高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第四单元 沉淀溶解平衡学案及答案

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如图为BaSO4沉淀溶解平衡曲线(温度一定)：
(1)曲线上的任意一点均为达到溶解平衡的平衡点，可利用曲线上点的坐标来计算Ksp(BaSO4)；
(2)曲线上方的点溶液过饱和，c(Ba2＋)·c(SOeq \\al(2－,4))＞Ksp(BaSO4)，有沉淀生成；
(3)曲线下方的点为不饱和溶液，c(Ba2＋)·c(SOeq \\al(2－,4))＜Ksp(BaSO4)，无沉淀生成，加入BaSO4可继续溶解。
类型2 S—pH或c(Mn＋)—pH图像
Fe(OH)3和Cu(OH)2的c—pH关系如图(温度一定)：
图中曲线为相应金属离子氢氧化物的沉淀溶解平衡曲线，可利用图像判断有关氢氧化物的Ksp的大小以及离子分离方法的选择。
类型3 离子浓度负对数(pX)—溶液体积(V)图像
0．1 ml·L－1 AgNO3溶液滴定20.00 mL含有Cl－、Br－、I－且浓度均为0.1 ml·L－1的混合溶液，绘得滴定曲线如图：
(1)图中曲线的起始部分，滴入c(Ag＋)不足，c(X－)变化较小，在恰好反应时出现突跃，突跃后的三条曲线为相应AgX的沉淀溶解平衡曲线。
(2)若已知a、b、c所代表的卤素离子的曲线，则可比较相应AgX的Ksp大小或利用Ksp的大小分析a、b、c分别代表哪种卤素离子的曲线。
类型4 离子浓度对数或负对数曲线
解题时要理解pH、pOH、pC的含义，以及图像横、纵坐标代表的含义，通过曲线的变化趋势，找到图像与已学化学知识间的联系。
(1)pH(或pOH)—pC图
横坐标：将溶液中c(H＋)取负对数，即pH＝－lg c(H＋)，反映到图像中是c(H＋)越大，则pH越小，pOH则相反。
纵坐标：将溶液中某一微粒浓度[如c(A)]或某些微粒浓度的比值取负对数，即pC＝－lg c(A)，反映到图像中是c(A－)越大，则pC越小。
例如：常温下，几种难溶氢氧化物的饱和溶液中金属离子浓度的负对数与溶液的pH关系如图所示。
①直线上的任意一点都达到沉淀溶解平衡。
②由图像可得Fe3＋、Al3＋、Fe2＋、Mg2＋完全沉淀的pH分别为4、4.8、8.3、11.2。
(2)pC—pC图
纵、横坐标均为一定温度下，溶解平衡粒子浓度的负对数。
例如：已知p(Ba2＋)＝－lg c(Ba2＋)，p(酸根离子)＝－lg c(酸根离子)，酸根离子为SOeq \\al(2－,4)或COeq \\al(2－,3)。某温度下BaSO4、BaCO3的沉淀溶解关系如图所示，
①直线上的任意一点都达到沉淀溶解平衡。
②p(Ba2＋)＝a时，即c(Ba2＋)＝10－a ml·L－1时，p(SOeq \\al(2－,4))>p(COeq \\al(2－,3))，从而可知Ksp(BaSO4)③M点在BaCO3平衡曲线上方，p(Ba2＋)、p(COeq \\al(2－,3))均大于平衡值，此时溶液中c(Ba2＋)、c(COeq \\al(2－,3))均小于平衡线上的值，故不能生成BaCO3沉淀；M点在BaSO4平衡曲线下方，p(SOeq \\al(2－,4))、p(Ba2＋)
小于平衡值，此时溶液中c(Ba2＋)、c(SOeq \\al(2－,4))均大于平衡线上的值，故能生成BaSO4沉淀。
④此类图像沉淀溶解平衡直线，直线上任意一点都表示饱和溶液，直线上方或下方的任一点则表示不饱和溶液或过饱和溶液。
1．在t ℃时，Ag2CrO4(橘红色)在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。又知AgCl的Ksp＝1.8×10－10。下列说法不正确的是( )
A．t ℃时，Ag2CrO4的Ksp为1×10－8
B．饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4不能使溶液由Y点变为X点
C．t ℃时，Y点和Z点时Ag2CrO4的Ksp相等
D．t ℃时，将0.01 ml·L－1 AgNO3溶液滴入20 mL 0.01 ml·L－1 KCl和0.01 ml·L－1 K2CrO4的混合溶液中，Cl－先沉淀
答案 A
解析 由图中数据可计算Ksp(Ag2CrO4)＝c2(Ag＋)·c(CrOeq \\al(2－,4))＝1.0×10－11，A项错误；在Ag2CrO4饱和溶液中加入K2CrO4，c(CrOeq \\al(2－,4))增大，则c(Ag＋)降低，而X点与Y点的c(Ag＋)相同，B项正确；Y点、Z点溶液的温度相同，则Ksp相同，C项正确；由AgCl的Ksp计算此条件下AgCl沉淀时的c(Ag＋)＝eq \f(1.8×10－10,0.01) ml·L－1＝1.8×10－8ml·L－1，由Ag2CrO4的Ksp计算c(Ag＋)
＝eq \r(\f(1.0×10－11,0.01))ml·L－1≈3.2×10－5 ml·L－1，可知Cl－先沉淀，D项正确。
2．25 ℃时，FeS饱和溶液中，Fe2＋与S2－的物质的量浓度的负对数关系如图所示。对于图中的a点，下列说法正确的是( )
A．a点表示FeS的饱和溶液，且c(Fe2＋)B．a点表示FeS的不饱和溶液，且c(Fe2＋)>c(S2－)
C．a点表示FeS的不饱和溶液，且c(Fe2＋)D．a点表示FeS的饱和溶液，且c(Fe2＋)>c(S2－)
答案 B
解析 a点c(Fe2＋)＝10－10 ml·L－1>c(S2－)＝10－12 ml·L－1，表示FeS的不饱和溶液，B项正确。
3．常温下，用0.100 ml·L－1的AgNO3溶液滴定50.0 mL 0.050 0 ml·L－1 KCl溶液，以K2CrO4为指示剂，测得溶液中pCl＝－lg c(Cl－)、pAg＝－lg c(Ag＋)随加入AgNO3的体积变化如图所示，已知溶液中离子浓度小于等于1.0×10－5ml·L－1，则沉淀完全，Ksp(Ag2CrO4)＝2.0×10－12，Ksp(Ag2SO4)＝1.4×10－5，下列说法错误的是( )
A．AgCl的沉淀溶解平衡常数Ksp的数量级为10－10
B．为防止指示剂失效，溶液应维持中性或弱碱性
C．滴定中指示剂的有效浓度应维持在2.0×10－2ml·L－1
D．滴定完后加入1 mL 0.01 ml·L－1 H2SO4会产生新的沉淀
答案 D
解析 根据图像，当pCl＝pAg时，溶液中c(Ag＋)＝c(Cl－)＝10－5ml·L－1，则AgCl的沉淀溶解平衡常数Ksp的数量级为10－10，故A正确；指示剂使用的是K2CrO4，溶液中存在Ag＋，如果溶液为酸性，则CrOeq \\al(2－,4)易形成Cr2Oeq \\al(2－,7)，如果溶液是碱性的，则易生成Ag2O，因此溶液需维持中性或弱碱性，故B正确；溶液中Ag＋沉淀完全时c(Ag＋)＝10－5ml·L－1，形成Ag2CrO4时，所需c(CrOeq \\al(2－,4))＝eq \f(KspAg2CrO4,c2Ag＋)＝2.0×10－2ml·L－1，故C正确；滴定完后，溶液中c(Ag＋)＝10－5ml·L－1，加入1 mL 0.01 ml·L－1H2SO4，则产生Ag2SO4时需要c(SOeq \\al(2－,4))＝eq \f(KspAg2SO4,c2Ag＋)＝1.4×105 ml·L－1，显然H2SO4的量是不够的，所以不能产生新的沉淀，故D错误。
4．一定温度下，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(Mn＋)，横坐标p(S2－)表示－lg c(S2－)，下列说法不正确的是( )
A．该温度下，Ag2S的Ksp＝1.6×10－49
B．该温度下，溶解度的大小顺序为NiS＞SnS
C．SnS和NiS的饱和溶液中eq \f(cSn2＋,cNi2＋)＝104
D．向含有等物质的量浓度的Ag＋、Ni2＋、Sn2＋溶液中加入饱和Na2S溶液，析出沉淀的先后顺序为Ag2S、SnS、NiS
答案 C
解析 由a(30,10－lg 4)可知，当c(S2－)＝10－30 ml·L－1时，c(Ag＋)＝10－(10－lg 4) ml·L－1＝4×
10－10ml·L－1，Ksp(Ag2S)＝c2(Ag＋)·c(S2－)＝(4×10－10)2×10－30＝1.6×10－49，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(S2－)相同时，对应的c(Ni2＋)＞c(Sn2＋)，由于SnS和NiS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(Ni2＋)·c(S2－)＝10－6×10－15＝10－21，同理可得Ksp(SnS)＝c(Sn2＋)·c(S2－)＝10－25×100＝10－25，SnS和NiS的饱和溶液中eq \f(cSn2＋,cNi2＋)＝eq \f(KspSnS,KspNiS)＝eq \f(10－25,10－21)＝10－4，C错误；假设溶液中Ag＋、Ni2＋、Sn2＋的浓度均为0.1 ml·L－1，分别生成Ag2S、NiS、SnS沉淀时，需要c(S2－)分别为1.6×10－47ml·L－1、10－20ml·L－1、10－24ml·L－1，因此生成沉淀的先后顺序为Ag2S、SnS、NiS，D正确。
5．一定温度下，三种碳酸盐MCO3(M：Mg2＋、Ca2＋、Mn2＋)的沉淀溶解平衡曲线如图所示。已知：pM＝－lg c(M)，p(COeq \\al(2－,3))＝－lg c(COeq \\al(2－,3))。下列说法正确的是( )
A．MgCO3、CaCO3、MnCO3的Ksp依次增大
B．a点可表示MnCO3的饱和溶液，且c(Mn2＋)＝c(COeq \\al(2－,3))
C．b点可表示CaCO3的饱和溶液，且c(Ca2＋)D．c点可表示MgCO3的不饱和溶液，且c(Mg2＋)>c(COeq \\al(2－,3))
答案 B
解析 pM相等时，图线上p(COeq \\al(2－,3))数值越大，c(COeq \\al(2－,3))越小，因此，MgCO3、CaCO3、MnCO3的Ksp依次减小，故A错误；a点可表示MnCO3的饱和溶液，pM＝p(COeq \\al(2－,3))，所以c(Mn2＋)＝c(COeq \\al(2－,3))，故B正确；b点可表示CaCO3的饱和溶液，pMc(COeq \\al(2－,3))，故C错误；pM数值越大，离子浓度越小，则c点可表示MgCO3的不饱和溶液，pM>p(COeq \\al(2－,3))，所以c(Mg2＋)6．在湿法炼锌的电解循环溶液中，较高浓度的Cl－会腐蚀阳极板而增大电解能耗。可向溶液中同时加入Cu和CuSO4，生成CuCl沉淀从而除去Cl－。根据溶液中平衡时相关离子浓度的关系图，下列说法错误的是( )
A．Ksp(CuCl)的数量级为10－7
B．除Cl－的反应为Cu＋Cu2＋＋2Cl－===2CuCl
C．加入Cu越多，Cu＋浓度越高，除Cl－效果越好
D．2Cu＋Cu2＋＋Cu平衡常数很大，反应趋于完全
答案 C
解析 A项，根据CuCl(s)Cu＋＋Cl－可知Ksp(CuCl)＝c(Cu＋)·c(Cl－)，从Cu＋图像中任取一点代入计算可得Ksp(CuCl)≈10－7，正确；B项，由题干中“可向溶液中同时加入Cu和CuSO4，生成CuCl沉淀从而除去Cl－”可知Cu、Cu2＋与Cl― 可以发生反应生成CuCl沉淀，正确；C项，Cu(s)＋Cu2＋2Cu＋，固体对平衡无影响，故增加固体Cu的物质的量，平衡不移动，Cu＋的浓度不变，错误；D项，2Cu＋Cu(s)＋Cu2＋，反应的平衡常数K＝eq \f(cCu2＋,c2Cu＋)，从图中两条曲线上任取横坐标相同的c(Cu2＋)、c(Cu＋)两点代入计算可得K≈106＞105，反应平衡常数较大，反应趋于完全，正确。
7．金属氢氧化物在酸中的溶解度不同，因此可以利用这一性质，控制溶液的pH，达到分离金属离子的目的。难溶金属的氢氧化物在不同pH下的溶解度(S，ml·L－1)如图所示。
(1)pH＝3时溶液中铜元素的主要存在形式是________。
(2)若要除去CuCl2溶液中的少量Fe3＋，应该控制溶液的pH为________(填字母)。
A．<1 B．4左右 C．>6
(3)在Ni(OH)2溶液中含有少量的C2＋杂质，______(填“能”或“不能”)通过调节溶液pH的方法来除去，理由是_________________________________________________________。
(4)要使氢氧化铜沉淀溶解，除了加入酸之外，还可以加入氨水，生成[Cu(NH3)4]2＋，写出反应的离子方程式：____________________________________________________________。
(5)已知一些难溶物的溶度积常数如下表：
某工业废水中含有Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋，最适宜向此工业废水中加入过量的______(填字母)除去它们。
A．NaOH B．FeS C．Na2S
答案 (1)Cu2＋ (2)B (3)不能 C2＋和Ni2＋沉淀的pH范围相差太小 (4)Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O (5)B
解析 (1)据图知pH＝4～5时，Cu2＋开始沉淀为Cu(OH)2，因此pH＝3时，主要以Cu2＋的形式存在。
(2)若要除去CuCl2溶液中的Fe3＋，应保证Fe3＋完全沉淀，而Cu2＋还未沉淀，据图知pH为4左右。
(3)据图知，C2＋和Ni2＋沉淀的pH范围相差太小，无法通过调节溶液pH的方法除去Ni(OH)2溶液中的C2＋。
(4)据已知条件结合原子守恒即可写出离子方程式：Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O。
(5)在FeS、CuS、PbS、HgS四种硫化物中，FeS的溶度积最大，且与其他三种物质的溶度积差别较大，在废水中加入FeS，Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋均可分别转化为溶度积更小的沉淀，过量FeS也可一起过滤除去，且不会引入新的杂质。物质
FeS
CuS
PbS
HgS
Ksp
6.3×10－18
1.3×10－36
3.4×10－28
6.4×10－53