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沉淀溶解平衡
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共9小题,每小题5分,共45分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.将AgCl分别加入盛有:①5 mL水;②6 mL 0.5 mol·L-1 NaCl溶液;③10 mL 0.2 mol·L-1 CaCl2溶液;④50 mL 0.1 mol·L-1盐酸的烧杯中,均有固体剩余,各溶液中[Ag+]从大到小的顺序排列正确的是( )
A.④③②① B.②③④①
C.①④③② D.①③②④
答案:C
解析:根据沉淀溶解平衡,溶液中Cl-浓度越大,Ag+浓度越小,则选项C符合题意。
2.已知25 ℃时BaSO4饱和溶液中存在BaSO4(s)Ba2+(aq)+S(aq),Ksp=1.102 510-10 mol2·L-2,下列有关BaSO4的溶度积和溶解平衡的叙述正确的是( )
A.25 ℃时,向[S]=1.0510-5 mol·L-1的BaSO4溶液中,加入BaSO4固体,[S]增大
B.向该饱和溶液中加入Ba(NO3)2固体,则BaSO4的溶度积常数增大
C.向该饱和溶液中加入Na2SO4固体,则该溶液中[Ba2+]>[S]
D.向该饱和溶液中加入BaCl2固体,则该溶液中[S]减小〚导学号95380269〛
答案:D
解析:BaSO4的溶度积等于[Ba2+]和[S]的乘积,故饱和溶液中[S]=1.0510-5 mol·L-1,再加入BaSO4固体不溶解,[S]不变,故A项错误;溶度积常数只与温度有关,故B项错误;加入Na2SO4固体,溶解平衡向左移动,[Ba2+]减小,故C项错误;加入BaCl2固体,溶解平衡向左移动,[S]减小,故D项正确。
3.(2015沈阳模拟)对水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2而不是CaCO3和MgCO3的原因解释,其中正确的是( )
A.Mg(OH)2的溶度积大于MgCO3的溶度积,且在水中发生了沉淀转化
B.Mg(OH)2的溶度积小于MgCO3的溶度积,且在水中发生了沉淀转化
C.MgCO3电离出的C发生水解,使水中OH-浓度减小,对Mg(OH)2的沉淀溶解平衡而言,Q>Ksp,生成Mg(OH)2沉淀
D.MgCO3电离出的C发生水解,使水中OH-浓度增大,对Mg(OH)2的沉淀溶解平衡而言,Q>Ksp,生成Mg(OH)2沉淀
答案:D
解析:由于Mg(OH)2和MgCO3中阴、阳离子个数比不同,所以不能直接根据Ksp的大小比较溶解能力强弱,A、B两项均不正确;MgCO3溶解平衡生成的C发生水解,使水中OH-浓度增大,对Mg(OH)2沉淀溶解平衡而言,Q>Ksp,则生成Mg(OH)2沉淀,C项不正确,D项正确。
4.(2015陕西西安八校高三12月联考)25 ℃时,5种银盐的溶度积常数(Ksp)分别是
AgCl
Ag2SO4
Ag2S
AgBr
AgI
1.810-10
mol2·L-2
1.410-5
mol3·L-3
6.310-50
mol3·L-3
7.710-13
mol2·L-2
8.5110-16
mol2·L-2
下列说法正确的是( )
A.氯化银、溴化银和碘化银的溶解度依次增大
B.将硫酸银溶解于水后,向其中加入少量硫化钠溶液,不可能得到黑色沉淀
C.室温下,AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度
D.将浅黄色溴化银固体浸泡在5 mol·L-1氯化钠溶液中,会有少量白色固体生成
答案:D
解析:氯化银、溴化银和碘化银的溶度积依次减小,由于结构相似,溶度积越小溶解度越小,A项错误;硫化银的溶度积比硫酸银的小,将硫酸银溶于水后,向其中加入少量硫化钠溶液,只要硫离子和银离子的浓度商Qc=[S2-]·[Ag+]2>Ksp(Ag2S)就会产生Ag2S黑色沉淀,B项错误;食盐水中的氯离子浓度会抑制氯化银的溶解平衡,C项错误;当[Cl-]·[Ag+]>1.810-10 mol2·L-2时就可以生成氯化银沉淀,D项正确。
5.已知Ksp(AgCl)=1.5610-10 mol2·L-2,Ksp(AgBr)=7.710-13 mol2·L-2,Ksp(Ag2CrO4)=9.010-12 mol3·L-3。某溶液中含有Cl-、Br-和Cr,浓度均为0.010 mol·L-1,向该溶液中逐滴加入0.010 mol·L-1 的AgNO3溶液时,三种阴离子产生沉淀的先后顺序为( )
A.Cl-、Br-、Cr B.Cr、Br-、Cl-
C.Br-、Cl-、Cr D.Br-、Cr、Cl-〚导学号95380270〛
答案:C
解析:因为溶液中Cl-、Br-、Cr浓度相同,假设滴加AgNO3溶液的过程中混合液中Cl-、Br-、Cr浓度不变,均为0.010 mol·L-1,则开始生成AgCl、AgBr、Ag2CrO4沉淀时溶液中[Ag+]浓度分别为1.5610-8 mol·L-1、7.710-11 mol·L-1、3.010-5 mol·L-1,所以首先沉淀的是AgBr,最后沉淀的是Ag2CrO4。
6.(2015河南联考)已知CuS、PbS、HgS的溶度积分别为1.310-36 mol2·L-2、9.610-29 mol2·L-2、6.410-23 mol2·L-2,当溶液中离子浓度小于10-5时,沉淀就达完全。下列推断不正确的是( )
A.向含Pb2+、Cu2+、Hg2+的浓度均为0.010 mol·L-1的溶液中通入硫化氢气体,产生沉淀的顺序依次为PbS、CuS、HgS
B.在硫化铅悬浊液中滴几滴硝酸铜溶液,会生成硫化铜
C.在含Hg2+、Cu2+、Pb2+的溶液中滴加硫化钠溶液,当[S2-]=0.001 mol·L-1时三种金属离子都完全沉淀
D.硫化钠是处理废水中含上述金属离子的沉淀剂
答案:A
解析:A选项,CuS的溶度积最小,所以最先产生沉淀,错误。
7.(2015江西南昌模拟)化工生产中常用MnS做沉淀剂除去工业废水中的Cu2+:Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq)
下列有关叙述中正确的是( )
①MnS的Ksp大于CuS的Ksp
②达到平衡时[Mn2+]=[Cu2+]
③溶液中加入少量Na2S固体后,溶液中[Cu2+]、[Mn2+]保持不变
④该反应平衡常数K=
A.①④ B.②③ C.①②③ D.②③④
答案:A
解析:①组成相似的分子,溶度积大的沉淀可以转化为溶度积小的沉淀,所以MnS的Ksp比CuS的Ksp大,故正确;②该反应达到平衡时各离子的浓度保持不变,但不一定相等,故错误;③增大硫离子的浓度,平衡逆向移动,所以[Cu2+]、[Mn2+]均减小,故错误;④反应的平衡常数K===,故正确。
8.(2015辽宁大连模拟)不同温度(T1和T2)时,硫酸钡在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示,已知硫酸钡在水中溶解时吸收热量。下列说法正确的是( )
A.T1>T2
B.加入BaCl2固体,可使B点变成C点
C.C点时,在T1、T2两个温度下均有固体析出
D.A点和B点的Ksp相等
答案:D
解析:BaSO4溶解时吸收热量,温度高时溶解度大,溶液中[Ba2+]、[S]大,故T2>T1;加BaCl2固体时[Ba2+]增大,同时[S]减小,不能由B点变成C点;T1时C点Qc>Ksp,为过饱和溶液,有固体析出,T2时C点Qc<Ksp,为不饱和溶液,无固体析出;A点、B点温度相同,Ksp相同。
9.关于沉淀溶解平衡和溶度积常数,下列说法不正确的是( )
A.Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,而与溶液中的离子浓度无关
B.将饱和Na2SO4溶液加入到饱和石灰水中,有白色沉淀产生,说明Ksp[Ca(OH)2]大于Ksp(CaSO4)
C.已知25 ℃时Ksp[Fe(OH)3]=4.010-38 mol4·L-4,则该温度下反应Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数K=4.0104 L2·mol-2
D.已知25 ℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.810-11 mol3·L-3,在MgCl2溶液中加入氨水调混合液的pH=11,产生沉淀,则此时溶液中的[Mg2+]=1.810-5 mol·L-1
答案:B
解析:Ca(OH)2与CaSO4的离子组成不同,不能用溶度积常数比较溶解能力大小,B项错误;Ksp[Fe(OH)3]=[Fe3+]·[OH-]3,所给反应的平衡常数K====4.0104 L2·mol-2,C项正确;[Mg2+]===1.810-5 mol·L-1,D项正确。
二、非选择题(本题共4个小题,共55分)
10.(2015山东济宁模拟)(12分)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下:
(1)通入O2氧化时,发生反应的离子方程式为
。
(2)滤渣2的成分是 (填化学式)。
(3)流程图中“操作步骤”为 、过滤等操作,得到MgSO4·7H2O晶体。对MgSO4·7H2O晶体直接加热 (填“能”或“不能”)得到无水MgSO4固体。
(4)长时间加热MgCO3悬浊液后生成Mg(OH)2,该反应的化学方程式为
。
答案:(1)4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O (2)Fe(OH)3
(3)蒸发浓缩、冷却结晶 能
(4)MgCO3+H2OMg(OH)2+CO2↑
解析:氧气是氧化剂,找出流程中的还原剂只能为Fe2+,通入氧气后溶液中为Fe3+、Mg2+,加入氨水由产品MgO可知Mg2+没有沉淀,Fe3+生成Fe(OH)3沉淀;(3)操作步骤的目的是从硫酸镁溶液中得到MgSO4·7H2O晶体,MgSO4·7H2O晶体受热易失去结晶水,所以不能蒸干;(4)依据MgSO4+2H2OMg(OH)2+H2SO4,硫酸不挥发,所以水解不能进行到底。
11.(13分)沉淀的生成、溶解和转化在无机物制备和提纯以及科研等领域有着广泛应用。已知25 ℃时,Ksp(BaSO4)=110-10 mol2·L-2,Ksp(BaCO3)=110-9 mol2·L-2。
(1)将浓度均为0.1 mol·L-1的BaCl2溶液与Na2SO4溶液等体积混合,充分搅拌后过滤,滤液中[Ba2+]= mol·L-1。
(2)医学上进行消化系统的X射线透视时,常使用BaSO4作内服造影剂。胃酸酸性很强(pH约为1),但服用大量BaSO4仍然是安全的,BaSO4不溶于酸的原因是 。(用溶解平衡原理解释)
(3)长期使用的锅炉需要定期除水垢,否则会降低燃料的利用率。水垢中含有的CaSO4,可先用Na2CO3溶液处理,使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3,而后用酸除去。
①CaSO4转化为CaCO3的离子方程式为
。
②请分析CaSO4转化为CaCO3的原理
。
答案:(1)110-5
(2)对于平衡BaSO4(s)Ba2+(aq)+S(aq),H+不影响Ba2+或S的浓度,平衡不能向溶解方向移动
(3)①CaSO4(s)+C(aq)CaCO3(s)+S(aq)
②CaSO4存在沉淀溶解平衡,加入Na2CO3溶液后,C与Ca2+结合生成CaCO3沉淀,Ca2+浓度减少,使CaSO4的沉淀溶解平衡向溶解方向移动
解析:(1)将浓度均为0.1 mol·L-1的BaCl2溶液与Na2SO4溶液等体积混合,充分搅拌后过滤,滤液为饱和溶液,则存在:[Ba2+][S]=110-10 mol2·L-2,[Ba2+]=110-5 mol·L-1。
(2)由平衡BaSO4(s)Ba2+(aq)+S(aq)可知,H+不能减少Ba2+或S的浓度,平衡不能向溶解方向移动。
(3)①CaSO4转化为CaCO3的离子方程式为CaSO4(s)+C(aq)CaCO3(s)+S(aq)。
②由平衡CaSO4(s)Ca2+(aq)+S(aq)可知,加入Na2CO3溶液后,C与Ca2+结合生成CaCO3沉淀,Ca2+浓度减少,使CaSO4的沉淀溶解平衡向溶解方向移动,发生:CaSO4(s)+C(aq)CaCO3(s)+S(aq)。
12.(15分)目前高铁酸钠(Na2FeO4)被广泛应用于水处理,具有高效、无毒的优点。某地海水样品经Na2FeO4处理后,所含离子及其浓度见下表(H+和OH-未列出):
离子
S
Mg2+
Fe3+
Na+
Cl-
浓度/(mol·L-1)
a
0.05
0.10
0.50
0.58
常温下,取一定量经Na2FeO4处理过的海水为原料制备精制食盐水和MgCl2·7H2O,过程如下:
注:离子的浓度小于1.010-5 mol·L-1,可认为该离子不存在;
Ksp[Fe(OH)3]=1.010-38 mol4·L-4
Ksp[Mg(OH)2]=5.010-12 mol3·L-3;操作过程中溶液体积的变化忽略不计。
(1)表格中的a (填“<”“>”或“=”)0.16。
(2)沉淀A的组成为 (填化学式);在调节溶液pH时,理论上应调节的pH的范围是 。
(3)加入的过量试剂X为 (填化学式)。
(4)加入过量HCl的作用为
。
答案:(1)> (2)Fe(OH)3 3≤pH<9
(3)Ba(OH)2 (4)使Mg(OH)2全部溶解转化为MgCl2;在加热浓缩滤液C时抑制Mg2+水解
解析:(2)使Fe3+沉淀完全时,[OH-]= mol·L-1=1.010-11 mol·L-1,所以pH≥3;不使Mg2+沉淀,[OH-]= mol·L-1=1.010-5 mol·L-1,所以pH<9。(3)“倒推”可知沉淀B为BaSO4、Mg(OH)2混合物,试剂X为Ba(OH)2。
13.(2015河北衡水模拟)(15分)金属氢氧化物在酸中溶解度不同,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下的溶解度为S/(mol·L-1)如图所示:
难溶金属氢氧化物的S-pH图
(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 。
A.<1 B.4左右 C.>6
(3)在Ni(NO3)2溶液中含有少量的Co2+杂质, (填“能”或“不能”)通过调节溶液pH的方法来除去,理由是
。
(4)已知一些难溶物的溶度积常数见下表:
物质
FeS
MnS
CuS
Ksp/(mol2·L-2)
6.310-18
2.510-13
1.310-35
物质
PbS
HgS
ZnS
Ksp/(mol2·L-2)
3.410-28
6.410-33
1.610-24
为除去某工业废水中含有的Cu2+、Pb2+、Hg2+杂质,最适宜向此工业废水中加入过量的 。
A.NaOH B.FeS C.Na2S
答案:(1)Cu2+ (2)B (3)不能 Co2+和Ni2+沉淀的pH范围相差太小 (4)B
解析:(1)由图可知,在pH=3时溶液中不会出现Cu(OH)2沉淀。
(2)在除去Fe3+的同时必须保证Cu2+不能沉淀,因此pH应保持在4左右。
(3)从图示关系可看出,Co2+和Ni2+沉淀的pH范围相差太小,不能通过调节pH而达到分离的目的。
(4)要使三种离子生成沉淀,最好选择难溶于水的FeS,使三种杂质离子转化为更难溶解的金属硫化物沉淀,同时又不会引入其他离子。
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