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第22讲 沉淀溶解平衡的应用

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知识精讲

一、沉淀的生成
1．应用
在无机物的制备和提纯、废水处理等领域，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
2．方法
方法
实例
操作及原理
调节pH法
除去NH4Cl中的FeCl3
溶于水，加氨水调节pH：Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH4+
除去CuCl2中的FeCl3
加入Cu(OH)2或CuO，①Fe3+ + 3H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3H+
②Cu(OH)2 + 2H+ === Cu2+ + 2H2O CuO + 2H+ === Cu2+ + 2H2O
沉淀剂法
除去废水中的Hg2+
加入Na2S：S2- + Hg2+ === HgS↓
除去废水中的Cu2＋
通入H2S：H2S + Cu2+=== CuS↓ + 2H+

二、沉淀的溶解
1．原理
根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地移去平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。
2．Mg(OH)2沉淀溶解实验
实验操作

实验现象
①Mg(OH)2沉淀几乎不溶解，溶液浑浊；②Mg(OH)2沉淀溶解，溶液澄清。
原理分析

H+ 与OH- 反应，使OH- 浓度减小，Mg(OH)2沉淀溶解平衡不断右移，最终完全溶解。

3. 方法
① 酸溶法：如CaCO3溶于盐酸，Al(OH)3、Cu(OH)2溶于强酸等。
② 盐溶法：如Mg(OH)2可溶于NH4Cl溶液中：Mg(OH)2 + 2NH4+ === Mg2+ + 2NH3·H2O
③ 氧化还原法：如CuS、HgS等可溶于HNO3中：3CuS + 8HNO3 === 3Cu(NO3)2 + 3S + 2NO↑+ 4H2O
④ 配合物法：如AgCl可溶于NH3·H2O，AgCl+2NH3·H2O === [Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O

三、沉淀的转化
1. AgCl、AgI、Ag2S的转化
实验操作

实验现象

有白色沉淀析出
白色沉淀转化为黄色沉淀
黄色沉淀转化为黑色沉淀
实验原理
Ag+ + Cl- == AgCl↓
AgCl(s) + KI ⇌ AgI(s) + KCl
2AgI(s) + Na2S ⇌ Ag2S(s) + 2NaI
实验结论
溶解度：Ag2S2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀，说明溶解度：Fe(OH)3
CuSO4溶液渗透、遇闪锌矿（ZnS）和方铅矿（PbS）
铜蓝（CuS）
CuSO4 (aq) + ZnS (s) ⇌ CuS(s) + ZnSO4 (aq)；CuSO4 (aq) + PbS(s) ⇌ CuS (s) + PbSO4(s)

（3）氟化物预防龋齿
① 牙齿表面的釉质层，只要成分是难溶的羟基磷灰石[Ca5(PO4)3(OH)]。
② 口腔中的有机酸使釉质层溶解：Ca5(PO4)3(OH) + 4H+ === 5Ca2+ + 3HPO42- + H2O
③ 氟离子能与羟基磷灰石反应，生成溶解度更小的氟磷灰石，更能抵抗酸的腐蚀：
Ca5(PO4)3(OH)(s) F-(aq) ⇌ Ca5(PO4)3F(s) + OH-(aq)

对点训练

题型一：沉淀的生成与溶解
【变1-1】（2020·贵州·高二学业考试）已知几种难溶电解质的溶度积常数Ksp(25℃)如下：
难溶电解质
ZnS
CuS
HgS
Ksp

向100mL含、和浓度均为0.01mol/L的溶液中逐滴加入0.001mol/L的溶液，下列说法正确的是
A．先沉淀 B．先沉淀 C．先沉淀 D．同时沉淀

【变2-2】（2021·全国·高三专题练习）钴在硬质高温合金、催化剂等高新技术领域有广泛应用。从某炼锌厂的废渣(含Zn、Co、Fe、ZnO、SiO2等)中回收钴的一种工艺流程如图：

相关金属离子[Co(Mn+ )=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如表：
金属离子
Co2+
Fe2+
Fe3+
Zn2+
开始沉淀的pH
7.15
6.3
1.5
6.2
沉淀完全的pH
9.15
8.3
2.8
8.2
（1）若无氧化步骤，对实验的影响是_____。试剂X可以为下列物质中的_____。
A．KOH B．Zn(OH)2 C．ZnO D．Na2CO3
（2）常温下，已知Co(OH)3的溶度积常数为Ksp，则Co3+完全沉淀时[c(Co3+)＜10-5mol·L-1]，溶液的pH至少为_____(用含Ksp的式子表示)。

题型二：沉淀的转化
【例3】（2021·北京·首都师范大学附属中学高二期中）实验：①向盛有1mL0.1mol/LMgCl2溶液试管中加1mL0.3mol/LNaOH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0.1mol/LFeCl3溶液，沉淀变为红褐色，下列分析不正确的是
A．浊液a中存在沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)
B．滤液b中加入上述FeCl3溶液有红褐色沉淀生成，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．实验②可以证明Fe(OH)3比Mg(OH)2更难溶

题型三：沉淀转化的应用
【例4】(2021·北京高三二模)某品牌牙膏的成分含水、丙三醇、二氧化硅、苯甲酸钠、十二烷基硫酸钠和氟化钠等。已知：牙釉质中含有羟基磷酸钙[Ca5(PO4)3OH]，是牙齿的保护层。在牙齿表面存在平衡：Ca5(PO4)3OH (s)5Ca2+(aq)+ 3PO43-(aq)+OH-(aq)；。下列说法不正确的是( )

A．若使牙膏呈弱酸性，更有利于保护牙釉质
B．丙三醇的俗称是甘油
C．SiO2是摩擦剂，有助于去除牙齿表面的污垢
D．NaF能将Ca5(PO4)3OH转化为更难溶的Ca5(PO4)3F，减少龋齿的发生

【例6】（2021·湖北省仙桃中学高二期中）锂被誉为“高能金属”，废旧锂离子电池的正极材料主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等，处理该废料的一种工艺流程如图所示：

已知：①，LiCoO2难溶于水，具有强氧化性(且氧化性强于KMnO4)；
②相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH值如表所示：
金属离子
Al3+
Fe3+
Fe2+
Co2+
开始沉淀的pH
4.0
2.7
7.6
7.0
沉淀完全的pH
5.2
3.7
9.6
9.0
回答下列问题：：
（1）写出“碱溶”时发生主要反应的化学方程式：________
（2）为提高“酸溶”的浸出速率，可采取的措施有___________(任写一种)。
（3）“酸溶”时，LiCoO2能将H2O2氧化，其离子方程式为___________；若用浓盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，缺点是___________。
（4）用氨水调节pH的范围为___________。
（5）该流程涉及多次过滤，实验室中过滤后洗涤沉淀的操作为___________。
（6）写出“沉钴”过程中发生反应的离子方程式：___________。

提分特训

【题1】(2021·四川射洪中学高二月考)在1L0.01mol·L-1MgCl2溶液中，加入1mL001mol·L-1的Na2CO3溶液，下列说法正确的是(已知MgCO3的Ksp=6.8×10-6mol2·L-2) ( )
A．有MgCO3沉淀析出 B．无MgCO3沉淀析出
C．无法确定 D．有沉淀但不是MgCO3

【题2】往锅炉注入Na2CO3溶液浸泡，将水垢中的CaSO4转化为CaCO3，再用盐酸去除，下列叙述中正确的是(　　)
A．温度升高，Na2CO3溶液的Kw和c(H＋)均会增大
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COaq)＋CaSO4(s) CaCO3(s)＋SO(aq)

【题3】（2021·上海市控江中学高二月考）已知，Fe2+结合S2-的能力大于结合OH-的能力，而Al3+则正好相反。在Fe2(SO4)3和AlCl3的混合溶液中，先加入过量的KI溶液，再加入足量的Na2S与氨水的混合溶液，所得沉淀是
A．Al2S3、FeS和S B．FeS和Al(OH)3 C．Fe2S3和Al(OH)3 D．FeS、Al(OH)3和S

【题4】（2021·全国·高二期末）已知表数据：
物质
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Fe(OH)3
Ksp(25℃)
8.0×10-16
2.2×10-20
4.0×10-38
完全沉淀时的pH
9.6
6.4
3.4
对含等物质的量的CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3的混合溶液的说法，不正确的是
A．向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，最先看到红褐色沉淀
B．该溶液中c(SO)：[c(Cu2+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)]>5：4
C．向该溶液中加入适量氯水，并调节pH到3.4后过滤，可获得纯净的CuSO4溶液
D．在pH=5的溶液中Fe3+不能大量存在

【题5】（2021·辽宁锦州·高二期末）向盛有硝酸银溶液的试管中加入氨水，首先形成难溶物，继续滴加氨水，难溶物溶解得到无色透明溶液，下列说法正确的是
A．反应后溶液中没有沉淀，所以反应前后的浓度不变
B．沉淀溶解后，生成的难电离
C．在中，给出孤对电子，提供空轨道
D．该实验能证明比稳定

【题6】(2021·湖北黄冈市黄冈中学高三月考)NiSO4·6H2O易溶于水，其溶解度随温度升高明显增大。以电镀废渣(主要成分是NiO，还有CuO、FeO等少量杂质)为原料制备该晶体的流程如图：

已知：25℃时，Ksp(CuS)=8.9×10-35、Ksp(FeS)=4.9×10-18。下列叙述错误的是( )
A．溶解废渣时不能用稀盐酸代替稀H2SO4 B．除去Cu2+可采用FeS
C．流程中a~b的目的是富集NiSO4 D．“操作I”为蒸发浓缩、冷却结晶

【题8】（2021·全国·高二期中）Ⅰ.常温下，几种物质的溶度积常数见表：
物质
Cu(OH)2
Fe(OH)3
CuCl
CuI
Ksp
2.2×10-20
2.6×10-39
1.7×10-7
1.3×10-12
（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___(填一种)调节溶液pH，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。
（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8.0g试样溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液，加入过量KI固体，充分反应，生成白色沉淀。用0.1000mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定，到达滴定终点时，消耗Na2S2O3标准溶液40.00mL。(已知：I2+2S2O=S4O+2I-)。
①CuCl2溶液与KI反应的离子方程式为___。
②该试样中CuCl2·2H2O的质量百分数为___。(保留一位小数)
Ⅱ.某实验小组采用沉淀滴定法测定碳酸氢钠样品中杂质Cl-的含量，实验步骤如下：
①用天平称取ag碳酸氢钠样品，用蒸馏水溶解，再用足量稀硝酸酸化，配成100mL待测液；
②用移液管移取20.00mL待测液于锥形瓶中，并滴加1～2滴指示剂；
③用cmol·L-1AgNO3标准溶液滴定Cl-，三次滴定结果如下：
V(待测液)/mL
20.00
20.00
20.00
V(AgNO3)/mL
19.98
20.00
20.02
已知：
银盐性质
AgCl
AgI
AgCN
Ag2CrO4
AgSCN
颜色
白
黄
白
砖红
白
Ksp
2.0×10-10
8.3×10-17
1.2×10-16
1.0×10-12
1.0×10-12
（5）滴定时可选为滴定指示剂的是___(填编号)。A．NaCl B．K2CrO4 C．KI D．NaCN
（6）到达滴定终点的标志是___。
（7）当Cl-恰好完全沉淀，则此时溶液中的c(CrO)为__mol·L-1。
（8）根据上述数据计算碳酸氢钠样品中杂质Cl-的质量分数为___。

提分作业

【练1】(2021·湖北高二月考)工业上向锅炉里注入Na2CO3溶液浸泡，将水垢中的CaSO4转化为CaCO3，而后用盐酸去除。下列叙述不正确的是( )
A．温度升高，Na2CO3溶液的Kw和c(OH-)均会增大
B．沉淀转化的离子方程式为CO32- (aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+SO42- (aq)
C．盐酸溶液中，CaCO3的溶解性大于CaSO4
D．Na2CO3溶液遇CO2后，阴离子浓度均减小

【练2】（2021·四川省大竹中学高二期中）下列应用或现象主要体现的是沉淀溶解平衡原理的是
①可用FeS除去废水中的Cu2+
②溶洞的形成
③误将钡盐[BaCl2、Ba(NO3)2]当作食盐食用后，常用0.5%的Na2SO4溶液解毒
④碳酸钡不能作“钡餐”而硫酸钡能
⑤泡沫灭火器灭火
A．①③④ B．②③⑤ C．③④⑤ D．①②③④

【练3】（2021·全国·高二期中）某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2▪2H2O晶体的工艺流程如图，下列说法错误的是

A．焙烧后的废气能使酸性高锰酸钾溶液褪色
B．氧化步骤中，用双氧水代替氯气会更好
C．调节pH选用的试剂可以是CuO固体
D．CuCl2▪2H2O晶体直接加热可制得CuCl2固体

【练4】（2021·全国·高二期中）已知常温下，，下列有关说法正确的是
A．常温下，在纯水中的比在溶液中的大
B．向与的悬浊液中加入几滴浓溶液，不变
C．在的饱和溶液中通入，有析出，且溶液中
D．向、的混合溶液中滴入几滴溶液，出现黄色沉淀，此现象可验证

【练5】（2021·河北·石家庄二中高二期中）已知：工业生产中可用ZnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2+，可表示为Cu2+(aq)+ZnS(s)Zn2+(aq)+CuS(s)。下列说法不正确的是
A．反应达平衡时，c(Cu2+)=c(Zn2+)
B．过量的ZnS可通过过滤除去
C．该反应平衡常数K=
D．相同温度时，溶解度：S(ZnS)>S(CuS)

【练6】(2021·河南高二期末)孔雀石主要含碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]，还含少量Fe、Si的化合物。
实验室以孔雀石为原料制备CuSO4及CaCO3，首先将其溶于稀硫酸中，得到的溶液中含有Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋。从下列所给试剂中选择：
A．KMnO4 B．(NH4)2S C．H2O2 D．KSCN
(1)检验溶液中Fe3＋的最佳试剂为______(填代号)。
(2)为使Fe2＋、Fe3＋一起沉淀，需先加____(填代号)，此时发生反应的离子方程式为________。
(3)然后再加_______(填化学式)调整溶液的pH只生成Fe(OH)3沉淀。

【练7】(2021·内蒙古集宁一中高二月考)(1)在25℃下，向浓度均为0.1 mol∙L−1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水，先生成_______沉淀(填化学式)，生成该沉淀的离子方程式为_______。(已知25℃时，Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10−11，Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10−20)
(2)相同温度下，将足量氯化银固体分别放入相同体积的①蒸馏水、②0.1 mol∙L−1盐酸、③0.1 mol∙L−1氯化镁溶液、④0.1 mol∙L−1硝酸银溶液中，c(Ag+)由大到小的顺序为：_______
(3)已知：Ksp(AgBr)=5.4×10−13，Ksp(AgCl)=1.8×10−10，向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr，当两种沉淀共存时，=_______。
(4)已知在25℃时，Ksp[Mg(OH)2]=3.2×10−11。25℃时，向0.02 mol∙L−1的MgCl2溶液中加入NaOH固体，如要生成Mg(OH)2沉淀，应使溶液中的c(OH－)最小为_______mol∙L−1。
(5)某温度时，BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示，下列说法正确的是_______

A．加入Na2SO4可使溶液由a点变到b点
B．通过蒸发可以使溶液由d点变到c点
C．b点有BaSO4沉淀生成
D．a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp