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2022届高考新教材化学人教版一轮复习学案：第八单元 第4节 沉淀溶解平衡
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这是一份2022届高考新教材化学人教版一轮复习学案：第八单元 第4节 沉淀溶解平衡，共13页。
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第4节 沉淀溶解平衡
备考要点
素养要求
1.能用化学用语正确表示水溶液中的难溶电解质的沉淀溶解平衡。
2.能通过实验证明水溶液中存在的难溶电解质沉淀溶解平衡,了解沉淀的生成、溶解与转化。
3.能利用离子积与溶度积常数的关系判断溶液中难溶电解质的沉淀和溶解情况。
4.能综合运用离子反应、化学平衡原理,举例说明难溶电解质沉淀溶解平衡在生产、科研和环保等领域中的应用
1.变化观念与平衡思想:运用化学平衡原理分析,理解沉淀的生成、溶解与转化,学会运用变量控制的方法研究化学反应。
2.证据推理与模型认知:建立沉淀溶解平衡认知模型,并能利用该模型判断溶液中难溶电解质的沉淀和溶解情况。
3.科学态度与社会责任:通过沉淀溶解平衡在生产、生活和科学研究中的应用,认识化学对人类做出的重大贡献
考点一 难溶电解质的沉淀溶解平衡
必备知识自主预诊
知识梳理
1.溶解平衡状态
(1)定义。
沉淀溶解平衡状态是指在一定温度下,当难溶强电解质溶于水形成饱和溶液时, 速率和 速率相等的状态。
例如,在一定温度下,当AgCl溶于水形成 溶液时,AgCl溶于水形成Ag+和Cl-的速率 溶液中的Ag+和Cl-结合生成AgCl的速率的状态,属于沉淀溶解平衡状态。
(2)溶解平衡的建立。
固体溶质溶液中的溶质
①v(溶解) v(沉淀),固体溶解
②v(溶解) v(沉淀),溶解平衡
③v(溶解) v(沉淀),析出晶体
(3)特点。
2.溶度积常数
(1)溶度积与离子积。
以AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)为例
类型
溶度积
离子积
定义
沉淀溶解平衡常数
溶液中有关离子
浓度幂的乘积
符号
Ksp
Q
续 表
类型
溶度积
离子积
表达式
Ksp(AmBn)= ,式中的浓度都是平衡浓度
Q(AmBn)= ,式中的浓度是任意时刻浓度
应用
判断在一定条件下沉淀能否生成或溶解
①Q>Ksp:溶液中有 析出
②Q=Ksp:沉淀与溶解处于 状态
③Q
(2)Ksp的影响因素
①内因:难溶物质本身的性质,这是决定因素。
②外因。
a.浓度:加水稀释,平衡向 方向移动,但Ksp 。
b.温度:绝大多数难溶物的溶解是 过程,升高温度,平衡向 的方向移动,Ksp 。
c.其他:向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶物质、更难电离物质或气体的离子时,平衡向沉淀溶解的方向移动,但Ksp不变。
微点拨(1)沉淀溶解平衡一般是吸热的,温度升高平衡右移,Ksp增大,但Ca(OH)2相反。
(2)对于沉淀溶解平衡AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq),Ksp=cm(An+)·cn(Bm-),对于相同类型的物质,Ksp的大小反映了难溶电解质在溶液中溶解能力的大小,也反映了该物质在溶液中沉淀的难易。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)升高温度,沉淀溶解平衡一定正向移动。( )
(2)室温下,AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度。( )
(3)难溶电解质达到沉淀溶解平衡时,增加难溶电解质的量,平衡向溶解的方向移动。( )
(4)不可能使要除去的离子全部通过沉淀除去。一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10-5 mol·L-1时,说明沉淀完全。( )
(5)在一定条件下,溶解度较小的沉淀也可以转化成溶解度较大的沉淀。( )
(6)常温下,向BaCO3的饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小。( )
2.(1)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)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=8.5×10-17。
(2)已知:Ksp[Al(OH)3]=1×10-33,Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39,pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀。室温下,除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其浓度均小于1×10-6 mol·L-1),需调节溶液pH范围为 。
关键能力考向突破
考向1 难溶电解质的沉淀溶解平衡图像分析
【典例1】(2019全国2,12)
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Ksp的关系为:Ksp(m)=Ksp(n)
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
思维建模
明确图像中纵、横坐标的含义理解图像中线上的点、线外点的含义抓住Ksp的特点,结合选项分析判断
对点演练1(双选)(2020山东泰安一模)已知:常温下,Ksp(ZnS)=1.6×10-24;pM=-lgc(M2+)(M2+为Cu2+或Zn2+)。常温下,向10 mL 0.10 mol·L-1 CuCl2溶液中滴加0.10 mol·L-1 Na2S溶液,滴加过程中pM与Na2S溶液体积(V)的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.Ksp(CuS)的数量级为10-36
B.a点溶液中,c(Na+)=2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)]
C.d点溶液中:c(Na+)>c(Cl-)>c(S2-)>c(H+)
D.相同条件下,若用等浓度等体积的ZnCl2溶液代替上述CuCl2溶液,则反应终点c向上移动
考向2 溶度积常数及其应用
【典例2】(1)(2020山东化学,16节选)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下:
已知:MnO2是一种两性氧化物;25 ℃时相关物质的Ksp见下表。
物质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mn(OH)2
Ksp
1×10-16.3
1×10-38.6
1×10-32.3
1×10-12.7
回答下列问题:
①净化时需先加入的试剂X为 (填化学式),再使用氨水调溶液的pH,则pH的理论最小值为 (当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。
②碳化过程中发生反应的离子方程式为 。
(2)(2020江苏化学,19节选)实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。其主要实验流程如下:
铁泥酸浸还原除杂沉铁α-Fe2O3
除杂:向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液,使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是 [Ksp(CaF2)=5.3×10-9,Ka(HF)=6.3×10-4]。
易错警示(1)并非Ksp越小,其物质的溶解度就越小。对于阴、阳离子个数比相同的难溶电解质,它们的溶解度可以直接用Ksp的大小来比较,Ksp越小,其物质的溶解度就越小;而对于阴、阳离子的个数比不同的难溶电解质,它们的溶解度就不能直接用Ksp的大小来比较。
(2)溶度积小的难溶电解质在一定条件下也能向溶度积大的难溶电解质转化。当两种难溶电解质的Ksp相差不是很大时,通过调节某种离子的浓度,可由溶度积小的难溶电解质向溶度积大的难溶电解质转化。
对点演练2(2020全国3,27节选)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O ):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
金属离子
Ni2+
Al3+
Fe3+
Fe2+
开始沉淀时(c=0.01mol·L-1)的pH
7.2
3.7
2.2
7.5
沉淀完全时(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH
8.7
4.7
3.2
9.0
回答下列问题:
(1)“转化”中可替代H2O2的物质是 。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即,“滤液③”中可能含有的杂质离子为 。
(2)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp= (列出计算式) 。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0 mol·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是 。
深度指津1.有关Ksp的相关计算
(1)已知溶度积,求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp(AgCl)=a的饱和AgCl溶液中,c(Ag+)=amol·L-1。
(2)已知溶度积、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Ksp=a,在0.1mol·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10amol·L-1。
(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-),该反应的平衡常数K=c(Mn2+)c(Cu2+)=Ksp(MnS)Ksp(CuS)。
2.解沉淀溶解平衡图像题的三步骤
第一步:明确图像中纵、横坐标的含义
纵、横坐标通常是难溶物溶解后电离出的离子浓度。
第二步:理解图像中线上点、线外点的含义
(1)以氯化银为例,在该沉淀溶解平衡图像上,曲线上任意一点都达到了沉淀溶解平衡状态,此时Q=Ksp。在温度不变时,无论改变哪种离子的浓度,另一种离子的浓度只能在曲线上变化,不会出现在曲线以外。
(2)曲线上方区域的点均为过饱和溶液,此时Q>Ksp。
(3)曲线下方区域的点均为不饱和溶液,此时Q
(1)溶液在恒温蒸发时,离子浓度的变化分两种情况。
①原溶液不饱和时,离子浓度都增大;
②原溶液饱和时,离子浓度都不变。
(2)溶度积常数只是温度的函数,与溶液中溶质的离子浓度无关,在同一曲线上的点,溶度积常数相同。
考点二 沉淀溶解平衡的应用
必备知识自主预诊
知识梳理
1.沉淀的生成
(1)调节pH法。
如:除去NH4Cl溶液中的FeCl3杂质,可加入氨水调节pH至7~8,离子方程式为 。
(2)沉淀剂法。
如:用Na2S沉淀Cu2+,离子方程式为 。
2.沉淀的溶解
(1)酸溶解法。
如:CaCO3溶于盐酸,离子方程式为 。
(2)盐溶液溶解法。
如:Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液,离子方程式为 。
(3)氧化还原溶解法。
如:不溶于盐酸的硫化物Ag2S溶于稀硝酸。
(4)配位溶解法。
如:AgCl溶于氨水,离子方程式为 。
3.沉淀的转化
(1)实质:沉淀溶解平衡的移动(沉淀的溶解度差别 ,越容易转化)。
如:AgNO3溶液AgCl(白色沉淀)AgBr( 沉淀)AgI( 沉淀)Ag2S( 沉淀)。
AgCl沉淀转化为AgBr的离子方程式为 。
AgI沉淀转化为Ag2S的离子方程式为 。
(2)应用。
①锅炉除垢:将CaSO4转化为疏松、易溶于酸的CaCO3,离子方程式为 。
②矿物转化:CuSO4溶液遇PbS转化为CuS,离子方程式为
。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)向Na2SO4溶液中加入过量的BaCl2溶液,则SO42-沉淀完全,溶液中只含Ba2+、Na+和Cl-,不含SO42-。( )
(2)BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)说明BaCO3的溶解度比BaSO4小。( )
(3)分别用等体积的蒸馏水和0.01 mol·L-1的盐酸洗涤AgCl沉淀,用水洗涤造成的AgCl的损失大于用稀盐酸洗涤的损失量。( )
(4)洗涤沉淀时,洗涤次数越多越好。( )
2.试用平衡移动原理解释:已知Ba2+有毒,为什么医疗上能用BaSO4做钡餐透视,而不能用BaCO3做钡餐?
关键能力考向突破
考向1 难溶电解质的生成与溶解
【典例1】(2020北京顺义区一模)某实验小组探究常温下难溶电解质的溶解平衡,查得如表资料。
难溶电解质
FeS
CuS
Mg(OH)2
Fe(OH)3
Ksp(溶解
平衡常数)
6.3×10-18
6.3×10-36
1.8×10-11
4.0×10-38
依据上述数据进行的预测不合理的是( )
A.向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体,有浑浊出现
B.除去FeSO4溶液中的CuSO4,可选用FeS作沉淀剂
C.向含等物质的量的MgCl2和FeCl3的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先出现的沉淀是Mg(OH)2
D.向1 mL 0.1 mol·L-1 MgCl2溶液中滴加2 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液,取澄清溶液滴加2滴0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,有浑浊出现
对点演练1(双选)(2020山东潍坊一模)常温下,向10 mL一定浓度的硝酸银溶液中,逐滴加入0.1 mol·L-1的氨水,反应过程中-lgc(Ag+)或-lgc{[Ag(NH3)2]+}与加入氨水体积的关系如图。下列说法错误的是( )
A.原硝酸银溶液的浓度是0.1 mol·L-1
B.反应生成氢氧化银的Ksp(AgOH)的数量级为10-8
C.溶液b点NH4+的浓度小于溶液c点NH4+的浓度
D.溶液m点c(NO3-)>c(Ag+)+c{[Ag(NH3)2]+}+c(NH4+)
考向2 沉淀转化
【典例2】(2020山东泰安四模)取1 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液进行如下实验(实验中所用试剂浓度均为0.1 mol·L-1):
下列说法不正确的是( )
A.实验①白色沉淀是难溶的AgCl
B.由实验②说明AgI比AgCl更难溶
C.若按①③顺序实验,看不到黑色沉淀
D.若按②①顺序实验,看不到白色沉淀
对点演练2某兴趣小组进行下列实验:
①将0.1 mol·L-1 MgCl2溶液和0.5 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合得到浊液
②取少量①中浊液,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,出现红褐色沉淀
③将①中浊液过滤,取少量白色沉淀,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,白色沉淀变为红褐色沉淀
④另取少量白色沉淀,滴加饱和NH4Cl溶液,沉淀溶解
下列说法中不正确的是( )
A.将①中所得浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+
B.①中浊液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)
C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶
D.NH4Cl溶液中的NH4+可能是④中沉淀溶解的原因
深度指津(1)用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去,一般当残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,则认为沉淀已经完全。
(2)利用生成沉淀分离或除去某种离子,首先要使生成沉淀的反应能够发生,其次沉淀生成的反应进行的越完全越好。如除去溶液中的Mg2+,用NaOH溶液比使用Na2CO3溶液好,原因是Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小。
(3)若一种沉淀剂可使溶液中多种离子产生沉淀时,则可以控制条件,使这些离子先后分别沉淀。
①对同一类型的沉淀,Ksp越小越先沉淀,且Ksp相差越大分步沉淀效果越好。例如在浓度相差不大的Cl-、Br-、I-的混合溶液中,由于AgCl、AgBr、AgI的Ksp相差较大,可向混合溶液中逐渐滴加AgNO3溶液,可按AgI、AgBr、AgCl的顺序先后沉淀。
②对不同类型的沉淀,其沉淀先后顺序要通过计算才能确定。
(4)溶解度较小的沉淀,在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀。如在BaSO4的饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液,也可以转化成溶解度较大的BaCO3沉淀。
网络构建
核心速记
1.2个主要特征
(1)v(溶解)=v(沉淀)≠0。
(2)离子的浓度保持不变。
2.3个关系
当Q
当Q>Ksp时:溶液中有沉淀析出。
3.3个应用
(1)沉淀的生成;(2)沉淀的溶解;(3)沉淀的转化。
4.用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去,一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,表明离子已经沉淀完全。
5.沉淀溶解平衡是化学平衡的一种,沉淀溶解平衡也同样遵循勒夏特列原理。
第4节 沉淀溶解平衡
考点一 难溶电解质的沉淀溶解平衡
必备知识·自主预诊
1.(1)沉淀溶解 沉淀生成 饱和 等于 (2)> = < (3)不再变化
2.(1)cm(An+)·cn(Bm-) cm(An+)·cn(Bm-) 沉淀 平衡 无
(2)沉淀溶解 不变 吸热 沉淀溶解 增大
自我诊断1.答案(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2.答案(1)4.7×10-7 (2)5.0≤pH<7.1
关键能力·考向突破
典例1B CdS在水中存在沉淀溶解平衡:CdS(s)Cd2+(aq)+S2-(aq),电离出的S2-浓度与Cd2+浓度相同,A项正确;沉淀溶解平衡常数只与温度有关,温度相同,Ksp相同,所以m、p、n三点的Ksp相同,B项错误;在T1温度下,向m点的溶液中加入少量Na2S固体,S2-浓度增大,但由于Ksp不变,所以Cd2+浓度必然减小,因此溶液组成由m沿mpn线向p方向移动,C项正确;温度降低,CdS的Ksp减小,但S2-浓度与Cd2+浓度仍然相等,所以q点饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动,D项正确。
对点演练1 BD 向10mL0.10mol·L-1CuCl2溶液中滴加0.10mol·L-1的Na2S溶液,发生反应:Cu2++S2-CuS↓,Cu2+单独存在或S2-单独存在均会发生水解,水解促进水的电离,b点溶液中滴加Na2S溶液的体积是10mL,此时恰好生成CuS沉淀,溶液中存在CuS的沉淀溶解平衡:CuS(s)Cu2+(aq)+S2-(aq),结合图像和溶度积常数分析解答。
该温度下,平衡时c(Cu2+)=c(S2-)=10-17.7mol·L-1,Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-)=10-17.7×10-17.7=10-35.4,故数量级为10-36,A正确;a点为CuCl2和NaCl的混合溶液,生成了CuS沉淀,c(Na+)>2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)],B错误;d点溶液是Na2S和NaCl的混合溶液,硫离子水解使溶液显碱性,c(Na+)>c(Cl-)>c(S2-)>c(OH-)>c(H+),C正确;相同实验条件下,改用0.1mol·L-1的ZnCl2溶液,Ksp(ZnS)=1.6×10-24>Ksp(CuS),锌离子浓度大于铜离子浓度,消耗硫化钠溶液体积10mL,图中反应终点c点向b点方向移动,D错误。
典例2答案(1)①H2O2 4.9 ②Mn2++HCO3-+NH3·H2OMnCO3↓+NH4++H2O (2)pH偏低形成HF,导致溶液中F-浓度减小,CaF2沉淀不完全
解析(1)①根据表中Ksp[Fe(OH)3]
对点演练2答案(1)O2或空气 Fe3+
(2)0.01×(107.2-14)2[或10-5×(108.7-14)2] 3.2~6.2
解析(1)加H2O2溶液“转化”的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,替代起氧化作用的H2O2溶液的可以为O2或空气,这样既能将Fe2+氧化,又不引进新杂质。由于Fe2+开始沉淀、沉淀完全时的pH与Ni2+的相近,所以若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,则“调pH”得到Fe(OH)3沉淀,Fe2+与Ni2+一起存在于溶液中,通过“转化”(氧化)使Fe2+转变为Fe3+而被沉淀出来,则滤液③中可能的杂质离子为氧化得到的Fe3+。
(2)根据Ni2+开始沉淀时的pH为7.2,可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=0.01×(107.2-14)2;根据Ni2+完全沉淀时的pH为8.7,也可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=10-5×(108.7-14)2。
“调pH”是为了使Fe3+沉淀完全,根据Fe3+完全沉淀时的pH为3.2可知,pH应大于3.2;同时不能使Ni2+沉淀,则c(Ni2+)·c2(OH-)<0.01×(107.2-14)2,根据c(Ni2+)=1.0mol·L-1,可求得c(OH-)<10-7.8mol·L-1,对应c(H+)>10-6.2mol·L-1,则“调pH”的pH应小于6.2,则“调pH”控制的pH范围是3.2~6.2。
考点二 沉淀溶解平衡的应用
必备知识·自主预诊
1.(1)Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3NH4+ (2)S2-+Cu2+CuS↓
2.(1)CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑ (2)Mg(OH)2+2NH4+Mg2++2NH3·H2O (4)AgCl+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O
3.(1)越大 浅黄色 黄色 黑色 AgCl(s)+Br-(aq)AgBr(s)+Cl-(aq) 2AgI(s)+S2-(aq)Ag2S(s)+2I-(aq)
(2)①CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)
②Cu2+(aq)+PbS(s)CuS(s)+Pb2+(aq)
自我诊断1.答案(1)× (2)× (3)√ (4)×
2.答案由于胃液的酸性很强(pH为0.9~1.5),H+与BaCO3电离产生的CO32-结合生成CO2和H2O,使BaCO3的沉淀溶解平衡BaCO3(s)Ba2+(aq)+CO32-(aq)向右移动,c(Ba2+)增大会引起人体中毒。而SO42-是强酸根离子,不能与胃液中的H+结合,因而胃液中较高的H+浓度对BaSO4的沉淀溶解平衡基本没影响,Ba2+浓度可以保持在安全的浓度标准以内。
关键能力·考向突破
典例1C 饱和FeS溶液中存在沉淀溶解平衡,FeS(s)Fe2+(aq)+S2-(aq),加入少量Na2S固体溶解后硫离子浓度增大,平衡逆向进行,有浑浊出现,A正确;FeS的溶度积大于CuS的溶度积,除去FeSO4溶液中的CuSO4,可选用FeS作沉淀剂,B正确;Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·c2(OH-)=1.8×10-11,c(OH-)=1.8×10-11c(Mg2+)mol·L-1,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,c(OH-)=34.0×10-38c(Fe3+)mol·L-1,则生成氢氧化铁沉淀所需OH-物质的量浓度小于氢氧化镁,则先生成氢氧化铁沉淀,C错误;向1mL0.1mol·L-1MgCl2溶液中滴加2mL0.1mol·L-1NaOH溶液,恰好反应生成氢氧化镁沉淀,饱和溶液中存在氢氧化镁的沉淀溶解平衡,取澄清溶液滴加2滴0.1mol·L-1FeCl3溶液,会生成氢氧化铁沉淀,有浑浊出现,D正确。
对点演练1 CD 向10mL一定浓度的硝酸银溶液中,逐滴加入0.1mol·L-1的氨水,首先发生反应Ag++NH3·H2OAgOH↓+NH4+,继而发生AgOH+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++2H2O+OH-;b点-lgc(Ag+)达到最大值,可认为此时Ag+与NH3·H2O恰好完全反应,银离子完全沉淀。b点完全反应,此时加入的氨水为10mL,氨水的浓度为0.1mol·L-1,原硝酸银溶液也为10mL,根据离子方程式Ag++NH3·H2OAgOH↓+NH4+可知,硝酸银溶液的浓度为0.1mol·L-1,A正确;b点溶液溶质为NH4NO3,Ag+完全沉淀,存在沉淀溶解平衡AgOH(s)Ag+(aq)+OH-(aq),所以可以近似地认为c(Ag+)=c(OH-),此时-lgc(Ag+)=4,则c(Ag+)=c(OH-)=1×10-4mol·L-1,Ksp(AgOH)=c(Ag+)·c(OH-)=1×10-8,B正确;b点溶液中溶质为NH4NO3,b到c过程发生反应AgOH+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++2H2O+OH-,随着氨水的加入,并没有引入铵根离子,虽然碱性增强使铵根的水解受到抑制,但溶液的体积增加的幅度更大,所以铵根离子的浓度减小,即b点NH4+的浓度大于溶液c点NH4+的浓度,C错误;m点溶液存在电荷守恒c(OH-)+c(NO3-)=c(Ag+)+c{[Ag(NH3)2]+}+c(NH4+)+c(H+),此时加入了过量的氨水,溶液应呈碱性,即c(OH-)>c(H+),则c(NO3-)
实验①白色沉淀是难溶的AgCl,A正确;由实验②说明AgI比AgCl更难溶,可以实现沉淀转化,B正确;若按①③顺序实验,硫化银溶解度小于氯化银,也可以实现转化,看到黑色沉淀生成,C错误;由实验②说明AgI比AgCl更难溶,若按②①顺序实验,此条件下碘化银不能转化为氯化银,看不到白色沉淀,D正确。
对点演练2 C 0.1mol·L-1MgCl2溶液与0.5mol·L-1NaOH溶液等体积混合得到Mg(OH)2悬浊液,剩余NaOH,但仍存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)。实验②中是因为剩余的NaOH能和氯化铁反应生成Fe(OH)3,不能比较Fe(OH)3和Mg(OH)2的溶解能力,故C错误。
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第4节 沉淀溶解平衡
备考要点
素养要求
1.能用化学用语正确表示水溶液中的难溶电解质的沉淀溶解平衡。
2.能通过实验证明水溶液中存在的难溶电解质沉淀溶解平衡,了解沉淀的生成、溶解与转化。
3.能利用离子积与溶度积常数的关系判断溶液中难溶电解质的沉淀和溶解情况。
4.能综合运用离子反应、化学平衡原理,举例说明难溶电解质沉淀溶解平衡在生产、科研和环保等领域中的应用
1.变化观念与平衡思想:运用化学平衡原理分析,理解沉淀的生成、溶解与转化,学会运用变量控制的方法研究化学反应。
2.证据推理与模型认知:建立沉淀溶解平衡认知模型,并能利用该模型判断溶液中难溶电解质的沉淀和溶解情况。
3.科学态度与社会责任:通过沉淀溶解平衡在生产、生活和科学研究中的应用,认识化学对人类做出的重大贡献
考点一 难溶电解质的沉淀溶解平衡
必备知识自主预诊
知识梳理
1.溶解平衡状态
(1)定义。
沉淀溶解平衡状态是指在一定温度下,当难溶强电解质溶于水形成饱和溶液时, 速率和 速率相等的状态。
例如,在一定温度下,当AgCl溶于水形成 溶液时,AgCl溶于水形成Ag+和Cl-的速率 溶液中的Ag+和Cl-结合生成AgCl的速率的状态,属于沉淀溶解平衡状态。
(2)溶解平衡的建立。
固体溶质溶液中的溶质
①v(溶解) v(沉淀),固体溶解
②v(溶解) v(沉淀),溶解平衡
③v(溶解) v(沉淀),析出晶体
(3)特点。
2.溶度积常数
(1)溶度积与离子积。
以AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)为例
类型
溶度积
离子积
定义
沉淀溶解平衡常数
溶液中有关离子
浓度幂的乘积
符号
Ksp
Q
续 表
类型
溶度积
离子积
表达式
Ksp(AmBn)= ,式中的浓度都是平衡浓度
Q(AmBn)= ,式中的浓度是任意时刻浓度
应用
判断在一定条件下沉淀能否生成或溶解
①Q>Ksp:溶液中有 析出
②Q=Ksp:沉淀与溶解处于 状态
③Q
(2)Ksp的影响因素
①内因:难溶物质本身的性质,这是决定因素。
②外因。
a.浓度:加水稀释,平衡向 方向移动,但Ksp 。
b.温度:绝大多数难溶物的溶解是 过程,升高温度,平衡向 的方向移动,Ksp 。
c.其他:向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶物质、更难电离物质或气体的离子时,平衡向沉淀溶解的方向移动,但Ksp不变。
微点拨(1)沉淀溶解平衡一般是吸热的,温度升高平衡右移,Ksp增大,但Ca(OH)2相反。
(2)对于沉淀溶解平衡AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq),Ksp=cm(An+)·cn(Bm-),对于相同类型的物质,Ksp的大小反映了难溶电解质在溶液中溶解能力的大小,也反映了该物质在溶液中沉淀的难易。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)升高温度,沉淀溶解平衡一定正向移动。( )
(2)室温下,AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度。( )
(3)难溶电解质达到沉淀溶解平衡时,增加难溶电解质的量,平衡向溶解的方向移动。( )
(4)不可能使要除去的离子全部通过沉淀除去。一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10-5 mol·L-1时,说明沉淀完全。( )
(5)在一定条件下,溶解度较小的沉淀也可以转化成溶解度较大的沉淀。( )
(6)常温下,向BaCO3的饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小。( )
2.(1)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)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=8.5×10-17。
(2)已知:Ksp[Al(OH)3]=1×10-33,Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39,pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀。室温下,除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其浓度均小于1×10-6 mol·L-1),需调节溶液pH范围为 。
关键能力考向突破
考向1 难溶电解质的沉淀溶解平衡图像分析
【典例1】(2019全国2,12)
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Ksp的关系为:Ksp(m)=Ksp(n)
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
思维建模
明确图像中纵、横坐标的含义理解图像中线上的点、线外点的含义抓住Ksp的特点,结合选项分析判断
对点演练1(双选)(2020山东泰安一模)已知:常温下,Ksp(ZnS)=1.6×10-24;pM=-lgc(M2+)(M2+为Cu2+或Zn2+)。常温下,向10 mL 0.10 mol·L-1 CuCl2溶液中滴加0.10 mol·L-1 Na2S溶液,滴加过程中pM与Na2S溶液体积(V)的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.Ksp(CuS)的数量级为10-36
B.a点溶液中,c(Na+)=2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)]
C.d点溶液中:c(Na+)>c(Cl-)>c(S2-)>c(H+)
D.相同条件下,若用等浓度等体积的ZnCl2溶液代替上述CuCl2溶液,则反应终点c向上移动
考向2 溶度积常数及其应用
【典例2】(1)(2020山东化学,16节选)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下:
已知:MnO2是一种两性氧化物;25 ℃时相关物质的Ksp见下表。
物质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mn(OH)2
Ksp
1×10-16.3
1×10-38.6
1×10-32.3
1×10-12.7
回答下列问题:
①净化时需先加入的试剂X为 (填化学式),再使用氨水调溶液的pH,则pH的理论最小值为 (当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。
②碳化过程中发生反应的离子方程式为 。
(2)(2020江苏化学,19节选)实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。其主要实验流程如下:
铁泥酸浸还原除杂沉铁α-Fe2O3
除杂:向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液,使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是 [Ksp(CaF2)=5.3×10-9,Ka(HF)=6.3×10-4]。
易错警示(1)并非Ksp越小,其物质的溶解度就越小。对于阴、阳离子个数比相同的难溶电解质,它们的溶解度可以直接用Ksp的大小来比较,Ksp越小,其物质的溶解度就越小;而对于阴、阳离子的个数比不同的难溶电解质,它们的溶解度就不能直接用Ksp的大小来比较。
(2)溶度积小的难溶电解质在一定条件下也能向溶度积大的难溶电解质转化。当两种难溶电解质的Ksp相差不是很大时,通过调节某种离子的浓度,可由溶度积小的难溶电解质向溶度积大的难溶电解质转化。
对点演练2(2020全国3,27节选)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O ):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
金属离子
Ni2+
Al3+
Fe3+
Fe2+
开始沉淀时(c=0.01mol·L-1)的pH
7.2
3.7
2.2
7.5
沉淀完全时(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH
8.7
4.7
3.2
9.0
回答下列问题:
(1)“转化”中可替代H2O2的物质是 。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即,“滤液③”中可能含有的杂质离子为 。
(2)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp= (列出计算式) 。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0 mol·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是 。
深度指津1.有关Ksp的相关计算
(1)已知溶度积,求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp(AgCl)=a的饱和AgCl溶液中,c(Ag+)=amol·L-1。
(2)已知溶度积、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Ksp=a,在0.1mol·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10amol·L-1。
(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-),该反应的平衡常数K=c(Mn2+)c(Cu2+)=Ksp(MnS)Ksp(CuS)。
2.解沉淀溶解平衡图像题的三步骤
第一步:明确图像中纵、横坐标的含义
纵、横坐标通常是难溶物溶解后电离出的离子浓度。
第二步:理解图像中线上点、线外点的含义
(1)以氯化银为例,在该沉淀溶解平衡图像上,曲线上任意一点都达到了沉淀溶解平衡状态,此时Q=Ksp。在温度不变时,无论改变哪种离子的浓度,另一种离子的浓度只能在曲线上变化,不会出现在曲线以外。
(2)曲线上方区域的点均为过饱和溶液,此时Q>Ksp。
(3)曲线下方区域的点均为不饱和溶液,此时Q
(1)溶液在恒温蒸发时,离子浓度的变化分两种情况。
①原溶液不饱和时,离子浓度都增大;
②原溶液饱和时,离子浓度都不变。
(2)溶度积常数只是温度的函数,与溶液中溶质的离子浓度无关,在同一曲线上的点,溶度积常数相同。
考点二 沉淀溶解平衡的应用
必备知识自主预诊
知识梳理
1.沉淀的生成
(1)调节pH法。
如:除去NH4Cl溶液中的FeCl3杂质,可加入氨水调节pH至7~8,离子方程式为 。
(2)沉淀剂法。
如:用Na2S沉淀Cu2+,离子方程式为 。
2.沉淀的溶解
(1)酸溶解法。
如:CaCO3溶于盐酸,离子方程式为 。
(2)盐溶液溶解法。
如:Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液,离子方程式为 。
(3)氧化还原溶解法。
如:不溶于盐酸的硫化物Ag2S溶于稀硝酸。
(4)配位溶解法。
如:AgCl溶于氨水,离子方程式为 。
3.沉淀的转化
(1)实质:沉淀溶解平衡的移动(沉淀的溶解度差别 ,越容易转化)。
如:AgNO3溶液AgCl(白色沉淀)AgBr( 沉淀)AgI( 沉淀)Ag2S( 沉淀)。
AgCl沉淀转化为AgBr的离子方程式为 。
AgI沉淀转化为Ag2S的离子方程式为 。
(2)应用。
①锅炉除垢:将CaSO4转化为疏松、易溶于酸的CaCO3,离子方程式为 。
②矿物转化:CuSO4溶液遇PbS转化为CuS,离子方程式为
。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)向Na2SO4溶液中加入过量的BaCl2溶液,则SO42-沉淀完全,溶液中只含Ba2+、Na+和Cl-,不含SO42-。( )
(2)BaSO4(s)+CO32-(aq)BaCO3(s)+SO42-(aq)说明BaCO3的溶解度比BaSO4小。( )
(3)分别用等体积的蒸馏水和0.01 mol·L-1的盐酸洗涤AgCl沉淀,用水洗涤造成的AgCl的损失大于用稀盐酸洗涤的损失量。( )
(4)洗涤沉淀时,洗涤次数越多越好。( )
2.试用平衡移动原理解释:已知Ba2+有毒,为什么医疗上能用BaSO4做钡餐透视,而不能用BaCO3做钡餐?
关键能力考向突破
考向1 难溶电解质的生成与溶解
【典例1】(2020北京顺义区一模)某实验小组探究常温下难溶电解质的溶解平衡,查得如表资料。
难溶电解质
FeS
CuS
Mg(OH)2
Fe(OH)3
Ksp(溶解
平衡常数)
6.3×10-18
6.3×10-36
1.8×10-11
4.0×10-38
依据上述数据进行的预测不合理的是( )
A.向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体,有浑浊出现
B.除去FeSO4溶液中的CuSO4,可选用FeS作沉淀剂
C.向含等物质的量的MgCl2和FeCl3的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先出现的沉淀是Mg(OH)2
D.向1 mL 0.1 mol·L-1 MgCl2溶液中滴加2 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液,取澄清溶液滴加2滴0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,有浑浊出现
对点演练1(双选)(2020山东潍坊一模)常温下,向10 mL一定浓度的硝酸银溶液中,逐滴加入0.1 mol·L-1的氨水,反应过程中-lgc(Ag+)或-lgc{[Ag(NH3)2]+}与加入氨水体积的关系如图。下列说法错误的是( )
A.原硝酸银溶液的浓度是0.1 mol·L-1
B.反应生成氢氧化银的Ksp(AgOH)的数量级为10-8
C.溶液b点NH4+的浓度小于溶液c点NH4+的浓度
D.溶液m点c(NO3-)>c(Ag+)+c{[Ag(NH3)2]+}+c(NH4+)
考向2 沉淀转化
【典例2】(2020山东泰安四模)取1 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液进行如下实验(实验中所用试剂浓度均为0.1 mol·L-1):
下列说法不正确的是( )
A.实验①白色沉淀是难溶的AgCl
B.由实验②说明AgI比AgCl更难溶
C.若按①③顺序实验,看不到黑色沉淀
D.若按②①顺序实验,看不到白色沉淀
对点演练2某兴趣小组进行下列实验:
①将0.1 mol·L-1 MgCl2溶液和0.5 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合得到浊液
②取少量①中浊液,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,出现红褐色沉淀
③将①中浊液过滤,取少量白色沉淀,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,白色沉淀变为红褐色沉淀
④另取少量白色沉淀,滴加饱和NH4Cl溶液,沉淀溶解
下列说法中不正确的是( )
A.将①中所得浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+
B.①中浊液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)
C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶
D.NH4Cl溶液中的NH4+可能是④中沉淀溶解的原因
深度指津(1)用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去,一般当残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,则认为沉淀已经完全。
(2)利用生成沉淀分离或除去某种离子,首先要使生成沉淀的反应能够发生,其次沉淀生成的反应进行的越完全越好。如除去溶液中的Mg2+,用NaOH溶液比使用Na2CO3溶液好,原因是Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小。
(3)若一种沉淀剂可使溶液中多种离子产生沉淀时,则可以控制条件,使这些离子先后分别沉淀。
①对同一类型的沉淀,Ksp越小越先沉淀,且Ksp相差越大分步沉淀效果越好。例如在浓度相差不大的Cl-、Br-、I-的混合溶液中,由于AgCl、AgBr、AgI的Ksp相差较大,可向混合溶液中逐渐滴加AgNO3溶液,可按AgI、AgBr、AgCl的顺序先后沉淀。
②对不同类型的沉淀,其沉淀先后顺序要通过计算才能确定。
(4)溶解度较小的沉淀,在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀。如在BaSO4的饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液,也可以转化成溶解度较大的BaCO3沉淀。
网络构建
核心速记
1.2个主要特征
(1)v(溶解)=v(沉淀)≠0。
(2)离子的浓度保持不变。
2.3个关系
当Q
当Q>Ksp时:溶液中有沉淀析出。
3.3个应用
(1)沉淀的生成;(2)沉淀的溶解;(3)沉淀的转化。
4.用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去,一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,表明离子已经沉淀完全。
5.沉淀溶解平衡是化学平衡的一种,沉淀溶解平衡也同样遵循勒夏特列原理。
第4节 沉淀溶解平衡
考点一 难溶电解质的沉淀溶解平衡
必备知识·自主预诊
1.(1)沉淀溶解 沉淀生成 饱和 等于 (2)> = < (3)不再变化
2.(1)cm(An+)·cn(Bm-) cm(An+)·cn(Bm-) 沉淀 平衡 无
(2)沉淀溶解 不变 吸热 沉淀溶解 增大
自我诊断1.答案(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2.答案(1)4.7×10-7 (2)5.0≤pH<7.1
关键能力·考向突破
典例1B CdS在水中存在沉淀溶解平衡:CdS(s)Cd2+(aq)+S2-(aq),电离出的S2-浓度与Cd2+浓度相同,A项正确;沉淀溶解平衡常数只与温度有关,温度相同,Ksp相同,所以m、p、n三点的Ksp相同,B项错误;在T1温度下,向m点的溶液中加入少量Na2S固体,S2-浓度增大,但由于Ksp不变,所以Cd2+浓度必然减小,因此溶液组成由m沿mpn线向p方向移动,C项正确;温度降低,CdS的Ksp减小,但S2-浓度与Cd2+浓度仍然相等,所以q点饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动,D项正确。
对点演练1 BD 向10mL0.10mol·L-1CuCl2溶液中滴加0.10mol·L-1的Na2S溶液,发生反应:Cu2++S2-CuS↓,Cu2+单独存在或S2-单独存在均会发生水解,水解促进水的电离,b点溶液中滴加Na2S溶液的体积是10mL,此时恰好生成CuS沉淀,溶液中存在CuS的沉淀溶解平衡:CuS(s)Cu2+(aq)+S2-(aq),结合图像和溶度积常数分析解答。
该温度下,平衡时c(Cu2+)=c(S2-)=10-17.7mol·L-1,Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-)=10-17.7×10-17.7=10-35.4,故数量级为10-36,A正确;a点为CuCl2和NaCl的混合溶液,生成了CuS沉淀,c(Na+)>2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)],B错误;d点溶液是Na2S和NaCl的混合溶液,硫离子水解使溶液显碱性,c(Na+)>c(Cl-)>c(S2-)>c(OH-)>c(H+),C正确;相同实验条件下,改用0.1mol·L-1的ZnCl2溶液,Ksp(ZnS)=1.6×10-24>Ksp(CuS),锌离子浓度大于铜离子浓度,消耗硫化钠溶液体积10mL,图中反应终点c点向b点方向移动,D错误。
典例2答案(1)①H2O2 4.9 ②Mn2++HCO3-+NH3·H2OMnCO3↓+NH4++H2O (2)pH偏低形成HF,导致溶液中F-浓度减小,CaF2沉淀不完全
解析(1)①根据表中Ksp[Fe(OH)3]
对点演练2答案(1)O2或空气 Fe3+
(2)0.01×(107.2-14)2[或10-5×(108.7-14)2] 3.2~6.2
解析(1)加H2O2溶液“转化”的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,替代起氧化作用的H2O2溶液的可以为O2或空气,这样既能将Fe2+氧化,又不引进新杂质。由于Fe2+开始沉淀、沉淀完全时的pH与Ni2+的相近,所以若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,则“调pH”得到Fe(OH)3沉淀,Fe2+与Ni2+一起存在于溶液中,通过“转化”(氧化)使Fe2+转变为Fe3+而被沉淀出来,则滤液③中可能的杂质离子为氧化得到的Fe3+。
(2)根据Ni2+开始沉淀时的pH为7.2,可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=0.01×(107.2-14)2;根据Ni2+完全沉淀时的pH为8.7,也可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=10-5×(108.7-14)2。
“调pH”是为了使Fe3+沉淀完全,根据Fe3+完全沉淀时的pH为3.2可知,pH应大于3.2;同时不能使Ni2+沉淀,则c(Ni2+)·c2(OH-)<0.01×(107.2-14)2,根据c(Ni2+)=1.0mol·L-1,可求得c(OH-)<10-7.8mol·L-1,对应c(H+)>10-6.2mol·L-1,则“调pH”的pH应小于6.2,则“调pH”控制的pH范围是3.2~6.2。
考点二 沉淀溶解平衡的应用
必备知识·自主预诊
1.(1)Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3NH4+ (2)S2-+Cu2+CuS↓
2.(1)CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑ (2)Mg(OH)2+2NH4+Mg2++2NH3·H2O (4)AgCl+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O
3.(1)越大 浅黄色 黄色 黑色 AgCl(s)+Br-(aq)AgBr(s)+Cl-(aq) 2AgI(s)+S2-(aq)Ag2S(s)+2I-(aq)
(2)①CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)
②Cu2+(aq)+PbS(s)CuS(s)+Pb2+(aq)
自我诊断1.答案(1)× (2)× (3)√ (4)×
2.答案由于胃液的酸性很强(pH为0.9~1.5),H+与BaCO3电离产生的CO32-结合生成CO2和H2O,使BaCO3的沉淀溶解平衡BaCO3(s)Ba2+(aq)+CO32-(aq)向右移动,c(Ba2+)增大会引起人体中毒。而SO42-是强酸根离子,不能与胃液中的H+结合,因而胃液中较高的H+浓度对BaSO4的沉淀溶解平衡基本没影响,Ba2+浓度可以保持在安全的浓度标准以内。
关键能力·考向突破
典例1C 饱和FeS溶液中存在沉淀溶解平衡,FeS(s)Fe2+(aq)+S2-(aq),加入少量Na2S固体溶解后硫离子浓度增大,平衡逆向进行,有浑浊出现,A正确;FeS的溶度积大于CuS的溶度积,除去FeSO4溶液中的CuSO4,可选用FeS作沉淀剂,B正确;Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·c2(OH-)=1.8×10-11,c(OH-)=1.8×10-11c(Mg2+)mol·L-1,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,c(OH-)=34.0×10-38c(Fe3+)mol·L-1,则生成氢氧化铁沉淀所需OH-物质的量浓度小于氢氧化镁,则先生成氢氧化铁沉淀,C错误;向1mL0.1mol·L-1MgCl2溶液中滴加2mL0.1mol·L-1NaOH溶液,恰好反应生成氢氧化镁沉淀,饱和溶液中存在氢氧化镁的沉淀溶解平衡,取澄清溶液滴加2滴0.1mol·L-1FeCl3溶液,会生成氢氧化铁沉淀,有浑浊出现,D正确。
对点演练1 CD 向10mL一定浓度的硝酸银溶液中,逐滴加入0.1mol·L-1的氨水,首先发生反应Ag++NH3·H2OAgOH↓+NH4+,继而发生AgOH+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++2H2O+OH-;b点-lgc(Ag+)达到最大值,可认为此时Ag+与NH3·H2O恰好完全反应,银离子完全沉淀。b点完全反应,此时加入的氨水为10mL,氨水的浓度为0.1mol·L-1,原硝酸银溶液也为10mL,根据离子方程式Ag++NH3·H2OAgOH↓+NH4+可知,硝酸银溶液的浓度为0.1mol·L-1,A正确;b点溶液溶质为NH4NO3,Ag+完全沉淀,存在沉淀溶解平衡AgOH(s)Ag+(aq)+OH-(aq),所以可以近似地认为c(Ag+)=c(OH-),此时-lgc(Ag+)=4,则c(Ag+)=c(OH-)=1×10-4mol·L-1,Ksp(AgOH)=c(Ag+)·c(OH-)=1×10-8,B正确;b点溶液中溶质为NH4NO3,b到c过程发生反应AgOH+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++2H2O+OH-,随着氨水的加入,并没有引入铵根离子,虽然碱性增强使铵根的水解受到抑制,但溶液的体积增加的幅度更大,所以铵根离子的浓度减小,即b点NH4+的浓度大于溶液c点NH4+的浓度,C错误;m点溶液存在电荷守恒c(OH-)+c(NO3-)=c(Ag+)+c{[Ag(NH3)2]+}+c(NH4+)+c(H+),此时加入了过量的氨水,溶液应呈碱性,即c(OH-)>c(H+),则c(NO3-)
实验①白色沉淀是难溶的AgCl,A正确;由实验②说明AgI比AgCl更难溶,可以实现沉淀转化,B正确;若按①③顺序实验,硫化银溶解度小于氯化银,也可以实现转化,看到黑色沉淀生成,C错误;由实验②说明AgI比AgCl更难溶,若按②①顺序实验,此条件下碘化银不能转化为氯化银,看不到白色沉淀,D正确。
对点演练2 C 0.1mol·L-1MgCl2溶液与0.5mol·L-1NaOH溶液等体积混合得到Mg(OH)2悬浊液,剩余NaOH,但仍存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)。实验②中是因为剩余的NaOH能和氯化铁反应生成Fe(OH)3,不能比较Fe(OH)3和Mg(OH)2的溶解能力,故C错误。
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