高考化学一轮总复习优化设计-课时规范练26-沉淀溶解平衡.docx

课时规范练26　沉淀溶解平衡
基础巩固
1.(2020山东日照校级期末联合考试)已知Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,Ka1(H2CO3)=4.2×10-7、Ka2(H2CO3)=5.6×10-11。溶洞是碳酸盐类岩石受到溶有CO2的流水长年累月的溶蚀而形成的,反应的原理可表示为CaCO3+H2CO3Ca2++2HCO3-,该反应的平衡常数为(　　)

A.3.7×10-13 B.6.7×10-3
C.5×10-3 D.2.1×10-5
2.(2020北京东城区模拟)工业上常用还原沉淀法处理含铬废水(Cr2O72-和CrO42-),常温下,其流程为:
CrO42-(黄色)Cr2O72-(橙色)Cr3+(绿色)Cr(OH)3↓
已知:步骤③生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡:
Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq)　Ksp=c(Cr3+)·c3(OH-)=10-32
下列有关说法正确的是(　　)
A.步骤①中当v(CrO42-)=2v(Cr2O72-)时,说明反应2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O达到平衡状态
B.若向K2Cr2O7溶液中加NaOH浓溶液,溶液可由黄色变橙色
C.步骤②中,若要还原1 mol Cr2O72-,需要12 mol 的Fe2+
D.步骤③中,当将溶液的pH调节至5时,可认为废水中的铬元素已基本除尽(当溶液中c(Cr3+)≤10-5 mol·L-1时,可视作该离子沉淀完全)
3.(2020山东淄博一模)常温下,用AgNO3溶液分别滴定浓度均为0.01 mol·L-1的KCl、K2C2O4溶液,所得的沉淀溶解平衡图像如图所示(不考虑C2O42-的水解)。已知Ksp(AgCl)数量级为10-10。下列叙述不正确的是(　　)

A.图中Y线代表的Ag2C2O4
B.n点表示AgCl的过饱和溶液
C.向c(Cl-)=c(C2O42-)的混合液中滴入AgNO3溶液时,先生成AgCl沉淀
D.Ag2C2O4+2Cl-2AgCl+C2O42-的平衡常数为1.0×10-0.71
4.(2020山东枣庄期末)25 ℃时,Fe(OH)2和Cu(OH)2的饱和溶液中,金属阳离子的物质的量浓度的负对数[-lgc(M2+)]与溶液pH的变化关系如图所示,已知该温度下Ksp[Cu(OH)2]少量Fe2+,可加入适量CuO
5.(2019湖北鄂州、黄冈高三模拟)某科研课题小组研究利用含H+、Na+、Zn2+、Mn2+、Fe2+、Fe3+、SO42-的工业废电解质溶液,制备高纯的ZnO、MnO2、Fe2O3,设计出如下实验流程:

回答下列问题:
(1)加入双氧水的目的是　　　　　　　　　　　　　。 
(2)第一次调pH使Fe3+完全沉淀,写出反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)第二次调pH前,科研小组成员分析此时的溶液,得到相关数据如下表(表中金属离子沉淀完全时,其浓度为1×10-5 mol·L-1)。
离子
种类
浓度(mol·L-1)
氢氧化物
的Ksp
开始沉淀
时的pH
沉淀完全
时的pH
Zn2+
0.12
1.2×10-17
6.0
8.1
Mn2+
0.10
4.0×10-14
7.8
9.8

为防止Mn2+也同时沉淀造成产品不纯,最终选择将溶液的pH控制为7,则此时溶液中Zn2+的沉淀率为　　　　　　,利用滤渣Ⅱ制备高纯的ZnO时,必然含有极其微量的　　　　　(以物质的化学式表示)。 
(4)已知常温下,Ksp(MnS)=3.0×10-14、Ksp(ZnS)=1.5×10-24。在除锌时发生沉淀转化的反应为MnS(s)+Zn2+(aq)ZnS(s)+Mn2+(aq),其平衡常数K=　　　　　　。 
(5)沉锰反应在酸性条件下完成,写出该反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
能力提升
6.(2019天津河东区一模)某电路板生产企业的水质情况及国家允许排放的污水标准如下表所示。为研究废水中Cu2+处理的最佳pH,取5份等量的废水,分别用30%的NaOH溶液调节pH至8.5、9、9.5、10、11,静置后,分析上层清液中铜元素的含量,实验结果如图所示。查阅资料,平衡Ⅰ:Cu(OH)2+4NH3[Cu(NH3)4]2++2OH-;平衡Ⅱ:Cu(OH)2+2OH-[Cu(OH)4]2-。下列说法不正确的是(　　)
项目
废水水质
排放标准
pH
1.0
6~9
Cu2+/(mg·L-1)
72
≤0.5
NH4+/(mg·L-1)
2 632
≤15

A.废水中Cu2+处理的最佳pH约为9
B.b~c段:随pH升高,Cu(OH)2的量增加,平衡Ⅰ正向移动,铜元素含量上升
C.c~d段:随pH升高,c(OH-)增加,平衡Ⅰ逆向移动,铜元素含量下降
D.d点以后,随c(OH-)增加,铜元素含量可能上升
7.(双选)(2020山东德州期末)已知:pNi=-lgc(Ni2+),常温下H2S的电离平衡常数:Ka1=1.3×10-7,Ka2=7.1×10-15。常温下,向10 mL 0.1 mol·L1 Ni(NO3)2溶液中滴加0.1 mol·L-1 Na2S溶液,滴加过程中pNi与Na2S溶液体积的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.E、F、G三点中,F点对应溶液中水的电离程度最大
B.常温下,Ksp(NiS)=1×10-21
C.Na2S溶液中c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)=c(Na+)
D.Na2S溶液中,S2-第一步水解常数Kh1=1.0×10-147.1×10-15

8.(双选)(2020山东济南一模)某温度下,向10 mL 0.01 mol·L-1 PbCl2溶液中滴加0.01 mol·L-1的Na2S溶液,滴加过程中-lgc(Pb2+)与Na2S溶液体积的关系如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.该温度下,Ksp(PbS)=1.0×10-28
B.a、b、c三点对应的溶液中,水的电离程度最小的为a点
C.若改用0.02 mol·L-1 Na2S溶液,b点应该水平左移
D.若改用0.02 mol·L-1 PbCl2溶液,b点移向右下方
9.(双选)(2020山东潍坊二模)常温下,用AgNO3溶液分别滴定浓度均为0.01 mol·L-1的KSCN、K2CrO4溶液,所得的沉淀溶解平衡图像如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A.Ksp(Ag2CrO4)的数值为10-9.92
B.a点表示的是Ag2CrO4的不饱和溶液
C.沉淀废液中的Ag+用K2CrO4溶液比等浓度的KSCN溶液效果好
D.Ag2CrO4(s)+2SCN-(aq)2AgSCN(s)+CrO42-(aq)的平衡常数为1012.08
10.以炼锌厂的烟道灰(如图,主要成分为ZnO,还含有少量Fe2O3、CuO、SiO2、MnO等)为原料可生产草酸锌晶体(ZnC2O4·2H2O)。

有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表:
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Zn(OH)2
开始沉淀
时的pH
1.9
6.5
4.2
5.4
完全沉淀
时的pH
3.3
9.7
67
8.2

已知:Ksp(FeS)=1.4×10-19,Ksp(MnS)=2.8×10-13。
(1)滤渣A的主要成分为　　　　　　(填化学式)。 
(2)生成滤渣B的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)除铁时加入ZnO控制反应液的pH范围为　　　　　　。 
(4)25 ℃时,向0.10 mol·L-1的H2S溶液中通入HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液的pH,溶液的pH与c(S2-)的关系如图所示(忽略溶液体积的变化和H2S的挥发)。

①pH=13时,溶液中的c(H2S)+c(HS-)=　　　　　　 mol·L-1。 
②某溶液中含未知浓度的Mn2+、0.01 mol·L-1 Fe2+和0.10 mol·L-1 H2S,当溶液pH=　　　　　　时,Fe2+开始沉淀,当Mn2+开始沉淀时,溶液中c(Mn2+)c(Fe2+)=　　　　　　。 
拓展深化
11.铍铜是力学、化学综合性能良好的合金,广泛应用于制造高级弹性元件。以下是从某废旧铍铜元件(含BeO 25%、CuS 71%、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的流程。

已知:Ⅰ.铍、铝元素处于周期表中的对角线位置,化学性质相似
Ⅱ.常温下:Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Mn(OH)2]=2.1×10-13
(1)滤液A的主要成分除NaOH外,还有　　　　　　(填化学式),写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式:　。 
(2)滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl,为提纯BeCl2,选择合理步骤并排序:　　　　　　。 
a.加入过量的NaOH　b.通入过量的CO2　c.加入过量的氨水　d.加入适量的HCl　e.过滤　f.洗涤
(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为单质硫,写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②若用浓硝酸溶解金属硫化物,缺点是　　　　　　　　　　　　(任写一条)。 
(4)滤液D中含c(Cu2+)=2.2 mol·L-1、c(Fe3+)=0.008 mol·L-1、c(Mn2+)=0.01 mol·L-1,逐滴加入稀氨水调节pH可依次分离,首先沉淀的是　　　　　　(填离子符号),为使铜离子开始沉淀,常温下应调节溶液的pH大于　　　　　　。 

课时规范练26　沉淀溶解平衡
1.D　题述反应的平衡常数K=c2(HCO3-)×c(Ca2+)c(H2CO3)=c2(HCO3-)×c(Ca2+)c(H2CO3)×c(H+)×c(CO32-)c(H+)×c(CO32-)=Ka1×KspKa2=(4.2×10-7×2.8×10-9)÷(5.6×10-11)=2.1×10-5,D正确。
2.D　v(CrO42-)=2v(Cr2O72-),未指明反应方向,不能说明正、逆反应速率相等,则不能说明反应达到平衡状态,A错误;依据转化关系2CrO42-(黄色)+2H+Cr2O72-(橙色)+H2O,若向K2Cr2O7溶液中加NaOH浓溶液,氢离子浓度减小,平衡逆向移动,则溶液会由橙色变为黄色,B错误;步骤②中,还原1 mol Cr2O72-,转移电子为1 mol ×2×(6-3)=6 mol ,Fe元素的化合价由+2升高为+3,则由电子守恒可知需要6 mol Fe2+,C错误;步骤③中,当将溶液的pH调节至5时,c(OH-)=10-9 mol·L-1,由Ksp可知c(Cr3+)=10-32(10-9)3 mol·L-1=10-5 mol·L-1,废水中的铬元素已基本除尽,D正确。
3.D　由于Ksp(AgCl)数量级为10-10,依据图像X线对应的c(Ag+)·c(Xn-)数量级为10-10,则X线代表氯化银,Y线代表Ag2C2O4,A正确;n点c(Cl-)×c(Ag+)>Ksp(AgCl),所以n表示AgCl的过饱和溶液,B正确;向c(Cl-)=c(C2O42-)的混合液中滴入AgNO3溶液时,Cl-生成AgCl沉淀需要的银离子浓度小,所以先生成AgCl沉淀,C正确;Ag2C2O4+2Cl-2AgCl+C2O42-的平衡常数K=c(C2O42-)c2(Cl-)=c(C2O42-)·c2(Ag+)c2(Cl-)·c2(Ag+)=Ksp(Ag2C2O4)[Ksp(AgCl)]2,根据图像可知,Ksp(AgCl)=c(Cl-)·c(Ag+)=10-5.75×10-4=10-9.75,Ksp(Ag2C2O4)=c(C2O42-)·c2(Ag+)=10-2.46×(10-4)2=10-10.46,则K=10-10.46(10-9.75)2=1.0×109.04,D错误。
4.A　该温度下,Ksp[Cu(OH)2]c(Cu2+),离子浓度越大,-lgc(M2+)值越小,则相同条件下,饱和溶液中c(Fe2+)较大,所以Fe(OH)2饱和溶液中-lgc(Fe2+)较小,则b线表示Fe(OH)2饱和溶液中的变化关系,由图像可知,pH=8时,-lgc(Fe2+)=3.1,Ksp[Fe(OH)2]=10-3.1×(10-6)2=10-15.1,A正确;当pH=10时,-lgc(Cu2+)=11.7,则Ksp[Cu(OH)2]=10-11.7×(10-4)2=10-19.7,当Fe(OH)2和Cu(OH)2沉淀共存时,c(Fe2+)∶c(Cu2+)=Ksp[Fe(OH)2]Ksp[Cu(OH)2]=10-15.110-19.7=110-4.6,B错误;向X点对应的饱和溶液中加入少量NaOH,溶液中会生成Cu(OH)2沉淀,溶液中铜离子的浓度会减小,而从X点到Y点铜离子浓度不变,C错误;Ksp[Cu(OH)2]程式为Fe3++3OH-Fe(OH)3↓。
(3)pH控制为7时c(H+)=10-7 mol·L-1,c(OH-)=10-7 mol·L-1,c(Zn2+)=Kspc2(OH-)=1.2×10-3 mol·L-1,1.2×10-30.12×100%=1%,则Zn2+的沉淀率=1-1%=99%。第一次调pH使Fe3+完全沉淀时,有极其少量的Fe3+存在,所以利用滤渣Ⅱ制备高纯的ZnO时,必然含有极其微量的Fe2O3。
(4)根据题意可知,MnS(s)Mn2+(aq)+S2-(aq)
Ksp(MnS)=3.0×10-14,ZnS(s)Zn2+(aq)+S2-(aq)
Ksp(ZnS)=1.5×10-24,在除锌时发生沉淀转化反应MnS(s)+Zn2+(aq)ZnS(s)+Mn2+(aq),其平衡常数K=Ksp(MnS)Ksp(ZnS)=3.0×10-141.5×10-24=2×1010。
(5)沉锰反应在酸性条件下完成,由生成物为MnO2可知Mn化合价升高,则S化合价下降,根据得失电子守恒配平反应的离子方程式为Mn2++S2O82-+2H2OMnO2↓+2SO42-+4H+。
6.B　由图像中的变化曲线可知pH=9时铜离子浓度最小,废水中Cu2+处理的最佳pH约为9,A正确;b~c段随c(OH-)增大,铵根离子与氢氧根离子结合生成一水合氨,氨气浓度增大,Cu(OH)2+4NH3[Cu(NH3)4]2++2OH-平衡正向移动,Cu(OH)2的量减少,溶液中铜元素含量上升,B错误;c~d段,随c(OH-)的增大,Cu(OH)2+4NH3[Cu(NH3)4]2++2OH-平衡逆向移动,溶液中铜元素含量下降,C正确;d点以后,随c(OH-)增加,平衡Ⅱ:Cu(OH)2+2OH-[Cu(OH)4]2-正向进行,上层清液中铜元素的含量可能上升,D正确。
7.BD　Ni(NO3)2是强酸弱碱盐,Ni2+水解,促进水的电离,使溶液显酸性,若Ni(NO3)2与Na2S恰好完全反应,生成硝酸钠,此时水的电离程度最小,由图可知,F点对应溶液中水的电离程度最小,A错误;完全沉淀时,pNi=-lgc(Ni2+)=10.5,Ksp(NiS)=c(Ni2+)·c(S2-)=1×10-10.5×1×10-10.5=1×10-21,B正确;根据物料守恒可得2c(S2-)+2c(HS-)+2c(H2S)=c(Na+),C错误;S2-第一步水解常数Kh1=c(HS-)·c(OH-)c(S2-)=KWKa2=1.0×10-147.1×10-15,D正确。
8.AC　该温度下,平衡时c(Pb2+)=c(S2-)=10-14 mol·L-1,则Ksp(PbS)=c(Pb2+)·c(S2-)=1.0×10-28,A项正确;Pb2+单独存在或S2-单独存在均发生水解,促进水的电离,b点时恰好形成PbS的沉淀,此时水的电离程度最小,B项错误;若改用0.02 mol·L-1的Na2S溶液,由于温度不变,Ksp(PbS)=c(Pb2+)·c(S2-)不变,即平衡时c(Pb2+)不变,纵坐标不变,但消耗的Na2S溶液体积减小,故b点水平左移,C项正确;若改用0.02 mol·L-1的PbCl2溶液,恰好形成PbS沉淀时消耗的Na2S的体积增大,b点应水平右移,D项错误。
9.AC　温度不变时,溶度积为常数,Ksp(AgSCN)=c(SCN-)·c(Ag+),c(Ag+)增大,则c(SCN-)减小,二者浓度变化倍数相同;Ksp(Ag2CrO4)=c(CrO42-)·c2(Ag+),c(Ag)增大,则c(CrO42-)减小,但二者浓度的变化倍数不同,结合曲线分析,当c(Ag+)由10-6 mol·L-1增大到10-2 mol·L-1,c(Xn-)由10-6 mol·L-1减小到10-10 mol·L-1,对应下面的曲线为AgSCN溶解平衡曲线,上方的曲线为Ag2CrO4溶解平衡曲线。
根据分析,上方的曲线为Ag2CrO4溶解平衡曲线,则Ksp(Ag2CrO4)=c(CrO42-)·c2(Ag+)=10-3.92×(10-4)2=10-11.92,A错误;a点的c(Ag+)小于Ag2CrO4溶解平衡时的c(Ag+),则a点的浓度积Q(Ag2CrO4)为Ag2CrO4的不饱和溶液,B正确;Ksp(Ag2CrO4)=c(CrO42-)·c2(Ag+)=10-3.92×(10-4)2=10-11.92,Ksp(AgSCN)=c(SCN-)·c(Ag+)=10-6×10-6=10-12,沉淀废液中的Ag+用KSCN溶液比等浓度的K2CrO4溶液效果好,C错误;Ag2CrO4(s)+2SCN-(aq)2AgSCN(s)+CrO42-(aq)的平衡常数K=c(CrO42-)c2(SCN-)=c(CrO42-)·c2(Ag+)[c(SCN-)·c(Ag+)]2=Ksp(Ag2CrO4)[Ksp(AgSCN)]2=10-11.92(10-12)2=1012.08,D正确。
10.答案 (1)SiO2　(2)ZnS+Cu2+CuS+Zn2+　(3)3.3~5.4
(4)①0.043　②2　2×106
解析 用盐酸酸浸时SiO2不溶解,过滤分离,滤渣A为SiO2,滤液中加入过氧化氢进行除锰,再通过调节溶液pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,过滤,滤液中再加入ZnS,Cu2+转化为CuS沉淀,过滤除去的滤渣B为CuS,滤液中主要为氯化锌,加入草酸铵得到草酸锌晶体,最终的滤液中含有氯化铵等。
(1)滤渣A为SiO2。(2)加入ZnS与溶液中的Cu2+反应转化为沉淀CuS,离子方程式为ZnS+Cu2+CuS+Zn2+。(3)除铁(部分Cu2+可能被除去)时加入ZnO控制pH使Fe3+沉淀完全,而Zn2+不能沉淀,故控制反应液pH的范围为3.3~5.4。
(4)①根据溶液pH与c(S2-)关系图,pH=13时,c(S2-)=5.7×10-2 mol·L-1,在0.10 mol·L-1 H2S溶液中,根据硫原子守恒:c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)=0.10 mol·L-1,所以c(H2S)+c(HS-)=(0.1-5.7×10-2) mol·L-1=0.043 mol·L-1;
②当Q=Ksp(FeS)时开始沉淀,所以c(S2-)=Ksp(FeS)c(Fe2+)=1.4×10-190.01 mol·L-1=1.4×10-17 mol·L-1,结合图像得出此时的pH=2,所以pH=2时Fe2+开始沉淀;当Mn2+开始沉淀时,溶液中c(Mn2+)c(Fe2+)=Ksp(MnS)Ksp(FeS)=2.8×10-131.4×10-19=2×106。
11.答案 (1)Na2SiO3、Na2BeO2　BeO22-+4H+Be2++2H2O
(2)cefd　(3)①MnO2+CuS+2H2SO4S+MnSO4+CuSO4+2H2O　②产生污染环境的气体(合理即可)
(4)Fe3+　4
解析 (1)根据流程图以及废旧铍铜元件含有成分知,铍与铝的性质相似,则BeO与Al2O3性质相似,SiO2为酸性氧化物,BeOSiO2分别与NaOH反应生成Na2BeO2、Na2SiO3,因此滤液A中含有的是NaOH、Na2BeO2、Na2SiO3,其中含铍化合物是Na2BeO2,Na2BeO2与过量盐酸反应的离子方程式为BeO22-+4H+Be2++2H2O。
(2)先将BeCl2转化成沉淀,根据已知Ⅰ,Be(OH)2为两性氢氧化物,能与过量的NaOH溶液反应,不与氨水反应,即先加过量氨水,然后过滤,对沉淀进行洗涤,再加入适量的盐酸,得到BeCl2,因此顺序是c、e、f、d。
(3)①MnO2能将金属硫化物中硫元素氧化为单质硫,CuS、MnO2在硫酸的作用下发生反应的化学方程式为CuS+MnO2+2H2SO4S+MnSO4+CuSO4+2H2O;
②硝酸具有强氧化性,浓硝酸溶解金属硫化物,硝酸作氧化剂,被还原成NO2等,NO2等有毒,对环境有污染。
(4)Cu(OH)2开始沉淀时c(OH-)=Ksp[Cu(OH)2]c(Cu2+) mol·L-1=1×10-10 mol·L-1,同理Fe(OH)3开始沉淀时c(OH-)=35×10-12 mol·L-1,Mn(OH)2开始沉淀时c(OH-)=21×10-6 mol·L-1,首先沉淀的是Fe3+;要使Cu2+开始出现沉淀,c(OH-)=10-10 mol·L-1,c(H+)=10-4 mol·L-1,pH=4,即调节溶液pH,使pH>4。
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