课件 高考化学一轮复习第九单元 水溶液中的离子反应和平衡 第38讲 沉淀溶解平衡
展开第38讲 沉淀溶解平衡
考点一 难溶电解质的沉淀溶解平衡及应用考点二 溶度积常数及其计算经典真题·明考向作业手册
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考点一 难溶电解质的沉淀溶解平衡及应用
一、难溶电解质的沉淀溶解平衡1.含义在一定温度下的水溶液中,当 的速率相等时,即建立了沉淀溶解平衡状态。
2. 建立过程及平衡特点
固体溶质 溶液中的溶质①v溶解 v沉淀,固体溶解 ②v溶解 v沉淀,溶解平衡 ③v溶解 v沉淀,析出晶体
(1)内因难溶电解质 是决定因素。 (2)外因
二、难溶电解质的沉淀溶解平衡的应用1.沉淀的生成(1)原理:当Q>Ksp时,难溶电解质的溶解平衡向生成沉淀的方向移动。(2)应用:可利用生成沉淀达到除去溶液中杂质离子的目的。
Cu2++H2S = CuS↓+2H+
[微点拨2] 若一种沉淀剂可使溶液中多种离子产生沉淀时,则可控制条件,使这些离子先后分别沉淀。①对同一类型的沉淀,Ksp越小越先沉淀,且Ksp相差越大分步沉淀的效果越好。如在Cl-、Br-、I-的混合溶液中,由于AgCl、AgBr、AgI的Ksp相差较大,逐滴加入Ag+可按I-、Br-、Cl-的顺序先后沉淀,即Ksp最小的首先沉淀出来。②对不同类型的沉淀,其沉淀先后顺序要利用Ksp计算溶液中离子的浓度,根据离子浓度的大小判断沉淀的先后顺序,如AgCl和Ag2CrO4的分步沉淀,可通过控制Ag+的浓度来完成。
当沉淀溶解平衡体系中的离子发生反应时,其浓度会降低,沉淀溶解平衡就会向溶解的方向移动,从而使沉淀溶解。
AgCl+2NH3·H2O = [Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O
[微点拨3] 用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部生成沉淀除去,一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时,已经沉淀完全。
(1)实质:沉淀溶解平衡的移动。(2)举例:MgCl2溶液 Mg(OH)2 Fe(OH)3,则Ksp[Mg(OH)2]>Ksp[Fe(OH)3]。(3)规律:一般说来, 的沉淀转化成 的沉淀容易实现。
Cu2+(aq)+PbS(s) ⇌ CuS(s)+Pb2+(aq)
(3)因溶解度小的沉淀易向溶解度更小的沉淀转化,故向ZnS沉淀中滴加CuSO4溶液可以得到CuS沉淀[Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)]( )(4)升高温度,沉淀溶解平衡一定正向移动( )
[解析] (4)升高温度时Ca(OH)2的溶解度减小,沉淀溶解平衡不一定正向移动,错误。
[解析] (3)Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),因溶解度小的沉淀易向溶解度更小的沉淀转化,故向ZnS沉淀中滴加CuSO4溶液可以得到CuS沉淀,正确。
(5)难溶电解质达到沉淀溶解平衡时,增加难溶电解质的量,平衡向溶解方向移动( )(6)向AgCl悬浊液中滴加Na2S溶液,白色沉淀变成黑色沉淀:2AgCl+S2- = Ag2S+2Cl-( )
[解析] (6)向AgCl悬浊液中滴加Na2S溶液,AgCl溶解产生的Ag+与S2-生成更难溶的电解质,白色沉淀变成黑色沉淀,离子方程式为2AgCl+S2- = Ag2S+2Cl-,正确。
[解析] (5)难溶电解质达到沉淀溶解平衡时,增加难溶电解质的量,平衡不移动,错误。
题组一 沉淀溶解平衡及其影响因素
1.溶液中存在平衡:Ca(OH)2(s) ⇌ Ca2+(aq)+2OH-(aq) ΔH<0,下列有关说法正确的是( )①升高温度,上述平衡逆向移动②向上述溶液中加入少量碳酸钠粉末能增大钙离子的浓度③除去氯化钠溶液中混有的少量钙离子,可以向溶液中加入适量的NaOH溶液④恒温下,向上述溶液中加入CaO,溶液的pH升高⑤给上述溶液加热,溶液的pH升高⑥向上述溶液中加入Na2CO3溶液,其中固体质量增加⑦向上述溶液中加入少量NaOH固体,Ca(OH)2固体质量不变A.①⑥B.①⑥⑦ C.②③④⑥D.①②⑤⑦
[解析] 加入碳酸钠粉末会生成CaCO3,使Ca2+浓度减小,②错误;Ca(OH)2的溶度积较大,要除去溶液中的Ca2+,应将Ca2+转化为更难溶的CaCO3,③错误;恒温下Ksp不变,加入CaO后,溶液仍为Ca(OH)2的饱和溶液,pH不变,④错误;加热,Ca(OH)2的溶解度减小,溶液的pH降低,⑤错误;加入Na2CO3溶液,沉淀溶解平衡向右移动,Ca(OH)2固体转化为CaCO3固体,固体质量增加,⑥正确;加入NaOH固体平衡向左移动,Ca(OH)2固体质量增加,⑦错误。
题组二 沉淀溶解平衡的应用
4.[2023·北京石景山区模拟] 已知:Ag++SCN- ⇌ AgSCN↓(白色),某同学探究AgSCN的溶解平衡及转化,进行以下实验。下列说法不正确的是( )A.①中现象能说明Ag+与SCN-生成AgSCN沉淀的反应有限度B.②中现象产生的原因是发生了反应Fe(SCN)3+3Ag+ = 3AgSCN↓+Fe3+C.③中产生黄色沉淀的现象能证明AgI的溶解度比AgSCN的溶解度小D.④中黄色沉淀溶解的原因可能是AgI与KI溶液中的I-进一步发生了反应
[解析] 由实验过程可知,AgNO3和KSCN溶液恰好完全反应生成AgSCN沉淀,向上层清液中滴加Fe(NO3)3溶液,得到浅红色溶液,则上层清液中含有SCN-,说明Ag+与SCN-生成AgSCN沉淀的反应有限度,A正确。向含Fe(SCN)3的浅红色溶液中加入AgNO3溶液,红色褪去,产生白色沉淀,发生了反应:Fe(SCN)3+3Ag+ = 3AgSCN↓+Fe3+,B正确。
向①中加入AgNO3溶液生成白色沉淀AgSCN后,Ag+仍剩余;向②中加入2 ml·L-1 KI溶液,溶液中Ag+和I-反应生成AgI黄色沉淀,故不能说明AgI的溶解度比AgSCN的小,C错误。④向白色沉淀AgSCN中加入2 mL 2 ml·L-1 KI溶液,白色沉淀转化为黄色沉淀,则AgSCN 转化为AgI;随后沉淀溶解,得到无色溶液,由于溶液中KI有剩余,可能是AgI和I-反应生成无色易溶性物质,D正确。
考点二 溶度积常数及其计算
cm(An+)·cn(Bm-)
以AmBn(s) ⇌ mAn+(aq)+nBm-(aq)为例:
2. Ksp的影响因素
(1)内因:难溶物质 ,这是主要决定因素。 (2)外因①浓度:加水稀释,平衡向溶解方向移动,但Ksp 。 ②温度:绝大多数难溶盐的溶解是 过程,升高温度,平衡向 方向移动,Ksp 。 ③其他:温度不变时,向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶物质或更难电离物质或气体的离子时,平衡向 方向移动,但Ksp不变。
[微点拨] ①沉淀溶解平衡一般是吸热的,升高温度,平衡右移,Ksp增大,但Ca(OH)2却相反。②并非Ksp越小,其物质的溶解度就越小。对于阴、阳离子个数比相同的难溶电解质,它们的溶解度可以直接用Ksp的大小来比较,Ksp越小,其物质的溶解度就越小;而对于阴、阳离子的个数比不同的难溶电解质,它们的溶解度就不能直接用Ksp的大小来比较。
[解析] (1)向Mg(OH)2悬浊液中滴加足量FeCl3溶液可以生成更难溶的Fe(OH)3,会看到白色沉淀转化为红褐色沉淀,化学方程式为3Mg(OH)2+2FeCl3 = 2Fe(OH)3+3MgCl2,正确。
(3)向NaCl、NaI的混合稀溶液中滴入少量稀AgNO3溶液,有黄色沉淀生成,则Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)( )(4)向含有ZnS和Na2S的悬浊液中滴加CuSO4溶液,生成黑色沉淀,Ksp(CuS)
[解析] (3)Cl-和I-的浓度未知,若c(Cl-)=c(I-),则可以得出该结论,错误。
[解析] (5)向相同浓度、相同体积的银氨溶液中分别加入2滴相同浓度的NaCl溶液和NaI溶液,一支试管中产生黄色沉淀,另一支中无明显现象,说明AgI更难溶,正确。
(7)向1 mL 2 ml·L-1 NaOH溶液中先滴加2滴0.1 ml·L-1 MgCl2溶液,再滴加2滴0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,先生成白色沉淀,后生成红褐色沉淀,则Ksp[Mg(OH)2]
2.完成下列各题:(1)常温下,Fe(OH)3和Mg(OH)2的Ksp分别为8.0×10-38、1.0×10-11,向浓度均为0.1 ml·L-1的FeCl3和MgCl2的混合溶液中加入碱液,要使Fe3+完全沉淀而Mg2+不沉淀,应该调节溶液pH的范围是 (已知lg 2≈0.3,离子浓度低于10-5 ml·L-1时认为沉淀完全)。
(3)加入Na2CO3溶液可将PbSO4转化为PbCO3,Na2CO3溶液的最小浓度为 ml·L-1(保留两位小数)。判断沉淀转化能否彻底进行并说明理由: 。 [已知: 20 ℃时Ksp(PbSO4)=1.6×10-8, Ksp(PbCO3)=7.4×10-14,1.262≈1.6]
题组二 沉淀溶解平衡简单图像分析
3.常温下,三种金属硫化物XS、YS、ZS的饱和溶液中pM[pM=-lg c(M2+)]与pS[pS=-lg c(S2-)]的关系如图所示。已知:Ksp(XS)>Ksp(YS)>Ksp (ZS)。下列叙述正确的是( )A.直线③代表ZSB.Ksp (XS)=1×10-36C.向c点饱和溶液中加少量Na2S,c点向b点迁移D.YS(s)+Z2+(aq) ⇌ ZS(s)+Y2+(aq) K=1×108
[解析] pS一定时,纵坐标pM数值越小,溶度积常数越大,已知:Ksp(XS) > Ksp(YS) > Ksp (ZS),则直线①②③分别代表ZS、YS、XS,A错误;当pS=0时pX=14,即c(S2-)=1 ml·L-1,c(X2+)=10-14 ml·L-1,Ksp (XS) = c(X2+)·c(S2-)=1×10-14,B错误;
2. [2023·辽宁卷] 某废水处理过程中始终保持H2S饱和,即c(H2S)=0.1 ml·L-1,通过调节pH使Ni2+和Cd2+形成硫化物而分离,体系中pH与-lg c关系如下图所示,c为HS-、S2-、Ni2+和Cd2+的浓度,单位为ml·L-1。已知Ksp(NiS)>Ksp(CdS),下列说法正确的是( )A.Ksp(CdS)=10-18.4B.③为pH与-lg c(HS-)的关系曲线C.Ka1(H2S)=10-(H2S)=10-14.7
由点(1.6,6.5)和点(4.2,3.9)可知④代表HS-,则③代表S2-;随pH增大,Ni2+和Cd2+的浓度逐渐减小,则-lg c(Ni2+)和-lg (Cd2+)随着pH增大而增大,由Ksp(NiS)>Ksp(CdS)可知,当c(S2-)相同时,c(Ni2+)>c(Cd2+),则-lg c(Ni2+)<-lg (Cd2+),由此可知①代表Cd2+、②代表Ni2+,据此分析结合图像各点数据进行解题。由分析可知,①代表Cd2+、③代表S2-,由图示曲线①③交点可知,此时c(Cd2+)=c(S2-)=10-13 ml·L-1,则有Ksp(CdS)=c(Cd2+)c(S2-)=10-13×10-13=10-26,A错误;
[解析] 根据a点pH=2和pM=2.5,可知c(Fe3+)=10-2.5 ml·L-1,c(OH-)=10-12 ml·L-1,则 Ksp[Fe(OH)3]=10-2.5×(10-12)3=10-38.5,A错误;根据pH=4时Al3+的pM=3,此时溶液中c(Al3+)=10-3 ml·L-1,即Al(OH)3的溶解度为10-3 ml·L-1,B错误;从图像可看出c(Fe3+)=10-5 ml·L-1对应的pH小于3,即pH=3时Fe3+已沉淀完全,而pH=3时0.01 ml·L-1的Al3+(pM=2)还没有沉淀,则可通过分步沉淀进行分离,C正确;
结合图像可知当c(Al3+)=10-5 ml·L-1时,对应的pH下0.1 ml·L-1的Cu2+开始沉淀,则当c(Cu2+)=0.2 ml·L-1时,Cu2+和Al3+会同时沉淀,D错误。
4. [2023·新课标全国卷] 向AgCl饱和溶液(有足量AgCl固体)中滴加氨水,发生反应Ag++NH3 ⇌ [Ag(NH3)]+和[Ag(NH3)]++NH3 ⇌ [Ag(NH3)2]+。lg [c(M)/(ml·L-1)]与 lg [c(NH3)/(ml·L-1)]的关系如下图所示(其中M代表Ag+、Cl-、[Ag(NH3)]+或[Ag(NH3)2]+)。下列说法错误的是( )A.曲线Ⅰ可视为AgCl溶解度随NH3浓度变化曲线B.AgCl的溶度积常数Ksp=c(Ag+)·c(Cl-)=10-9.75C.反应[Ag(NH3)]++NH3 ⇌ [Ag(NH3)2]+的平衡常数K的值为103.81D.c(NH3)=0.01 ml·L-1时,溶液中c([Ag(NH3)2]+)>c([Ag(NH3)]+)>c(Ag+)
[解析] AgCl饱和溶液中,c(Ag+)=c(Cl-),向其中滴加氨水,c(Ag+)减小,c(Cl-)增大,且c([Ag(NH3)]+)增大,再继续滴加氨水,c([Ag(NH3)2]+)增大幅度大于 c([Ag(NH3)]+)增大幅度,最终以[Ag(NH3)2]+、Cl-为主,则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表[Ag(NH3)2]+、[Ag(NH3)]+、Ag+、Cl-。随NH3浓度增大,AgCl溶解度增大,则代表Cl-的曲线Ⅳ可视为AgCl溶解度随NH3浓度变化曲线,而非曲线Ⅰ,故A项错误;
由分析可知,曲线①代表含硫酸锶(s)的0.1 ml·L-1硫酸钠溶液的变化曲线,则硫酸锶的溶度积Ksp(SrSO4)=10-5.5×0.1=10-6.5,温度不变,溶度积不变,则含硫酸锶的1.0 ml·L-1硫酸钠溶液中,锶离子的浓度为10-6.5 ml·L-1,则a为-6.5,故B正确;由分析可知,曲线④表示含碳酸锶(s)的1.0 ml·L-1碳酸钠溶液的变化曲线,故C正确;由图可知,曲线②和④相交于一点,此时pH=6.9,则含SrSO4(s)且Na2SO4和Na2CO3初始浓度均为1.0 ml·L-1的混合溶液,pH≥6.9时才发生沉淀转化,故D错误。
[解析] 由于Ksp[Zn(OH)2]
(2)还原池中有Cr3+生成,反应的离子方程式为 。
(3)沉淀1为Cr(OH)3,其性质与Al(OH)3相似,则Cr(OH)3与NaOH溶液反应的化学方程式为 。
[解析] (3)Cr(OH)3的性质与Al(OH)3相似,结合Al(OH)3与NaOH溶液的反应,则Cr(OH)3+NaOH = Na[Cr(OH)4]。
Cr(OH)3+NaOH = Na[Cr(OH)4]
(4)Na2S溶液呈碱性的原因是 (用离子方程式表示),沉淀2为 ,调节pH=7的原因是 。
[解析] (4)Na2S为强碱弱酸盐,S2-水解使其溶液呈碱性:S2-+H2O ⇌ HS-+OH-,HS-+H2O ⇌ H2S+OH-(以第1步为主);Ksp(CuS)=6.3×10-36
控制S2-浓度,使Ni2+沉淀完全
(5)若废水中还含有Cd2+,pH=4时Cd2+的浓度为 ml·L-1,用该结果说明Cd2+影响上述流程进行分离的原因是 [设H2S平衡浓度为1.0×10-6 ml·L-1,已知H2S的K1=1.0×10-7,K2=7.0×10-15,Ksp(CdS)=7.0×10-27]。
不能实现Cd2+与Cu2+分离(或CuS不纯,或CuS与CdS无法分离)
考点一 沉淀溶解平衡及应用
1. 下列液体均处于25 ℃,有关叙述不正确的是( )A.向Mg(OH)2的悬浊液中加入少量的NH4Cl固体,c(Mg2+)增大B.向MgCl2、CuCl2混合溶液中逐滴加入少量氨水,先生成Cu(OH)2沉淀,说明Ksp[Cu(OH)2]
3. [2023·江西赣州模拟] 25 ℃时,Ksp(FeS)=6.3×10-18,Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。下列有关说法正确的是( )A.25 ℃时,CuS的溶解度大于ZnS的溶解度B.25 ℃时,饱和CuS溶液中Cu2+的浓度为6.3×10-36 ml·L-1C.向等物质的量浓度FeCl2、ZnCl2的混合溶液中加入少量Na2S,只有FeS沉淀生成D.ZnS(s)+Cu2+(aq) ⇌ CuS(s)+Zn2+(aq)的平衡常数约为2.54×1011
6. 某温度下,Ksp(PbI2)=4×10-6,Ksp(PbS)=8×10-28。该温度下,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+)=8×10-4 ml·L-1D.向A点处的PbI2悬浊液中加入100 mL 2×10-3 ml·L-1的Na2S溶液,平衡后溶液中的c(Pb2+)<4×10-3 ml·L-1(忽略体积变化)
考点二 沉淀溶解平衡简单图像分析
[解析] A点时c(I-)不再改变,达到沉淀溶解平衡,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,所以可能是向该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-)=4×10-6,可得该温度下,c(Pb2+)=1×10-2 ml·L-1,c(I-)=2×10-2 ml·L-1,但常温下的数值无法计算,C错误;向A点处的PbI2悬浊液中加入100 mL 2×10-3 ml·L-1的Na2S溶液,溶液体积增加1倍,c(Pb2+)=5×10-3 ml·L-1,c(S2-)=1×10-3 ml·L-1,S2-完全反应生成PbS沉淀,剩余c(Pb2+)=4×10-3 ml·L-1,PbS沉淀还存在溶解平衡,所以平衡后溶液中c(Pb2+)>4×10-3 ml·L-1,D错误。
7. [2023·湖南常德一中模拟] 25 ℃时,难溶盐CaSO4、CaCO3、MnCO3溶液中阳离子浓度的负对数[pM=-lg c(M2+)]和阴离子浓度的负对数[pR=-lg c(R2-)]的关系如图所示。下列说法错误的是( )A.25 ℃,Ksp(CaCO3)=10-8.6B.向A点对应的溶液中加入固体CaCl2,可得到Y点对应的溶液C.25 ℃,三种物质的溶解度:MnCO3
[解析] Ksp(Y2X)=c2(Y+)·c(X2-),Ksp(ZX)=c(Z2+)·c(X2-),-lg Ksp(Y2X)=2p(Y+)+p(X2-),-lg Ksp(ZX)=p(Z2+)+p(X2-),p(X2-)改变相同量时,p(Y+)变化量小于p(Z2+)变化量,所以M表示Y2X的溶解平衡曲线,N表示ZX的溶解平衡曲线,A正确;c点在M斜线上方,在金属阳离子浓度不变时,纵坐标越大,表示相应的阴离子浓度越小,因此c点Q=c2(Y+)·c(X2-)
10. [2023·辽宁鞍山一中模拟] 工业上以黄铁矿(主要成分为FeS2,含有少量NiS、CuS、SiO2等杂质)为原料制备K4[Fe(CN)6]·3H2O,工艺流程如图所示:已知:①滤液A中,阳离子的浓度均为0.2 ml·L-1
②室温时,常见物质的Ksp见下表(1)为了使焙烧充分进行,可采取的措施为 (答出一点即可)
[解析] (1)将黄铁矿粉碎、适当增大空气的进量等措施可使黄铁矿焙烧充分进行,提高原料的利用率。
将黄铁矿粉碎或适当增大空气的进量(其他合理答案均可)
(2)气体A可能产生的环境问题是 。
[解析] (2)气体A为能形成酸雨的二氧化硫。
(3)室温时,调节pH的范围为 。
(4)转化2中主要反应的离子方程式为 。 (5)相同温度下,溶解度K4[Fe(CN)6] Na4[Fe(CN)6]。(填“>”“<”“=”)
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