1、第3章物质在水溶液中的行为第3节沉淀溶解平衡课后篇素养形成必备知识基础练1.在温热气候条件下,浅海地区有厚层的石灰石沉积,而深海地区却很少。下列分析不正确的是()A.与深海地区相比,浅海地区水温较高,有利于游离的CO2增多、石灰石沉积B.与浅海地区相比,深海地区压强大,石灰石岩层易被CO2溶解,沉积少C.深海地区石灰石岩层的溶解反应为:CaCO3(s)+H2O(l)+CO2(aq)Ca(HCO3)2(aq)D.海水呈弱酸性,大气中CO2浓度增加,会导致海水中CO32-浓度增大答案D解析海水中CO2的溶解度随温度的升高而减小,随压力的增大而增大,在浅海地区,海水层压力较小,同时水温比较高,因而C
2、O2的浓度较小,即游离的CO2增多,根据平衡移动原理,上述平衡向生成CaCO3方向移动,产生石灰石沉积,A项正确;在深海地区溶解的CO2较多,石灰石岩层易被CO2溶解,沉积少,B项正确;在深海地区中,石灰石的沉淀溶解平衡向右移动,且倾向很大,故溶解反应为CaCO3(s)+H2O(l)+CO2(aq)Ca(HCO3)2(aq),C项正确;海水温度一定时,大气中CO2浓度增加,海水中溶解的CO2随之增大,导致CO32-转化为HCO3-,CO32-浓度降低,D项错误。2.把氢氧化钙放入蒸馏水中,一段时间后达到如下平衡:Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq),加入以下溶液,可使Ca(O
3、H)2减少的是()A.Na2S溶液B.AlCl3溶液C.NaOH溶液D.CaCl2溶液答案B解析Na2S水解使溶液显碱性,增大了溶液中OH-的浓度;NaOH会提供大量OH-;CaCl2会增大Ca2+的浓度,所以A、C、D选项都会使平衡向左移动使Ca(OH)2增多。AlCl3中的Al3+可与OH-发生反应生成Al(OH)3沉淀,使平衡向右移动,促进Ca(OH)2的溶解。3.对于难溶盐MX,其饱和溶液中M+、X-的物质的量浓度之间的关系类似于c平(H+)c平(OH-)=KW,存在等式c平(M+)c平(X-)=Ksp。现将足量的AgCl分别加入下列物质中,溶解度由大到小的排列顺序是()20 mL 0
4、.01 molL-1 KCl溶液30 mL 0.02 molL-1 CaCl2溶液40 mL 0.03 molL-1 HCl溶液10 mL蒸馏水50 mL 0.05 molL-1 AgNO3溶液A.B.C.D.答案B解析AgCl的沉淀溶解平衡为AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),由于c平(Ag+)c平(Cl-)=Ksp,c平(Cl-)或c平(Ag+)越大,越能抑制AgCl的溶解,AgCl的溶解度越小。注意AgCl的溶解度大小只与溶液中Ag+或Cl-的浓度有关,而与溶液的体积无关。中c平(Cl-)=0.01molL-1,中c平(Cl-)=0.04molL-1,中c平(Cl-)=0.03
5、molL-1,中无Cl-和Ag+,中c平(Ag+)=0.05molL-1。Ag+或Cl-浓度由小到大的顺序为。4.CaSO4有很多用途,例如制豆腐就用到石膏(主要成分是CaSO4),CaSO4微溶于水,溶于水的部分可以形成CaSO4饱和溶液,其饱和溶液中存在平衡:CaSO4(s)Ca2+(aq)+SO42-(aq),分别采取下列措施,能使溶液中c(Ca2+)增大的是()A.降温B.加入CaSO4C.加入BaCl2D.加水答案C解析降温时溶解度减小,钙离子浓度减小,故A错误;CaSO4饱和溶液中再加入硫酸钙,不再溶解,钙离子浓度不变,故B错误;加入BaCl2时,钡离子与硫酸根离子生成更难溶的硫酸
6、钡沉淀,平衡正向移动,钙离子浓度增大,所以C正确;加水稀释时,钙离子浓度减小,故D错误。5.下列说法正确的是()A.在一定温度下的AgCl水溶液中,Ag+和Cl-浓度的乘积是一个常数B.AgCl的Ksp=1.810-10 mol2L-2,在任何含AgCl固体的溶液中,c平(Ag+)=c平(Cl-),且Ag+和Cl-浓度的乘积等于1.810-10 mol2L-2C.温度一定时,在AgCl饱和溶液中,Ag+和Cl-浓度的乘积是一个常数D.向饱和AgCl溶液中加入盐酸,Ksp变大答案C解析AgCl的溶度积Ksp是饱和溶液中c平(Ag+)与c平(Cl-)的乘积,只受温度的影响,C正确,D错误;在含有A
7、gCl固体的溶液中Ag+、Cl-不一定只来源于AgCl的溶解,二者浓度不一定相等,B错误;A中不一定是饱和溶液,A错误。6.(2020浙江舟山中学高二检测)已知Ksp(CaSO4)=7.110-5 mol2L-2,Ksp(CaCO3)=2.810-9 mol2L-2,Ksp(CaF2)=1.510-10 mol3L-3,某溶液中含有SO42-、CO32-和F-,浓度均为0.010 molL-1,向该溶液中逐滴加入0.010 molL-1的CaCl2溶液时,三种阴离子产生沉淀的先后顺序为()A.SO42-、CO32-、F-B.CO32-、SO42-、F-C.CO32-、F-、SO42-D.F-、
8、CO32-、SO42-答案C解析析出沉淀时,CaSO4溶液中c平(Ca2+)=Ksp(CaSO4)c平(SO42-)=7.110-50.010molL-1=7.110-3molL-1,CaCO3溶液中c平(Ca2+)=Ksp(CaCO3)c平(CO32-)=2.810-90.010molL-1=2.810-7molL-1,CaF2溶液中c平(Ca2+)=1.510-100.0102molL-1=1.510-6molL-1,c平(Ca2+)越小,则越先生成沉淀,所以三种阴离子产生沉淀的先后顺序为CO32-、F-、SO42-。7.关于沉淀溶解平衡和溶度积常数,下列说法不正确的是()A.将饱和Na2
9、SO4溶液加入到饱和石灰水中,有白色沉淀产生,不能说明KspCa(OH)2大于Ksp(CaSO4)B.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C.已知25 时,KspFe(OH)3=2.610-39 mol4L-4,该温度下反应Fe(OH)3+3H+Fe3+3H2O的平衡常数K=4.0104 L2mol-2D.已知25 时,KspMg(OH)2=5.610-12 mol3L-3,在MgCl2溶液中加入氨水,测得混合液的pH=11,则溶液中的c平(Mg2+)为5.610-6 molL-1答案C解析A项,只能说明Ca(OH)2的溶解度大于CaSO4的溶解度;B项,Ksp只与难
10、溶电解质的性质和温度有关,而与溶液中的离子浓度无关;C项,反应的平衡常数K=c平(Fe3+)c平3(H+)=c平3(OH-)c平(Fe3+)KW3=KspFe(OH)3KW3=2.6103L2mol-2;D项,c平(Mg2+)=5.610-12(10-3)2molL-1=5.610-6molL-1。8.(2020福建长乐高级中学高二检测)要使工业废水中的重金属离子Pb2+沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作为沉淀剂,已知Pb2+形成的化合物的溶解度如下:化合物PbSO4PbCO3PbS溶解度/g1.0310-41.8110-71.8410-14由上述数据可知,选用沉淀剂最好为()A.硫化物B.
11、硫酸盐C.碳酸盐D.以上沉淀剂均可答案A解析由表中数据可知PbS的溶解度最小,所以生成PbS时Pb2+沉淀最完全,溶液中剩余的Pb2+浓度最小,所以最好的沉淀剂为硫化物,A项正确。9.钡(Ba)和锶(Sr)及其化合物在工业上有着广泛的应用,它们在地壳中常以硫酸盐的形式存在,BaSO4和SrSO4都是难溶性盐。工业上提取钡和锶时首先将BaSO4和SrSO4转化成难溶的弱酸盐。已知:SrSO4(s)Sr2+(aq)+SO42-(aq)Ksp=2.510-7 mol2L-2SrCO3(s)Sr2+(aq)+CO32-(aq)Ksp=2.510-9 mol2L-2(1)将SrSO4转化成SrCO3的离
12、子方程式为;该反应的平衡常数表达式为;该反应能发生的原因是(用沉淀溶解平衡的有关理论解释)。(2)对于上述反应,实验证明增大CO32-的浓度或降低温度都有利于提高SrSO4的转化率。判断在下列两种情况下,平衡常数K的变化情况(填“增大”“减小”或“不变”)。升高温度,平衡常数K将。增大CO32-的浓度,平衡常数K将。(3)已知,SrSO4和SrCO3在酸中的溶解度与BaSO4和BaCO3类似,设计实验证明上述过程中SrSO4是否完全转化成SrCO3。实验所用的试剂为;实验现象及其相应结论为。答案(1)SrSO4(s)+CO32-(aq)SrCO3(s)+SO42-(aq)K=c平(SO42-)
13、c平(CO32-)Ksp(SrCO3)Ksp(SrSO4),加入CO32-后,平衡SrSO4(s)Sr2+(aq)+SO42-(aq)正向移动,生成SrCO3(2)减小不变(3)盐酸若沉淀完全溶解,则证明SrSO4完全转化成SrCO3,否则,未完全转化解析(1)SrSO4转化成SrCO3的离子反应为SrSO4(s)+CO32-(aq)SrCO3(s)+SO42-(aq),平衡常数表达式为K=c平(SO42-)c平(CO32-),根据沉淀转化的原理,该反应能够发生,是因为Ksp(SrCO3)Ksp(SrSO4)。(2)降低温度有利于提高SrSO4的转化率,说明降温平衡向正反应方向移动,因此升高温
14、度,平衡向逆反应方向移动,故平衡常数K减小。平衡常数只与温度有关,增大CO32-的浓度,平衡常数不变。(3)根据提供的信息,可以推断SrSO4难溶于盐酸,而SrCO3可溶于盐酸,因此向溶液中加入盐酸,若沉淀全部溶解,则SrSO4完全转化成SrCO3,若沉淀没有全部溶解,则SrSO4没有完全转化成SrCO3,需要注意的是,不能选择稀硫酸,因为SrCO3与稀硫酸反应生成SrSO4。关键能力提升练10.(2020河北邯郸质检)常温下,Ksp(PbI2)=7.110-9 mol3L-3。取适量黄色PbI2粉末溶于水中,充分搅拌后得到浊液,过滤。在滤液中加入少量KI,测得c平(I-)=1.010-2 m
15、olL-1。下列说法正确的是()A.Ksp(PbI2)减小B.溶液中c平(I-)减小C.产生黄色沉淀D.溶液中c平(Pb2+)=7.110-7 molL-1答案C解析常温下,Ksp(PbI2)=7.110-9mol3L-3。取适量黄色PbI2粉末溶于水中,充分搅拌后得到浊液,过滤。在滤液中,Ksp(PbI2)=c平(Pb2+)c平2(I-)=4c平3(Pb2+)=7.110-9mol3L-3,c平(Pb2+)1.310-3molL-1,c平(I-)2.610-3molL-1。在滤液中加入少量KI,测得c平(I-)=1.010-2molL-1,若产生PbI2沉淀,Pb2+的最小浓度c平(Pb2+
16、)=7.110-9(1.010-2)2molL-1=7.110-5molL-113,故C错误;溶液中c平(OH-)=110-141.010-13=10-1molL-1,溶液中的c平(Mg2+)=5.610-1210-110-1molL-1=5.610-10molL-1,故D正确。12.(2019海南化学)一定温度下,AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)体系中,c平(Ag+)和c平(Cl-)关系如图所示。下列说法正确的是()A.a、b、c三点对应的Ksp不相等B.AgCl在c点的溶解度比b点的大C.AgCl溶于水形成的饱和溶液中,c平(Ag+)=c平(Cl-)D.b点的溶液中加入AgNO
17、3固体,c(Ag+)沿曲线向c点方向变化答案C解析温度一定,Ksp大小不变,则a、b、c三点对应的Ksp相等,A项错误;同一平衡体系中,温度一定,溶解度大小也不变,B项错误;Ksp(AgCl)=c平(Ag+)c平(Cl-),根据AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)可知,C项正确;b点的溶液中加入AgNO3固体,c平(Ag+)变大,Ksp(AgCl)不变,则c平(Cl-)相应减小,所以沿曲线向a点方向变化,D项错误。13.(2021广东深圳高二期末)已知t时AgCl的Ksp=410-10 mol2L-2,在t时,Ag2CrO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是()A.在t
18、时,Ag2CrO4的Ksp为110-11 mol3L-3B.在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4(s)可使溶液由Y点到Z点C.在t,反应Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)2AgCl(s)+CrO42-(aq)的平衡常数K=6.25107 Lmol-1D.在t时,以0.001 molL-1 AgNO3溶液滴定20 mL 0.001 molL-1 KCl和0.001 molL-1的K2CrO4的混合溶液,CrO42-先沉淀答案D解析在t时,Ag2CrO4的溶度积Ksp(Ag2CrO4)=c平2(Ag+)c平(CrO42-)=(110-3)210-5mol3L-3=110-11mol3L-
19、3,A正确;在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4(s),c平(CrO42-)增大,可使溶液由Y点到Z点,故B正确;在t,Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)2AgCl(s)+CrO42-(aq)的平衡常数K=c平(CrO42-)c平2(Cl-)c平2(Ag+)c平2(Ag+)=Ksp(Ag2CrO4)Ksp2(AgCl)=6.25107Lmol-1,故C正确;在t时,开始产生AgCl沉淀时Ag+的浓度为Ksp(AgCl)c平(Cl-)=410-7molL-1,开始产生Ag2CrO4沉淀时,Ag+的浓度为Ksp(Ag2CrO4)c平(CrO42-)12=110-4molL-1,所以Cl-
20、沉淀需要的Ag+较小而先沉淀,故D错误。14.(1)工业废水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-,它们对人类及生态系统会产生很大损害,必须进行处理。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),常温下,Cr(OH)3的溶度积Ksp=c平(Cr3+)c平3(OH-)=10-32 mol4L-4,要使c平(Cr3+)降低为10-5 molL-1,溶液的pH应调至。(2)在0.10 molL-1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌,有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成,当溶液的pH=8时,c平(Cu2+)= molL-1KspCu(OH)2=2.2
21、10-20 mol3L-3。若在0.1 molL-1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体,使Cu2+完全沉淀为CuS,此时溶液中的H+浓度是 molL-1。答案(1)5(2)2.210-80.2解析(1)Cr(OH)3的溶度积Ksp=c平(Cr3+)c平3(OH-)=10-32mol4L-4,则c平(OH-)=3Kspc平(Cr3+)=310-3210-5molL-1=10-9molL-1,c平(H+)=KWc平(OH-)=10-1410-9molL-1=10-5molL-1,则pH=-lgc平(H+)=-lg10-5=5。(2)pH=8时c平(OH-)=10-6molL-1,由氢氧化铜的溶度积常数
22、可知:Ksp=2.210-20mol3L-3=10-12mol2L-2c平(Cu2+),得c平(Cu2+)=2.210-8molL-1;要使Cu2+沉淀完全,已知c始(Cu2+)=0.1molL-1,根据反应关系式:Cu2+2H+可得,c平(H+)=0.2molL-1。15.(2020山东德州高二期末)NiSO4xH2O是一种绿色易溶于水的晶体,广泛用于镀镍、电池等,可由电镀废渣(除镍外还含有铜、锌、铁等元素)为原料获得。操作步骤如图:(1)电镀在铜上的镍层破损后,镀层(填“能”或“否”)继续保护内部金属。(2)向滤液中加入FeS的目的是,当Zn2+恰好沉淀完全时,则c平(Cu2+)= mol
23、L-1已知Ksp(CuS)=1.310-36 mol2L-2,Ksp(ZnS)=1.610-24 mol2L-2。(3)对滤液中加入H2O2时发生的反应离子方程式为。(4)滤液中溶质的主要成分是NiSO4,加入Na2CO3过滤后再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4,这两步操作的目的是。(5)为测定NiSO4xH2O晶体中x的值,称取5.26 g晶体加热至完全失去结晶水,剩余固体3.10 g,则x的值为。答案(1)能(2)除去溶液中的Cu2+和Zn2+8.110-18(3)2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O(4)得到较浓的NiSO4溶液(或富集NiSO4等)(5)6解析电镀废渣(除镍外,
24、还含有铜、锌、铁等元素)加稀硫酸后,锌和铁与稀硫酸反应生成锌离子和亚铁离子,过滤后在滤液中加入FeS,生成CuS、ZnS,可除去Cu2+、Zn2+等杂质,对滤液先加过氧化氢溶液,可氧化Fe2+生成Fe3+,有利于水解生成氢氧化铁沉淀而除去,过滤后在滤液中加入碳酸钠,可生成NiCO3,过滤后加入硫酸可生成NiSO4,经蒸发、浓缩、冷却结晶可得到硫酸镍晶体。(1)电镀在铜上的镍层破损后,由于镍比铜活泼,因此镀层还能继续保护内部金属。(2)过滤后在滤液中加入FeS,生成CuS、ZnS,可除去Cu2+、Zn2+等杂质。当Zn2+恰好沉淀完全,c平(Zn2+)=110-5molL-1,Ksp(ZnS)=
25、1.610-24mol2L-2=c平(Zn2+)c平(S2-),c平(S2-)=1.610-24110-5molL-1=1.610-19molL-1,Ksp(CuS)=c平(Cu2+)c平(S2-)=1.310-36mol2L-2,则c平(Cu2+)=Ksp(CuS)c平(S2-)=1.310-361.610-19molL-18.110-18molL-1。(3)对滤液加H2O2溶液的目的是将Fe2+氧化Fe3+,然后调pH沉淀Fe3+以除去Fe3+,反应的化学方程式为2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O。(4)滤液中溶质的主要成分是NiSO4,再加入碳酸钠过滤后,加稀硫酸溶解又生成Ni
26、SO4,可增大成NiSO4浓度,有利于蒸发结晶。(5)剩余固体3.10g,n(NiSO4)=3.10g155gmol-1=0.02mol,n(H2O)=5.26g-3.10g18gmol-1=0.12mol,则x=0.120.02=6。学科素养拔高练16.某硫酸工厂的酸性废水中砷(As)元素含量极高,为控制砷的排放,可采用化学沉降法处理含砷废水,相关数据如下表。请回答以下问题:表1几种盐的Ksp难溶物KspCa3(AsO4)26.810-19 mol5L-5CaSO49.110-6 mol2L-2FeAsO45.710-21 mol2L-2表2工厂污染物排放浓度及允许排放标准污染物H2SO4A
27、s废水浓度29.4 gL-11.6 gL-1排放标准pH=690.5 mgL-1(1)该硫酸工厂排放的废水中硫酸的物质的量浓度为 molL-1。(2)若酸性废水中Fe3+的浓度为1.010-4 molL-1,则c平(AsO43-)= molL-1。(3)工厂排放出的酸性废水中的三价砷(弱酸H3AsO3)不易沉降,可投入MnO2先将其氧化成五价砷(弱酸H3AsO4),此时MnO2被还原为Mn2+,该反应的离子方程式为。(4)在处理含砷废水时采用分段式,先向废水中投入生石灰调节pH到2,再投入生石灰将pH调节到8左右,使五价砷以Ca3(AsO4)2的形式沉降。将pH调节到2时废水中有大量沉淀产生,
28、沉淀主要成分的化学式为。Ca3(AsO4)2在pH调节到8左右才开始沉淀,原因为。砷酸(H3AsO4)分步电离的平衡常数(25 )为Ka1=5.610-3 molL-1,Ka2=1.710-7 molL-1,Ka3=4.010-12 molL-1,第三步电离的平衡常数表达式为Ka3=,Na3AsO4第一步水解的离子方程式为AsO43-+H2OHAsO42-+OH-,该步水解的平衡常数(25 )为。答案(1)0.3(2)5.710-17(3)2H+MnO2+H3AsO3H3AsO4+Mn2+H2O(4)CaSO4H3AsO4是弱酸,当溶液pH调节到8左右,c平(AsO43-)增大,容易形成Ca3
29、(AsO4)2沉淀或者pH增大,促进H3AsO4电离,c平(AsO43-)增大,Q=c平3(Ca2+)c平2(AsO43-)KspCa3(AsO4)2时,Ca3(AsO4)2才开始沉淀c平(H+)c平(AsO43-)c平(HAsO42-)2.510-3 molL-1解析(1)由题意可得H2SO4的浓度为29.4gL-198gmol-1=0.3molL-1。(2)c平(AsO43-)=5.710-211.010-4molL-1=5.710-17molL-1。(3)利用化合价升降原理配平相关方程式,即可得出离子方程式为2H+MnO2+H3AsO3H3AsO4+Mn2+H2O。(4)由于H2SO4是
30、强酸,废水中SO42-浓度较大,所以当pH=2时,生成的沉淀为CaSO4。H3AsO4为弱酸,当pH较小时,抑制了H3AsO4的电离,c平(AsO43-)较小,不易形成Ca3(AsO4)2沉淀,当pH8时,AsO43-的浓度增大,容易形成Ca3(AsO4)2沉淀。H3AsO4的第一步电离方程式为H3AsO4H+H2AsO4-,第二步电离方程式为H2AsO4-H+HAsO42-,第三步电离方程式为HAsO42-H+AsO43-,Ka3=c平(H+)c平(AsO43-)c平(HAsO42-)。AsO43-第一步水解的平衡常数Kh1=c平(OH-)c平(HAsO42-)c平(AsO43-)=KWc平(HAsO42-)c平(H+)c平(AsO43-)=KWc平(HAsO42-)c平(H+)c平(AsO43-)=KWKa3=10-14mol2L-24.010-12molL-1=2.510-3molL-1。