1、专题重点突破(八)沉淀溶解平衡常考考点突破一 沉淀溶解平衡及其应用1沉淀溶解平衡(1)沉淀溶解平衡是动态平衡，平衡时 v 沉淀v 溶解0，条件改变，平衡会发生移动，生成沉淀或沉淀逐渐溶解。(2)温度升高，沉淀溶解平衡不一定向溶解的方向移动，因为有些难溶电解质的溶解度随温度的升高而减小，如 Ca(OH)2。2沉淀溶解平衡的应用(1)除去废水中的重金属离子。(2)生活或科研中将难溶强酸盐转化为难溶弱酸盐。(3)除杂如除去 CuSO4 溶液中混有的 Fe3，可向溶液中加入 Cu(OH)2 或 Cu2(OH)2CO3 调节溶液的 pH 至 34，Fe3就会全部转化为 Fe(OH)3 沉淀而除去。1不同
2、金属的氢氧化物在酸中的溶解度不同，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。难溶金属氢氧化物在不同 pH 下的溶解度曲线如图所示：(1)pH3 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_(填字母)。A6(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)要使氢氧化铜沉淀溶解，除了加入酸之外，还可以加入氨水生成Cu(NH3)42，写出反应的离子方程式：_。(5)已知一些难溶物的溶度积常数如下表。物质FeSMnSCuSKsp1.591
3、0194.6510141.271036 物质PbSHgSZnSKsp9.0410296.410532.91025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_(填字母)。ANaOH BFeS CNa2S解析：(1)由题图可知，在 pH3 时，溶液中不会出现 Cu(OH)2 沉淀，则铜元素主要以Cu2的形式存在。(2)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，Fe3沉淀完全，而 Cu2没有形成沉淀。(3)从图示关系可看出，Co2和 Ni2沉淀的 pH 范围相差太小，无法通过控制溶液 pH 来分离二者。(4)氢氧化铜沉淀溶于
4、氨水生成 Cu(NH3)42，反应的离子方程式为 Cu(OH)24NH3H2O=Cu(NH3)422OH4H2O。(5)要使 Cu2、Pb2、Hg2三种离子形成沉淀，最好选择难溶于水的 FeS，能使三种阳离子转化为更难溶解的金属硫化物沉淀，同时又不引入其他杂质离子。答案：(1)Cu2(2)B(3)不能 Co2和 Ni2沉淀时的 pH 范围相差太小(4)Cu(OH)24NH3H2O=Cu(NH3)422OH4H2O(5)B2高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含 Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si 等元素)制备，工艺如下图所示。回答下列问题：相关金属
5、离子c0(Mn)0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下：金属离子Mn2Fe2Fe3Al3Mg2Zn2Ni2 开始沉淀的 pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的 pH10.18.32.84.710.98.28.9(1)“滤渣 1”含有 S 和_；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式_。(2)“氧化”中添加适量的 MnO2 的作用是_。(3)“调 pH”除铁和铝，溶液的 pH 范围应调节为_6 之间。(4)“除杂 1”的目的是除去 Zn2和 Ni2，“滤渣 3”的主要成分是_。(5)“除杂 2”的目的是生成 MgF2 沉淀除去 Mg2。若溶液酸度过高，Mg
6、2沉淀不完全，原因是_。解析：(1)硫化锰矿及二氧化锰粉末中加入硫酸后，发生氧化还原反应：MnO2MnS2H2SO4=2MnSO4S2H2O，故滤渣 1 的主要成分为 S 和 SiO2(不溶性硅酸盐)。(2)Fe2沉淀完全时，Mn2已经开始沉淀，故加入 MnO2 是为了将溶液中的 Fe2氧化为Fe3，便于除去。(3)除去 Fe3及 Al3，应使二者沉淀完全，故 pH 应大于 4.7。(4)锌和镍的硫化物都难溶于水，故“滤渣 3”的主要成分为 ZnS、NiS。(5)“除杂 1”步骤结束后，杂质金属阳离子只有 Mg2，加入 MnF2 形成 MgF2 沉淀而除去 Mg2，若溶液酸度过高，H浓度偏大，
7、则 F与 H结合形成 HF，使 MgF2 沉淀溶解平衡正向移动而重新溶解。答案：(1)SiO2(不溶性硅酸盐)MnO2MnS2H2SO4=2MnSO4S2H2O(2)将 Fe2氧化为 Fe3(3)4.7(4)NiS 和 ZnS(5)F与 H结合形成弱电解质 HF，MgF2Mg22F平衡向右移动突破二 溶度积常数的相关计算1Ksp 的计算类型(1)已知 Ksp 求溶液中的某种离子的浓度，如 Kspa 的饱和 AgCl 溶液中 c(Ag)amolL1。(2)已知 Ksp、溶液中某离子的浓度，求溶液中的另一种离子的浓度，如某温度下 AgCl的 Kspa，在 0.1 molL1 的 NaCl 溶液中加
8、入过量的 AgCl 固体，达到平衡后 c(Ag)10amolL1。(3)计算反应的平衡常数，如对于反应 Cu2(aq)MnS(s)CuS(s)Mn2(aq)，Ksp(MnS)c(Mn2)c(S2)，Ksp(CuS)c(Cu2)c(S2)，而平衡常数 Kc（Mn2）c（Cu2）Ksp（MnS）Ksp（CuS）。(4)利用 Ksp 和 Kw 的关系计算溶液的 pH沉淀开始时 pH 的计算已知 25 时，KspCu(OH)221020，计算向 2 molL1 的 CuSO4 溶液中加入 NaOH调节溶液 pH 为多少时才开始生成 Cu(OH)2 沉淀。提示：KspCu(OH)2c(Cu2)c2(OH
9、)2c2(OH)21020 c(OH)1010 molL1 c(H)Kwc（OH）110141010molL1104 molL1 pHlg c(H)lg 1044沉淀完全时 pH 的计算已知 25 时，KspZn(OH)21.01017，计算向 0.1 molL1 ZnCl2 溶液中加入 NaOH调节溶液 pH 为多少时，溶液中 Zn2沉淀完全。提示：当溶液中 c(Zn2)105 molL1 时，可视为 Zn2沉淀完全。KspZn(OH)2c(Zn2)c2(OH)105c2(OH)11017 c(OH)106 molL1 c(H)Kwc（OH）1014106molL1108molL1 pHlg
10、 c(H)lg 10882溶度积、溶解度和物质的量浓度之间的关系溶度积 Ksp、溶解度 S 和饱和溶液的物质的量浓度 c 都可以用来衡量沉淀的溶解能力或溶解程度，它们彼此关联，可以互相换算。以 CaCO3 的溶解平衡为例：CaCO3(s)Ca2(aq)CO23(aq)，Kspc(Ca2)c(CO23)，S 是 100 g 水中所溶解的 CaCO3 的质量。由于浓度很小，将溶液的密度近似为1 gcm3。(1)已知 Ksp，则 c(Ca2)c(CO23)KspmolL1，Sm（溶质）m（溶剂）100 gc（Ca2）0.1 LM（CaCO3）100gm（CaCO3）100 g0.1 Lc(Ca2)M
11、(CaCO3)10 Kspg(100 g溶液中水的质量近似为 100 g)。(2)已知 S，即已知 100 g 水(0.1 L)溶液中所含 CaCO3 的质量为 S g，那么 c(Ca2)S g100 gmol10.1 L S10molL1，Ksp S2100。(3)已知 c(Ca2)a molL1，则 Kspc(Ca2)c(CO23)a2，1 L 溶液中含有 a mol Ca2、a mol CO23，S100a g1 000 g 100 g10a g。名师点拨(1)在计算难溶电解质溶液中离子平衡浓度时不要搞错计量数关系。如 x molL1 铬酸银(Ag2CrO4)溶液中 c(Ag)是 2x
12、molL1 而不是 x molL1。(2)类型不同的难溶电解质的溶度积大小不能直接反映出它们的溶液中离子浓度的大小，因为它们的溶度积表达式是不同的。Ksp 与 S 的换算没有统一的公式，因电解质类型(阴、阳离子数目比)的不同而相异。1(1)在化学分析中采用 K2CrO4 为指示剂，以 AgNO3 标准溶液滴定溶液中 Cl，利用Ag与 CrO24生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。当溶液中 Cl恰好完全沉淀(浓度等于1.0105 molL1)时，溶液中 c(Ag)为_ molL1，此时溶液中 c(CrO24)等于_molL1。(已知 Ag2CrO4、AgCl 的 Ksp 分别为 2.01012 和
13、 2.01010)(2)大量的碘富集在海藻中，用水浸取后得浓缩液，该浓缩液中主要含有 I、Cl等离子。取一定量的浓缩液，向其中滴加 AgNO3 溶液，当 AgCl 开始沉淀时，溶液中 c（I）c（Cl）为_。已知 Ksp(AgCl)1.81010，Ksp(AgI)8.51017。解析：(1)由 AgCl 的 Kspc(Ag)c(Cl)，当溶液中 Cl恰好完全沉淀(浓度等于 1.0105molL1)时，溶液中 c(Ag)2.010101.0105molL12.0105molL1；由 Ag2CrO4的 Kspc2(Ag)c(CrO24 )，此时溶液中 c(CrO24 )2.01012（2.0105
14、）2molL15.0103molL1。(2)当 AgCl 开始沉淀时，溶液中 c（I）c（Cl）c（I）c（Ag）c（Cl）c（Ag）Ksp（AgI）Ksp（AgCl）8.510171.81010 4.7107。答案：(1)2.0105 5.0103(2)4.71072已知：25 时，KspMg(OH)25.61012，KspCu(OH)22.21020，KspFe(OH)32.61039，KspAl(OH)31.31033。(1)25时，向浓度均为 0.1 molL1 的 MgCl2 和 CuCl2 混合溶液中逐滴加入氨水，先生成_(填化学式)沉淀。将 MgCl2、AlCl3 的混合溶液(A
15、)与过量氨水(B)反应，为使 Mg2、Al3同时生成沉淀，应先向沉淀反应器中加入_(填“A”或“B”)，再滴加另一反应物。(2)25 时，Fe3发生水解反应 Fe33H2OFe(OH)33H，该反应的平衡常数为_。25 时，若向 FeCl3 溶液中加入一定量的石灰水来调节溶液的 pH，可得到红褐色沉淀。若调节后溶液的 pH 为 5，则溶液中 Fe3的浓度为_。(3)溶液中金属离子的物质的量浓度低于 1.0105 molL1 时，可认为已沉淀完全。现向一定浓度的 AlCl3和 FeCl3的混合溶液中逐滴加入氨水，当 Fe3恰好完全沉淀时，测得 c(Al3)0.2 molL1，此时所得沉淀中_(填
16、“含有”或“不含有”)Al(OH)3。解析：(1)因为 KspMg(OH)2KspCu(OH)2，生成 Cu(OH)2 所需要的 c(OH)小于生成Mg(OH)2 所需要的 c(OH)，因此先生成 Cu(OH)2 沉淀。若要使 Mg2、Al3同时生成沉淀，则应先加入氨水。(2)K c3（H）c（Fe3）c3（H）c3（OH）c（Fe3）c3（OH）K3w KspFe（OH）3（1.01014）32.610393.85104。pH5 时，c(Fe3)KspFe（OH）3c3（OH）2.61039（109）3molL12.61012molL1。(3)Fe3恰好完全沉淀时，c3(OH)KspFe（O
17、H）3c（Fe3）2.610391.0105mol3L32.61034 mol3L3，c(Al3)c3(OH)0.22.610345.21035KspAl(OH)3，所以没有生成 Al(OH)3 沉淀。答案：(1)Cu(OH)2 B(2)3.85104 2.61012 molL1(3)不含有3若 FeCl2 与 MgCl2 溶液中 c(Mg2)0.02 molL1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3)1.0105 molL1，此时是否有Mg3(PO4)2沉 淀 生 成？已 知：FePO4、Mg3(PO4)2 的Ksp 分 别 为1.310 22、1.
18、01024_(列式计算)。解析：先求出 Fe3转化成 FePO4 沉淀完全时的 c(PO34 )，根据 c(Fe3)c(PO34 )Ksp(FePO4)，可得 c(PO34 )1.310221.0105molL11.31017 molL1。混合后溶液中镁离子浓度为 c(Mg2)0.01 molL1，c3(Mg2)c2(PO34 )0.013(1.31017)21.71040KspMg3(PO4)2，故没有磷酸镁沉淀生成。答案：Fe3恰好沉淀完全时，c(PO34)1.310221.0105molL11.31017 molL1，则 c3(Mg2)c2(PO34)值为 0.013(1.31017)2
19、1.71040Ksp，将会有沉淀生成。(3)d 点在曲线的下方，c(Ca2)c(SO24)Ksp(CaCO3)Ksp(MnCO3)；X 点对 CaCO3 要析出沉淀，对 CaSO4 是不饱和溶液，能继续溶解 CaSO4；Y 点：c(SO24)c(Ca2)，二者的浓度积等于 105；Z 点：c(CO23)c(Mn2)，二者的浓度积等于 1010.6。1绚丽多彩的无机颜料的应用曾创造了古代绘画和彩陶的辉煌。硫化镉(CdS)是一种难溶于水的黄色颜料，其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.图中 a 和 b 分别为 T1、T2 温度下 CdS 在水中的溶解度 B图中各点对应的 Ks
20、p 的关系为：Ksp(m)Ksp(n)Ksp(p)Ksp(q)C向 m 点的溶液中加入少量 Na2S 固体，溶液组成由 m 沿 mpn 线向 p 方向移动 D温度降低时，q 点的饱和溶液的组成由 q 沿 qp 线向 p 方向移动解析：选 B A 正确，难溶物质的溶解度可以用物质的量浓度(摩尔浓度)表示，即图中a、b 分别表示 T1、T2 温度下，1 L CdS 饱和溶液里含 a mol、b mol CdS；B 错误，Ksp 在一定温度下是一个常数，所以 Ksp(m)Ksp(n)Ksp(p)Ksp(q)；C 正确，向 m 点的溶液中加入Na2S 固体，Ksp 保持不变，S2浓度增大，则 Cd2浓
21、度减小，溶液组成由 m 沿 mpn 线向 p方向移动；D 正确，温度降低时，溶解度减小，q 点的饱和溶液的组成由 q 沿 qp 线向 p 方向移动。2一定温度下，三种碳酸盐 MCO3(M：Mg、Ca、Mn)的沉淀溶解平衡曲线如图所示。已知：p(M2)lg c(M2)，p(CO23)lg c(CO23)。下列说法正确的是()AMgCO3、CaCO3、MnCO3 的 Ksp 依次增大 Ba 点可表示 MnCO3 的饱和溶液，且 c(Mn2)c(CO23)Cb 点可表示 CaCO3 的饱和溶液，且 c(Ca2)c(CO23)解析：选 B 碳酸盐 MCO3 的溶度积表达式为 Ksp(MCO3)c(M2
22、)c(CO23 )，将表达式两边取负对数可得新的表达式：lg c(M2)lg c(CO23 )lg Ksp(MCO3)，即 p(M2)p(CO23 )lg Ksp(MCO3)，以 p(M2)为纵坐标，p(CO23 )为横坐标对新的表达式作图像可得一直线，图中三条直线是三种不同物质的沉淀溶解平衡曲线。当 p(CO23 )0 时，p(M2)lg Ksp(MCO3)，此时lg Ksp(MCO3)是直线在纵轴上的截距。截距越大，则lg Ksp(MCO3)越 大，lg Ksp(MCO3)就 越 小，Ksp(MCO3)就 越 小，所 以 三 种 物 质 的 Ksp 大 小 为MgCO3CaCO3MnCO3
23、，A 项错误。直线上任意一点均表示该温度下的饱和溶液，a 点时p(Mn2)p(CO23 )，所以 c(Mn2)c(CO23 )，B 项正确。b 点 p(Ca2)c(CO23 )，C 项错误。该温度下，直线下方任意一点有 p(CO23 )p(M2)lg Ksp(MCO3)，即lg c(M2)lg c(CO23 )lg Ksp(MCO3)，则c(M2)c(CO23 )Ksp(MCO3)，所以在该温度下，直线下方的任意一点所表示的溶液均为过饱和溶液且有溶质析出；而直线上方任意一点均为该温度下的不饱和溶液，所以 c 点表示MgCO3 的不饱和溶液，且 c(Mg2)c(CO23 )，D 项错误。3若定义
24、 pAglg c(Ag)，pCllg c(Cl)，根据不同温度下氯化银饱和溶液的 pAg和 pCl 可绘制如图所示图像，且已知氯化银的溶解度随温度的升高而增大，根据该图像，下列表述正确的是()AT3T2T1 B将 A 点的溶液降温，可能得到 C 点的饱和溶液 C向 B 点所表示的溶液中加入氯化钠溶液，溶液可能变至 D 点 DA 点表示的是 T2 温度下的不饱和溶液解析：选 A pAglg c(Ag)，pCllg c(Cl)，则 c(Ag)、c(Cl)越大，pAg、pCl越小，且已知氯化银的溶解度随温度的升高而增大，则温度：T3T2c(Ag)，而 D 点溶液中 c(Cl)KspCu(OH)2 B
25、a、b、c、d 四点的 Kw 不同 C在 Fe(OH)3 饱和溶液中加入适量硝酸钾晶体可使 a 点变到 b 点 Dd 点时的 Cu(OH)2 溶液为不饱和溶液解析：选 D 根据图示，b 点的 c(Fe3)与 c 点的 c(Cu2)相等，而 b 点的 c(OH)1012.7molL1，c 点的 c(OH)109.6molL1，根据 KspFe(OH)3c(Fe3)c3(OH)，KspCu(OH)2c(Cu2)c2(OH)，显然 KspFe(OH)3KspCu(OH)2，A 项错误；a、b、c、d 四点的温度相同，Kw 相同，B 项错误；在 Fe(OH)3 饱和溶液中加入适量硝酸钾晶体，对Fe(OH)3 的沉淀溶解平衡没有影响，C 项错误；d 点位于 Cu(OH)2 沉淀溶解平衡曲线左方，为不饱和溶液，D 项正确。