2023版高中化学人教版选择性必修1-第三章-水溶液中的离子反应与平衡-第2课时-沉淀溶解平衡的应用.docx

第四节　沉淀溶解平衡
▶第2课时　沉淀溶解平衡的应用
基础过关练
题组一　沉淀的生成与溶解
1.(2021黑龙江绥化一中月考)已知:Ksp(AgCl)=1.56×10-10,
Ksp(AgBr)=7.7×10-13,Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12。某溶液中含有Cl-、 Br-和CrO42-,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-、CrO42-　　　
B.CrO42-、Br-、Cl-
C.Br-、Cl-、CrO42-　　　
D.Br-、CrO42-、Cl-
2.(2021黑龙江哈尔滨期中)工业生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2+:Cu2++MnS CuS+Mn2+,下列说法错误的是　(　　)
A.该反应达平衡时c(Mn2+)=c(Cu2+)
B.相同温度下,MnS的Ksp比CuS的Ksp大
C.往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c(Mn2+)变大
D.该反应的平衡常数K=Ksp(MnS)Ksp(CuS)

题组二　沉淀的转化
3.(2022黑龙江哈尔滨师大附中期中)25 ℃时,向AgCl的白色悬浊液中依次加入等浓度的KI溶液和Na2S溶液,先出现黄色沉淀,最终生成黑色沉淀。已知有关物质的颜色和溶度积如下:
物质
AgCl
AgI
Ag2S
颜色
白色
黄色
黑色
Ksp(25 ℃)
1.8×10-10
8.5×10-17
6.3×10-50
下列叙述不正确的是(　　)
A.一般,溶度积小的沉淀可以转化为溶度积更小的沉淀
B.若先加入Na2S溶液,再加入等浓度的KI溶液,则无黄色沉淀产生
C.25 ℃时,饱和AgCl、AgI、Ag2S溶液中所含Ag+的浓度相同
D.25 ℃时,AgCl固体在等物质的量浓度的NaCl、CaCl2溶液中的溶度积相同
4.(2020陕西西安中学期末)往锅炉中注入Na2CO3溶液浸泡,将水垢中的CaSO4转化为CaCO3,再用盐酸溶解,下列叙述中正确的是(　　)
A.温度升高,Na2CO3溶液的KW增大,c(OH-)减小
B.CaSO4能转化为CaCO3,说明Ksp(CaCO3)>Ksp(CaSO4)
C.CaCO3溶解于盐酸而CaSO4不溶,是因为硫酸酸性强于盐酸
D.沉淀转化的离子方程式为CO32-(aq)+CaSO4(s) CaCO3(s)+SO42-(aq)
5.(2021山西长治二中月考)某学生在实验室中进行如下实验:①向盛有1 mL 0.1 mol·L-1MgCl2溶液的试管中加入1 mL 0.2 mol·L-1 NaOH溶液,得到浊液a,过滤得到滤液b和白色沉淀c。②向沉淀c中滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,沉淀变为红褐色。下列分析不正确的是(　　)
A.滤液b中不含有Mg2+
B.实验可以证明Fe(OH)3比Mg(OH)2更难溶
C.②中颜色变化说明Mg(OH)2转化为Fe(OH)3
D.浊液a中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)
题组三　沉淀溶解平衡在物质分离中的应用
6.(2020山东德州期末)工业上常先以MnO2为原料制得粗MnCl2溶液,通过添加过量难溶电解质MnS,使溶液中含有的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,再经蒸发、结晶,可得纯净的MnCl2。根据上述实验事实,下列分析正确的是(　　)
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只有复分解反应
7.(2020河北石家庄二中月考)已知在pH为4~5的环境中,Cu2+、Fe2+几乎不水解,而Fe3+几乎完全水解。工业上制CuCl2溶液是将浓盐酸加热到80 ℃左右,再慢慢加入粗氧化铜(含少量杂质FeO),充分搅拌使之溶解。欲除去溶液中的杂质离子,下述方法中可行的是(　　)
A.向溶液中通入Cl2,再加入纯净的CuO粉末调节pH为4~5
B.向溶液中通入H2S使Fe2+沉淀
C.向溶液中通入Cl2,再通入NH3,调节pH为4~5
D.加入纯Cu将Fe2+还原为Fe
8.(2021北京首师大第二附中月考)粗制的CuSO4·5H2O晶体中含有Fe2+。提纯时,为了除去Fe2+,常加入少量H2O2,然后加入少量碱至溶液pH=4,可以达到除去铁离子而不损失硫酸铜的目的。下列说法不正确的是　(　　)
A.溶解CuSO4·5H2O晶体时要加入少量稀H2SO4
B.加入H2O2,将Fe2+氧化:2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O
C.由于CuSO4的催化作用,会使部分H2O2分解而损失
D.调溶液pH=4的依据是Cu(OH)2比Fe(OH)3更难溶
9.(2022河北石家庄一中月考)已知下表数据:
物质
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Fe(OH)3
Ksp(25 ℃)
4.9×10-17
2.2×10-20
2.8×10-39
沉淀完全时
的pH范围
≥9.6
≥6.4
≥3
对含等物质的量的CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3的混合溶液的下列说法,正确的是(　　)
A.向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先看到的是蓝色沉淀
B.该溶液中c(SO42-)∶[c(Cu2+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)]>5∶4
C.向该溶液中加入适量氯水,调节pH为4~5后过滤,可获得纯净的CuSO4溶液
D.向该溶液中加入适量氨水,调节pH为9.6后过滤,将所得沉淀在空气中灼烧,可得等物质的量的CuO、FeO、Fe2O3三种固体的混合物

能力提升练
题组一　沉淀溶解平衡的综合应用
1.(2021湖北黄石检测)废弃电池随意丢弃会对土壤或水体产生污染,电池中含有的重金属离子对植物生长有毒害作用,摄入人体还会伤害人的脑细胞、神经、肝、肾、骨骼等。某化学小组同学查阅一些难溶物常温下的溶度积常数如表:
物质
Ksp
物质
Ksp
FeS
1.59×10-19
Fe(OH)3
2.6×10-39
CuS(黑色)
1.27×10-36
Al(OH)3
3.2×10-34
MnS(红色)
2.5×10-13
Mn(OH)2
4.5×10-13
PbS
3.4×10-28
Pb(OH)2
1.2×10-15
HgS
6.4×10-52
Cu(OH)2
2.2×10-20
ZnS
1.6×10-24
Zn(OH)2
1.2×10-17

(1)该同学在含有相同浓度Mn2+和Cu2+的溶液中滴加Na2S的稀溶液,观察到先出现的沉淀颜色是　　　　,该实验说明在相同温度下,同类型沉淀的Ksp越小,物质的溶解度　　　　(填“越大”或“越小”)。 
(2)某溶液中含有Fe3+,已知常温下Fe3+开始沉淀的pH为1.0,则此溶液中Fe3+的物质的量浓度为　　　　;若此溶液中含有与Fe3+等浓度的Al3+,调节pH使Fe3+沉淀完全时,得到的沉淀　　　　Al(OH)3(填“含有”或“不含有”)。 
(3)某工业废水中含有Cu2+、Pb2+、Hg2+等离子,若除去它们,最适宜加入过量的　　　(填字母)。 
A.FeS　　B.Fe2O3　　C.Na2S　　D.ZnO
写出加入该试剂除去Pb2+时发生反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　。 
(4)由FeCl3·6H2O晶体得到纯的无水FeCl3,需要进行的操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
2.(2021广东珠海第二中学期中)Ⅰ.重金属离子对河流及海洋造成严重污染。某化工厂废水(pH=2.0,ρ≈1 g/mL)中含有Ag+、Pb2+等重金属离子,其浓度各约为0.01 mol/L。排放前拟用沉淀法除去这两种离子,有关数据如下:

物质
Ksp
物质
Ksp
AgI
8.3×10-17
PbI2
7.1×10-9
AgOH
5.6×10-8
Pb(OH)2
1.2×10-15
Ag2S
6.3×10-50
PbS
3.4×10-28
(1)你认为往废水中投入　　　　(填字母),沉淀效果最好。 
A.NaOH　 B.Na2S　 C.KI　 D.Ca(OH)2
(2)常温下,如果用生石灰处理上述废水,使溶液的pH=8.0,处理后的废水中c(Pb2+)=　　　　mol/L。 
Ⅱ.为了研究难溶盐的沉淀溶解平衡和沉淀转化,某同学设计如下实验。回答下列问题:
步骤1:向2 mL 0.005 mol/L AgNO3溶液中加入2 mL 0.005 mol/L KSCN溶液,静置
出现白色沉淀
步骤2:取1 mL上层清液于试管中,滴加1滴2 mol/L Fe(NO3)3溶液
溶液变为红色
步骤3:向步骤2的溶液中,继续加入5滴3 mol/L AgNO3溶液
现象a,且溶液红色变浅
步骤4:向步骤1余下的浊液中加入5滴3 mol/L KI溶液
出现黄色沉淀
已知:25 ℃,Ksp(AgI,黄色)=8.3×10-17,Ksp(AgSCN,白色)=1.0×10-12。
(3)步骤3中现象a是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)向50 mL 0.005 mol/L的AgNO3溶液中加入150 mL 0.005 mol/L的KSCN溶液,若混合后溶液体积为200 mL,则溶液中Ag+的浓度约为
　　　　mol/L。 
题组二　工艺流程中的沉淀溶解平衡
3.(2022吉林长春第二实验中学期中)铁、铜单质及其化合物应用范围很广。现有含氯化亚铁杂质的氯化铜晶体(CuCl2·2H2O),为制取纯净的CuCl2·2H2O,首先将其制成酸性水溶液,然后按如图步骤进行提纯。

Cu2+、Fe3+和Fe2+形成氢氧化物沉淀的pH范围见表:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Cu2+
开始沉淀时的pH
1.9
7.0
4.7
沉淀完全时的pH
3.2
9.0
6.7
(1)加入氧化剂X的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)X最好选用　　　　(填字母),写出加入该氧化剂后发生反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
A.K2Cr2O7　　　　B.NaClO　
C.H2O2　　　　　　D.KMnO4
(3)物质Y可以是　　　　(填字母),调节溶液的pH范围为　　　　　。 
A.NaOH溶液　　　　B.氨水　
C.CuO　　　　　D.Cu
4.以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高,为控制砷的排放,采用化学沉降法处理含砷废水,相关数据如表。
表1　几种砷酸盐的Ksp
难溶物
Ksp
Ca3(AsO4)2
6.8×10-19
AlAsO4
1.6×10-16
FeAsO4
5.7×10-21
表2　工厂污染物排放浓度及允许排放标准
污染物
H2SO4
As
浓度
28.42 g·L-1
1.6 g·L-1
排放标准
pH 6~9
0.5 mg·L-1
回答以下问题:
(1)该工厂排放的废水中H2SO4的物质的量浓度为　　　mol·L-1。 
(2)若处理后的工厂废水中Al3+、Fe3+的浓度均为1.0×10-4 mol·L-1,则此时废水中c(AsO43-)最大是　　　　mol·L-1。 
(3)工厂排放出的酸性废水中的三价砷(H3AsO3,弱酸)不易沉降,可投入MnO2先将其氧化成五价砷(H3AsO4,弱酸),写出该反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)在处理含砷废水时采用分段式,先向废水中投入适量生石灰调节pH为2,再投入适量生石灰将pH调节为8左右,使五价砷以Ca3(AsO4)2形式沉降。
①将pH调节为2时废水中有大量沉淀产生,沉淀主要成分的化学式为　　　　。 
②在pH调节为8左右才出现大量Ca3(AsO4)2沉淀的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案全解全析
基础过关练
1.C　Cl-沉淀时c(Ag+)=Ksp(AgCl)c(Cl-)=1.56×10-100.010 mol·L-1=1.56×10-8 mol·L-1;Br-沉淀时c(Ag+)=Ksp(AgBr)c(Br-)=7.7×10-130.010 mol·L-1=7.7×10-11 mol·L-1;CrO42-沉淀时c(Ag+)=Ksp(Ag2CrO4)c(CrO42-)=9.0×10-120.010 mol·L-1=3.0×10-5 mol·L-1;所需c(Ag+)越小,则越先生成沉淀,故产生沉淀的先后顺序为Br-、Cl-、CrO42-,C项正确。
2.A　该反应达平衡时,c(Mn2+)、c(Cu2+)不变,但不一定相等,A错误;用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2+,利用的是CuS比MnS更难溶,所以MnS的Ksp比CuS的Ksp大,B正确;往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c(Cu2+)增大,平衡正向移动,c(Mn2+)变大,C正确;该反应的平衡常数K=c(Mn2+)c(Cu2+)=c(Mn2+)·c(S2-)c(Cu2+)·c(S2-)=Ksp(MnS)Ksp(CuS),D正确。
3.C　向AgCl的白色悬浊液中依次加入等浓度的KI溶液和Na2S溶液,先出现黄色沉淀,最终生成黑色沉淀,说明AgCl可转化为AgI,AgI可转化为Ag2S,再结合溶度积常数可知溶度积小的沉淀可以转化为溶度积更小的沉淀,A正确;Ag2S溶度积较小,先加入Na2S溶液,会使溶液中银离子浓度非常小,再加入等浓度的KI溶液,溶液中c(Ag+)·c(I-)<Ksp(AgI),不能生成黄色沉淀,B正确;25 ℃时饱和AgCl、AgI、Ag2S溶液中Ag+的浓度分别为1.8×10-10 mol·L-1、8.5×10-17 mol·L-1、32×6.3×10-50 mol·L-1,显然Ag+的浓度不同,C错误;温度不变,溶度积不变,故AgCl固体在等物质的量浓度的NaCl、CaCl2溶液中的溶度积相同,D正确。
4.D　温度升高,促进水的电离,KW增大;温度升高,促进Na2CO3的水解,溶液中c(OH-)增大,A项错误。Ksp(CaCO3)<Ksp(CaSO4),B项错误。CaCO3与盐酸反应生成CO2,CaSO4与盐酸不满足复分解反应发生的条件,与酸性强弱无关,C项错误。反应的离子方程式为CO32-(aq)+CaSO4(s) CaCO3(s)+SO42-(aq),D项正确。
5.A　实验①中得到Mg(OH)2悬浊液和NaCl溶液的混合物,经过滤得到的c为Mg(OH)2沉淀,Mg(OH)2存在沉淀溶解平衡Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),所得滤液b中含少量Mg2+,A项错误,D项正确;实验②中加入FeCl3溶液后Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀,可证明Fe(OH)3比Mg(OH)2更难溶,B、C项正确。
6.C　通过添加过量难溶电解质MnS,使溶液中含有的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错误;除杂试剂MnS如用FeS代替,会引入新的杂质,B错误;MnS与Cu2+反应的离子方程式为Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq),C正确;工业上以MnO2制MnCl2,锰元素化合价发生变化,属于氧化还原反应,沉淀的转化属于复分解反应,D错误。
7.A　向溶液中通入Cl2,可将Fe2+氧化为Fe3+;再加入纯净的CuO粉末调节pH为4~5,Fe3+可转化为Fe(OH)3而除去,A正确。在酸性溶液中H2S与Fe2+不反应,而H2S与Cu2+反应生成CuS沉淀,B错误。C项中的操作会引入新的杂质离子NH4+,C错误。由金属的活动性Fe>Cu知,D错误。
8.D　为防止Cu2+水解生成Cu(OH)2使溶液变浑浊,溶解CuSO4·5H2O晶体时要加入少量稀H2SO4,A项正确;H2O2具有强氧化性,能与Fe2+发生氧化还原反应,即2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O,B项正确;H2O2在CuSO4催化下可发生分解反应,C项正确;溶液pH=4时,Fe3+可水解生成Fe(OH)3而除去,即Fe(OH)3比Cu(OH)2更难溶,D项错误。
9.B　根据题表中Ksp及三种物质完全沉淀时的pH范围可知,向混合液中逐滴加入氢氧化钠溶液,铁离子优先反应生成氢氧化铁沉淀,所以应该最先看到红褐色沉淀,A错误;Cu2+、Fe2+、Fe3+在溶液中都会发生水解,则溶液中c(SO42-)∶[c(Cu2+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)]>5∶4,B正确;加入适量氯水,Fe2+被氧化成Fe3+,Cl2被还原成Cl-,所以过滤后得到的溶液中不可能只含CuSO4一种溶质,C错误;由题表中数据可知,调节pH为9.6后过滤,沉淀中含有Cu(OH)2、Fe(OH)2和Fe(OH)3,将沉淀在空气中灼烧,最终得到的是CuO和Fe2O3两种固体混合物,D错误。
能力提升练
1.答案　(1)黑色　越小　(2)2.6 mol·L-1　含有
(3)A　FeS+Pb2+ Fe2++PbS　(4)在干燥的HCl气流中加热脱水
解析　(1)相同温度下,同类型沉淀的Ksp越小,溶解度越小,越先析出。根据表中数据,由于Ksp(MnS)>Ksp(CuS),所以CuS更难溶,在含有相同浓度Mn2+和Cu2+的溶液中滴加Na2S的稀溶液,优先析出CuS沉淀。
(2)常温下铁离子开始沉淀的pH为1.0,则此时溶液中c(OH-)=10-13 mol·L-1,此溶液中c(Fe3+)=Ksp[Fe(OH)3]c3(OH-)=2.6×10-39(10-13)3 mol·L-1=2.6 mol·L-1;调节pH使Fe3+沉淀完全时,溶液中c(Fe3+)≤10-5 mol·L-1,此时溶液中c(OH-)=3Ksp[Fe(OH)3]c(Fe3+)=32.6×10-3910-5 mol·L-1,c(Al3+)·c3(OH-)=2.6×2.6×10-34=6.76×10-34>Ksp[Al(OH)3],所以有Al(OH)3沉淀。
(3)加入的试剂应足量,为避免引入新的杂质,最好选择难溶于水的FeS,除去Pb2+时发生反应的离子方程式为FeS+Pb2+Fe2++PbS。
(4)在空气中直接加热FeCl3·6H2O晶体会发生水解生成氢氧化铁和HCl,为了抑制其水解,应该在干燥的HCl气流中加热脱水。
2.答案　(1)B　(2)1.2×10-3　(3)出现白色沉淀　(4)4.0×10-10
解析　(1)由题给表格中的数据可知,硫化物的溶度积较小,则应选择硫化钠。
(2)Pb(OH)2的溶度积为1.2×10-15,pH=8.0,c(OH-)=10-6 mol/L,则c(Pb2+)=Kspc2(OH-)=1.2×10-15(10-6)2 mol/L=1.2×10-3 mol/L。
(3)加入硝酸银溶液,Ag+会和SCN-反应得到AgSCN白色沉淀。
(4)向50 mL 0.005 mol/L的AgNO3溶液中加入150 mL 0.005 mol/L的KSCN溶液,KSCN过量,溶液中剩余的c(SCN-)=0.05mol/L×(0.15-0.05)L(0.15+0.05)L=0.002 5 mol/L,则c(Ag+)=Ksp(AgSCN)c(SCN-)=1.0×10-120.002 5 mol/L=4.0×10-10 mol/L。
3.答案　(1)将Fe2+氧化成Fe3+,便于生成Fe(OH)3沉淀而与Cu2+分离　
(2)C　2H++2Fe2++H2O2 2Fe3++2H2O
(3)C　3.2≤pH<4.7
解析　(1)根据实验目的,加入氧化剂是为了将Fe2+氧化成Fe3+,便于生成Fe(OH)3沉淀而与Cu2+分离。
(2)K2Cr2O7、NaClO、H2O2、KMnO4都具有氧化性,都能将亚铁离子氧化,但是K2Cr2O7、NaClO、KMnO4与亚铁离子反应时会引入新的杂质离子,H2O2是绿色氧化剂,得到的还原产物是水,不会引入杂质离子,所以选C。
(3)加入Y的作用是调节pH,将Fe3+转化为Fe(OH)3,注意不能引入新的杂质离子,所以Y可以是CuO;由题表可知,调节溶液的pH范围为3.2≤pH<4.7。
4.答案　(1)0.29　(2)5.7×10-17　(3)2H++MnO2+H3AsO3 H3AsO4+Mn2++H2O
(4)①CaSO4　②H3AsO4是弱酸,当溶液中pH调节为8左右时AsO43-浓度增大,Ca3(AsO4)2大量沉淀
解析　(1)由题表2可知,该工厂排放的废水中c(H2SO4)=28.4298 mol·L-1=0.29 mol·L-1。
(2)若处理后的工厂废水中Al3+、Fe3+的浓度均为1.0×10-4 mol·L-1,Ksp(FeAsO4)<Ksp(AlAsO4),则依据Ksp(FeAsO4)=c(Fe3+)·c(AsO43-)=5.7×10-21可知c(AsO43-)最大为5.7×10-17 mol·L-1。
(3)MnO2将三价砷(H3AsO3,弱酸)氧化成五价砷(H3AsO4,弱酸),同时生成Mn2+和H2O,由此可写出该反应的离子方程式。
(4)①硫酸钙难溶于硫酸,所以pH调节为2时废水中有大量沉淀产生,沉淀主要成分为CaSO4。②H3AsO4是弱酸,电离出来的AsO43-较少,所以酸性条件下不易形成Ca3(AsO4)2沉淀,当溶液中pH调节为8左右时AsO43-浓度增大,Ca3(AsO4)2大量沉淀。

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