,当Mg2+完全沉淀时,溶液的pH是　　　　(已知lg 2=0.3)。 

7.()常温下,几种物质的溶度积常数见下表:

(1)某酸性CuCl2溶液中含少量的FeCl3,为制得纯净的CuCl2溶液,宜加入　　　　　　　　,常温下调至溶液pH=4,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,此时溶液中的c(Fe3+)=　　　　　　　　。 

(2)过滤后,将所得滤液经过　　　　　、　　　　　操作,可得到CuCl2·2H2O晶体。 

(3)由CuCl2·2H2O晶体得到纯的无水CuCl2,需要进行的操作是　　　　　　。 

(4)某学习小组用“间接碘量法”测定含有CuCl2·2H2O晶体的试样(不含能与I-发生反应的氧化性杂质)的纯度,过程如下:取0.800 g试样溶于水,加入过量KI固体,充分反应,生成白色沉淀。过滤后,滤液用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定,到滴定终点时,消耗Na2S2O3标准溶液40.00 mL。(已知:I2+2S2 S4+2I-)

①可选用　　　作滴定指示剂,滴定终点的现象是　          　　　　。 

②CuCl2与KI反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

③该试样中CuCl2·2H2O的质量分数为　　　　。 

答案全解全析

基础过关练

1.A　要使Mg(OH)2固体的量减小,应使Mg(OH)2的溶解平衡右移,可减小c(Mg2+)或c(OH-)。NH4NO3电离出的N能结合OH-,使平衡右移。

2.B　溶液中含有FeCl3杂质,常温下将溶液调至pH=4,可使Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀而除去,注意不能引入新的杂质,可加入ZnO和酸反应调节溶液pH,使铁离子全部沉淀。

3.A　要将Pb2+沉淀,就要形成溶解度更小的物质,由题表中数据可知,PbS的溶解度最小,故最好的沉淀剂为硫化物。

4.A　CuS比FeS难溶,除去工业废水中的Cu2+可以选用FeS作沉淀剂,可转化为CuS沉淀,A项正确;H2S是弱酸,硫离子的浓度小于0.1 mol·L-1,CuS的溶度积常数(Ksp)为1.3×10-36 mol2·L-2,所以溶液中Cu2+的浓度大于1.3×10-35 mol·L-1,B项错误;CuS是不溶于酸的黑褐色物质,所以能发生反应:CuSO4+H2S CuS↓+H2SO4,这是弱酸制备强酸的特例,C项错误;H2S与SO2反应生成单质硫和水,溶液酸性减弱,D项错误。

5.B　A项,Mg(OH)2与MgF2同属于AB2型沉淀,Ksp[Mg(OH)2]比Ksp(MgF2)小,说明饱和Mg(OH)2溶液中的c平(Mg2+)更小;B项,Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),N与OH-反应,使平衡右移,c平(Mg2+)增大;C项,Ksp只与物质本身的性质和温度有关;D项,Mg(OH)2的Ksp与MgF2的Ksp数量级接近,若F-浓度足够大,Mg(OH)2也能转化为MgF2。

6.C　同一类型电解质Ksp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强,由Ksp可知,25 ℃时,CuS的溶解度最小,故A项错误;将足量的ZnSO4晶体加入0.1 mol·L-1的Na2S溶液中,c(S2-)将减至非常小,则Zn2+的浓度远远大于1.6×10-23 mol·L-1,故B项错误;因CuS比FeS更难溶,FeS沉淀可转化为CuS沉淀,故C项正确;温度不变,Ksp(FeS)不变,故D项错误。

7.B　饱和CuS溶液中Cu2+的浓度为= mol·L-1,A项错误;由Ksp(FeS)、Ksp(CuS)可知,FeS的溶解度大于CuS的溶解度,B项正确;Ksp(FeS)大于Ksp(ZnS),向物质的量浓度相同的FeCl2、ZnCl2的混合液中加入少量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,溶解平衡逆向移动,但温度不变,ZnS的Ksp不变,D项错误。

8.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,属于沉淀的转化,由难溶的物质转化为更难溶的物质,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。

特别提醒

沉淀转化虽然是利用的沉淀溶解平衡的移动,但是因为沉淀能够完全转化,所以反应方程式用“ ”,不用“”。

9.答案　(1)C+H2O HC+OH-　(2)5.1×10-4

解析　(1)碳酸钠是弱酸强碱盐,碳酸根离子在溶液中水解使溶液呈碱性,碳酸根离子在溶液中的水解是分步进行的,以第一步水解为主,水解的离子方程式为C+H2O HC+OH-。

(2)硫酸钡转化为碳酸钡的离子方程式为BaSO4(s)+C(aq) BaCO3(s)+S(aq),BaSO4的悬浊液中c平(Ba2+)=c平(S)== mol·L-1≈1×10-5 mol·L-1,故使Ba2+沉淀需要碳酸根离子的最小浓度为c平(C)== mol·L-1=5.1×10-4 mol·L-1。

能力提升练

1.C　关节炎病因是在关节滑液中形成尿酸钠晶体,尤其在寒冷季节能诱发关节疼痛,说明温度越低,越有利于尿酸钠的形成,温度降低②平衡向正向进行,降低温度平衡向放热方向移动,故②过程放热,即ΔH<0,A项错误,C项正确;降低温度,平衡向正向移动,B项错误;升高温度,平衡逆向移动,D项错误。

2.D　由题意可知,硫酸钙属于微溶物,硫酸钙悬浊液中存在沉淀溶解平衡:CaSO4(s) Ca2+(aq)+S(aq),A项正确;由题意可知,碳酸钙的溶解度小于硫酸钙的溶解度,CaSO4可以转化为CaCO3,B项正确;向Mg(OH)2悬浊液中滴加FeCl3溶液,沉淀变为红褐色,说明氢氧化铁的溶解度更小,C项正确;饱和MgCl2溶液中加入Na2CO3溶液,生成的白色沉淀为MgCO3,D项错误。

3.D　首先生成的白色沉淀是ZnS,但是ZnS仍然有很少溶解,S2-接着和Cu2+反应生成CuS黑褐色沉淀,A项正确;利用题述原理可实现一种沉淀转化为另一种更难溶的沉淀,B项正确;沉淀转化的本质是平衡的移动,所以题述过程破坏了ZnS的沉淀溶解平衡,C项正确;白色沉淀ZnS转化成CuS黑褐色沉淀,说明CuS的溶解度小于ZnS,即CuS的Ksp小于ZnS的Ksp,D项错误。

4.B　在平衡体系中,产物的溶解度比反应物小,所以MnS的溶解度比CuS的溶解度大,A项正确;由于MnS比CuS的Ksp大,所以该反应达到平衡时,溶液中c平(Cu2+)<c平(Mn2+),B不正确;向题述平衡体系中加入少量CuSO4固体后,平衡正向移动,c平(Mn2+)变大,C项正确;题述反应平衡常数K===,D项正确。

5.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溶液中加入固体MgCO3,则溶液中c平(Mg2+)<c平(C),A项错误;氢氧化镁比碳酸镁更难溶,除去粗盐中含有的MgCl2杂质,最佳除杂试剂为NaOH溶液,B项错误;MgCl2溶液加热时HCl挥发,使Mg2+水解程度增大,蒸干后灼烧,最终所得固体是氧化镁,Mg(OH)2和MgCO3灼烧分解,生成氧化镁,C项正确;氢氧化镁比碳酸镁更难溶,所以正确的离子方程式应为Mg2++2HC+2Ca2++4OH- 2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2O,D项错误。

规律总结

影响沉淀溶解平衡的外界因素

6.答案　(1)23.6　(2)11.3

解析　(1)==≈23.6。

(2)c(MgCl2)=0.1 mol·L-1,逐滴加入NaOH溶液,当Mg2+完全沉淀时,c(Mg2+)≤1.0×10-5 mol·L-1,c(OH-)= mol·L-1=2×10-3 mol·L-1,c平(H+)= mol·L-1=×10-11 mol·L-1,pH=-lg c平(H+)=-lg (×10-11)=11.3。

7.答案　(1)CuO、Cu(OH)2或碱式碳酸铜　2.6×10-9 mol·L-1

(2)蒸发浓缩　冷却结晶

(3)在干燥的HCl气流中加热

(4)①淀粉溶液　当滴入最后一滴Na2S2O3标准溶液时,溶液由蓝色变为无色,且在半分钟内不变色　②2Cu2++4I- 2CuI↓+I2　③85.5%

解析　(1)为制得纯净的CuCl2溶液,宜加入CuO、Cu(OH)2或碱式碳酸铜,常温下调至溶液pH=4,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,此时溶液中的c(Fe3+)= mol·L-1=2.6×10-9 mol·L-1。

(2)过滤后,将所得滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶操作,可得到CuCl2·2H2O晶体。

(3)由CuCl2·2H2O晶体得到纯的无水CuCl2,需要加热,由于该晶体直接加热发生水解不能获得无水CuCl2,故需要抑制水解反应的发生,需要进行的操作是在干燥的HCl气流中加热。

(4)①由于反应有I2生成,故可选用淀粉溶液作滴定指示剂,滴定终点的现象是当滴入最后一滴Na2S2O3标准溶液时,溶液由蓝色变为无色,且在半分钟内不变色。

②CuCl2与KI反应的离子方程式为2Cu2++4I- 2CuI↓+I2。

③由关系式2(CuCl2·2H2O)~I2~2S2可得n(CuCl2·2H2O)=n(S2)=0.100 0 mol·L-1×0.040 00 L=0.004 mol,该试样中CuCl2·2H2O的质量分数为×100%=85.5%。