人教版高中化学选修4课堂学案第三章第四节第2课时沉淀反应的应用.docx

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人教版高中化学选修4课堂学案第三章第四节第2课时沉淀反应的应用

第2课时　沉淀反应的应用

[目标导航]1.能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质。

2.学会用沉淀溶解平衡的移动解决生产、生活中的实际问题。

1．沉淀的生成

（1）调节pH法

如加入氨水调节pH＝4，可除去氯化铵中的杂质氯化铁。

反应离子方程式：

Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe（OH）3↓＋3NH

。

（2）加沉淀剂法

以Na2S、H2S等作沉淀剂，使Cu2＋、Hg2＋等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀。

反应离子方程式如下：

①加Na2S生成CuS：

S2－＋Cu2＋===CuS↓。

②通入H2S生成CuS：

H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。

2．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，只要不断移去溶解平衡体系中的相应离子，平衡就向沉淀溶解的方向移动，从而使沉淀溶解。

（2）实例：

①CaCO3沉淀溶于盐酸中：

CO2气体的生成和逸出，使CaCO3溶解平衡体系中的CO

浓度不断减小，平衡向沉淀溶解的方向移动。

②分别写出用HCl溶解难溶电解质FeS、Al（OH）3、Cu（OH）2的离子方程式FeS＋2H＋===Fe2＋＋H2S↑、Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O、Cu（OH）2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。

③向Mg（OH）2悬浊液中分别滴加蒸馏水、稀盐酸、NH4Cl溶液，白色沉淀将不溶解、溶解、溶解（填“溶解”或“不溶解”）。

3．沉淀的转化

（1）实验探究

①AgCl、AgI、Ag2S的转化（教材实验3－4）

实验操作

实验现象

有白色沉淀生成

白色沉淀转化为黄色沉淀

黄色沉淀转化为黑色沉淀

化学方程式

NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3

AgCl＋KIAgI＋KCl

2AgI＋Na2SAg2S＋2NaI

实验结论

溶解度小的沉淀可以转化成溶解度更小的沉淀

②Mg（OH）2与Fe（OH）3的转化（教材实验3－5）

实验操作

实验现象

产生白色沉淀

产生红褐色沉淀

上层为无色溶液，下层为红褐色沉淀

化学方程式

MgCl2＋2NaOH===Mg（OH）2↓＋2NaCl

3Mg（OH）2＋2FeCl32Fe（OH）3＋3MgCl2

（2）沉淀转化的实质

沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动，即将溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀。

（3）沉淀转化的应用

①除锅炉水垢

锅炉水垢中含CaSO4，可将CaSO4用Na2CO3处理，使之转化为CaCO3，然后用酸除去，其化学方程式为CaSO4＋Na2CO3CaCO3＋Na2SO4，CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑。

②自然界中矿物的转化

CuSO4溶液

铜蓝（CuS）。

【合作探究】

1．除去溶液中的SO

，选择钙盐还是钡盐？

为什么？

怎样选择沉淀剂？

答案

（1）根据CaSO4微溶于水，BaSO4难溶于水，除去SO

时，应选择钡盐，因为钡盐可使SO

沉淀更完全。

（2）选择沉淀剂时，使生成沉淀的反应越完全越好；不能影响其他离子的存在，由沉淀剂引入溶液的杂质离子要便于除去或不引入新的杂质离子。

2．向Mg（OH）2悬浊液中分别滴加稀盐酸和NH4Cl溶液，溶液变澄清，试解释原因。

答案

（1）Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq），HCl===H＋＋Cl－，H＋与OH－结合成弱电解质H2O，使Mg（OH）2的溶解平衡右移，Mg（OH）2不断溶解，直至与盐酸反应完毕。

（2）Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq），NH4Cl===NH

＋Cl－，NH

与OH－结合成弱电解质NH3·H2O，使Mg（OH）2的溶解平衡右移，直至Mg（OH）2完全溶解。

3．工业废水处理过程中，重金属离子可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。

写出用FeS除去Hg2＋的离子方程式。

答案FeS（s）＋Hg2＋（aq）===HgS（s）＋Fe2＋（aq）

4．溶洞里美丽的石笋、钟乳石和石柱是大自然创造的奇迹，试解释溶洞形成的化学原理。

答案石灰岩里不溶性的碳酸钙与水及二氧化碳反应能转化为可溶性的碳酸氢钙[Ca（HCO3）2]。

溶有碳酸氢钙的水从溶洞顶向溶洞底滴落时，水分蒸发，二氧化碳压强减小以及温度的变化都会使二氧化碳溶解度减小而析出碳酸钙沉淀。

这些沉淀经过千百万年的积聚，渐渐形成了钟乳石、石笋等。

一、沉淀的转化与生成

【例1】已知Ksp（AgCl）＝1.8×10－10，Ksp（AgI）＝1.0×10－16。

下列说法错误的是（）

A．AgCl不溶于水，不能转化为AgI

B．在含有浓度均为0.001mol·L－1的Cl－、I－的溶液中缓慢加入AgNO3稀溶液，首先析出AgI沉淀

C．AgI比AgCl更难溶于水，所以AgCl可以转化为AgI

D．常温下，AgCl若要在NaI溶液中开始转化为AgI，则NaI的浓度必须不低于

×

10－11mol·L－1

答案A

解析组成结构相似的物质，溶度积越小，其溶解度越小，越易先形成沉淀，B项正确；溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现，所以A项错、C项正确；AgCl溶液中

c（Ag＋）＝

×10－5mol·L－1。

要使AgI形成沉淀，则c（Ag＋）·c（I－）≥1.0×10－16。

则

c（I－）≥

mol·L－1＝

×10－11mol·L－1，D正确。

【练后归纳】通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积——浓度商（Qc）的相对大小，可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解。

Qc＞Ksp，溶液过饱和，有沉淀析出，直至溶液饱和，达到新的平衡；

Qc＝Ksp，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态；

Qc＜Ksp，溶液未饱和，无沉淀析出，若加入过量难溶电解质，难溶电解质溶解直至溶液饱和。

变式训练125℃时，已知下列三种金属硫化物的溶度积常数（Ksp）分别为Ksp（FeS）＝6.3×

10－18；Ksp（CuS）＝6.3×10－36；Ksp（ZnS）＝1.6×10－24。

下列关于常温时的有关叙述正确的是（）

A．硫化锌、硫化铜、硫化亚铁的溶解度依次增大

B．将足量的ZnSO4晶体加入到0.1mol·L－1的Na2S溶液中，Zn2＋的浓度最大只能达到1.6×

10－23mol·L－1

C．除去工业废水中含有的Cu2＋，可采用FeS固体作为沉淀剂

D．向饱和的FeS溶液中加入FeSO4溶液后，混合液中c（Fe2＋）变大、c（S2－）变小，但Ksp（FeS）变大

答案C

解析化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时，Ksp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强，由Ksp可知，常温下，CuS的溶解度最小，故A错；将足量的ZnSO4晶体加入到0.1mol·L－1的Na2S溶液中，c（S2－）将减至非常小，而Zn2＋的浓度远远大于1.6×

10－23mol·L－1，故B错；因CuS比FeS更难溶，FeS沉淀可转化为CuS沉淀，故C对；温度不变，Ksp（FeS）不变，故D错。

二、沉淀溶解平衡在工业除杂中的应用

【例2】工业制氯化铜时，是将浓盐酸用蒸气加热至80℃左右，慢慢加入粗制氧化铜粉（含杂质氧化亚铁），充分搅拌使之溶解，反应如下：

CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O，FeO＋2HCl===FeCl2＋H2O。

已知：

pH≥9.6时，Fe2＋以Fe（OH）2的形式完全沉淀：

pH≥6.4时，Cu2＋以Cu（OH）2的形式完全沉淀；pH为3～4时，Fe3＋以Fe（OH）3的形式完全沉淀。

（1）为除去溶液中的Fe2＋，可采用的方法是（）

A．直接加碱，调整溶液pH≥9.6

B．加纯铜粉，将Fe2＋还原出来

C．先将Fe2＋氧化成Fe3＋，再调整pH到3～4

D．通入硫化氢，使Fe2＋直接沉淀

（2）工业上为除去溶液中的Fe2＋，常使用NaClO，当溶液中加入NaClO后，溶液pH变化情况是（）

A．肯定减小B．肯定增大

C．可能减小D．可能增大

（3）若此溶液中只含有Fe3＋时，要调整pH为3～4，此时最好向溶液中加入（）

A．NaOH溶液B．氨水

C．CuCl2溶液D．CuO固体

解析

（1）A项中pH≥9.6时，Cu2＋也将沉淀；B项中，铜粉不能将Fe2＋还原出来；D项中，Fe2＋与H2S不反应。

（2）NaClO具有强氧化性，能将Fe2＋氧化：

2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O，反应中消耗H＋，pH一定增大。

（3）此溶液中只含杂质Fe3＋，要调整pH到3～4，加入的物质必须能与酸反应，使c（H＋）减小，且不引入新的杂质离子，D项符合条件。

答案

（1）C

（2）B（3）D

【特别提醒】在物质除杂、提纯实验中，一定要避免引入新的杂质，如上题中的第（3）问，NaOH溶液、氨水虽能调节pH到3～4，但会引入杂质离子。

变式训练2某小型化工厂生产皓矾（ZnSO4·7H2O）的工艺流程如下图所示：

已知：

开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为Fe（OH）3：

2.7～3.7；Fe（OH）2：

7.6～9.6；Zn（OH）2：

5.7～8.0。

试回答下列问题：

（1）加入的①应是________，其目的是______________________________________________。

（2）加入的②，供选择使用的有：

氨水、NaClO溶液、20%H2O2溶液、浓硫酸、浓硝酸等，应选用________，其理由是_______________________________________________________。

（3）加入的③是________，目的是___________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

答案

（1）Zn将Cu2＋、Fe3＋等杂质离子除去

（2）20%H2O2溶液H2O2作氧化剂，可将Fe2＋氧化为Fe3＋，且不引入其他杂质（3）ZnO或Zn（OH）2（答案合理即可）调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀除去

解析向溶液中加入Zn，发生反应：

Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu、2Fe3＋＋Zn===2Fe2＋＋Zn2＋，然后把Fe2＋氧化成Fe3＋，在选择氧化剂时，应使用H2O2，因为H2O2的还原产物为H2O，不引入新杂质，然后通过调节溶液的pH，使Fe3＋水解生成Fe（OH）3沉淀而除去。

1．除去NaCl中的FeCl3需加入的试剂是（）

A．NaOHB．石灰水

C．铜片D．氨水

答案A

解析在除去FeCl3时，不能引入新的杂质。

2．自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液，向地下深层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变为铜蓝（CuS）。

下列分析正确的是（）

A．CuS的溶解度大于PbS的溶解度

B．原生铜的硫化物具有还原性，而铜蓝没有还原性

C．CuSO4与ZnS反应的离子方程式是Cu2＋＋S2－===CuS↓

D．整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应

答案D

解析CuSO4与PbS反应可以生成CuS，所以CuS的溶解度小于PbS的，A错误；硫化物中硫的化合价为－2，均具有还原性，B错误；ZnS难溶于水，不能写成离子形式，C错误；铜的硫化物首先被氧化成CuSO4，然后硫酸铜与ZnS、PbS发生复分解反应生成更难溶的CuS，D正确。

3．以MnO2为原料制得的MnCl2溶液中常含有少量Cu2＋、Pb2＋、Cd2＋等金属离子，通过添加过量难溶电解质MnS，可使这些金属离子形成硫化物沉淀，经过滤除去包括MnS在内的沉淀，再经蒸发、结晶，可得纯净的MnCl2。

根据上述实验事实，可推知MnS具有的相关性质是（）

A．具有吸附性

B．溶解度与CuS、PbS、CdS等相同

C．溶解度大于CuS、PbS、CdS

D．溶解度小于CuS、PbS、CdS

答案C

解析本题考查了沉淀的转化，MnS与Cu2＋、Pb2＋、Cd2＋生成溶解度更小的硫化物。

4．已知Ksp（AgCl）＝1.56×10－10，Ksp（AgBr）＝7.7×10－13，Ksp（Ag2CrO4）＝9.0×10－12。

某溶液中含有Cl－、Br－和CrO

，浓度均为0.010mol·L－1，向该溶液中逐滴加入0.010mol·

L－1的AgNO3溶液时，三种阴离子产生沉淀的先后顺序为（）

A．Cl－、Br－、CrO

B．CrO

、Br－、Cl－

C．Br－、Cl－、CrO

D．Br－、CrO

、Cl－

答案C

解析要产生AgCl沉淀，c（Ag＋）＞

mol·L－1＝1.56×10－8mol·L－1；

要产生AgBr沉淀，c（Ag＋）＞

mol·L－1

＝7.7×10－11mol·L－1；

要产生Ag2CrO4，需c2（Ag＋）·c（CrO

）＞

Ksp（Ag2CrO4）＝9.0×10－12，

即c（Ag＋）＞

mol·L－1＝3.0×10－5mol·L－1；

显然沉淀的顺序为Br－、Cl－、CrO

。

[基础过关]

一、溶度积与沉淀的生成或溶解

1．已知25℃时，电离常数Ka（HF）＝3.6×10－4，溶度积常数Ksp（CaF2）＝1.46×10－10。

现向1L0.2mol·L－1HF溶液中加入1L0.2mol·L－1CaCl2溶液，则下列说法中正确的是（）

A．25℃时，0.1mol·L－1HF溶液中pH＝1

B．Ksp（CaF2）随温度和浓度的变化而变化

C．该体系中有CaF2沉淀产生

D．该体系中，Ksp（CaF2）＝

答案C

解析A项错误，如HF为强酸，则0.1mol/LHF溶液pH＝1，实际HF是弱酸，所以pH>1；B项错误，Ksp作为一种特殊的平衡常数，不随浓度的变化而变化；C项正确，HF电离出的c（H＋）＝c（F－）＝6×10－2mol/L，c（Ca2＋）＝0.1mol/L，此时KQ（CaF2）＝c（Ca2＋）·c2（F－）＝3.6×

10－4>Ksp（CaF2），所以有沉淀生成。

2．一定温度下，难溶电解质AmBn在水溶液中达到沉淀溶解平衡时，其平衡常数Ksp＝

cm（An＋）·cn（Bm－）称为难溶电解质的溶度积。

已知下表数据：

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范围

≥9.6

≥6.4

≥3

下列关于含有等物质的量的CuSO4、FeSO4、Fe2（SO4）3的混合溶液的说法正确的是（）

A．向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，最先看到的是蓝色沉淀

B．该混合溶液中c（SO

）∶[c（Cu2＋）＋c（Fe2＋）＋c（Fe3＋）]>5∶4

C．向该混合溶液中加入适量氯水，调节pH到4～5后过滤，可获得纯净的CuSO4溶液

D．向该混合溶液中加入适量氨水，调节pH到9.6后过滤，将所得沉淀灼烧，可得到等物质的量的CuO、FeO、Fe2O3三种固体的混合物

答案B

解析在滴加NaOH溶液的过程中，先生成Fe（OH）3沉淀，故最先看到的是Fe（OH）3红褐色沉淀，A项错误；假设Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋均不水解，则c（SO

）∶[c（Cu2＋）＋c（Fe2＋）＋c（Fe3＋）]＝5∶4，而这三种阳离子都可以水解，所以c（SO

）∶[c（Cu2＋）＋c（Fe2＋）＋c（Fe3＋）]>5∶4，B项正确；氯水可将Fe2＋氧化为Fe3＋，pH＝4～5时，Fe3＋被完全沉淀，此时得到的并不是纯净的CuSO4溶液，溶液中还含有极少量的Fe3＋，又因为加入了氯水，所以还引入了Cl－，C项错误；灼烧后得不到FeO，因为在灼烧过程中，铁元素会完全转化为Fe2O3，D项错误。

3．已知几种难溶电解质的溶度积常数Ksp（25℃）见下表：

难溶电解质

AgCl

AgBr

AgI

Ag2SO4

Ag2CrO4

Ksp

1.8×

10－10

5.4×

10－13

8.5×10－17

1.4×10－5

1.12×

10－12

下列叙述不正确的是（）

A．由溶度积常数可判断在相同条件下一些物质的溶解性大小

B．将等体积的4×10－3mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3mol·L－1的K2CrO4溶液混合，有Ag2CrO4沉淀产生

C．向AgCl的悬浊液中滴加饱和NaBr溶液可以得到黄色AgBr悬浊液

D．向100mL0.1mol·L－1的Na2SO4溶液中加入1mL0.1mol·L－1的AgNO3溶液，有白色沉淀生成

答案D

解析D项，混合溶液中c（Ag＋）＝0.1mol·L－1×

≈0.001mol·L－1，c2（Ag＋）·c（SO

）＝0.0012×0.1＝1×10－7<1.4×10－5，故不会产生沉淀。

4．Cu（OH）2在水中存在着如下沉淀溶解平衡：

Cu（OH）2（s）Cu2＋（aq）＋2OH－（aq），在常温下，Ksp＝2×10－20。

某CuSO4溶液中，c（Cu2＋）＝0.02mol·L－1，在常温下如果要生成Cu（OH）2沉淀，需要向CuSO4溶液加入碱溶液来调整pH，使溶液的pH大于（）

A．2B．3C．4D．5

答案D

解析Cu（OH）2（s）===Cu2＋（aq）＋2OH－（aq），其中Ksp＝c（Cu2＋）·c2（OH－），要使Cu（OH）2沉淀需达到其Ksp，故，c（OH－）＞

＝

mol·L－1故c（OH－）＞1×10－9mol·

L－1，则c（H＋）＜1×10－5mol·L－1，因此pH应大于5。

5．海水中含有丰富的镁资源。

某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案：

模拟海水中的离子浓度/mol·L－1

Na＋

Mg2＋

Ca2＋

Cl－

HCO

0.439

0.050

0.011

0.560

0.001

注：

溶液中某种离子的浓度小于1.0×10－5mol·L－1，可认为该离子不存在；

实验过程中，假设溶液体积不变。

Ksp（CaCO3）＝4.96×10－9

Ksp（MgCO3）＝6.82×10－6

Ksp[Ca（OH）2]＝4.68×10－6

Ksp[Mg（OH）2]＝5.61×10－12

下列说法正确的是（）

A．沉淀物X为CaCO3

B．滤液M中存在Mg2＋，不存在Ca2＋

C．滤液N中存在Mg2＋、Ca2＋

D．步骤②中若改为加入4.2gNaOH固体，沉淀物Y为Ca（OH）2和Mg（OH）2的混合物

答案A

解析由于HCO

＋OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O，且Ksp（CaCO3）＝4.96×10－9，Qc＝c（CO

）·c（Ca2＋）＝1.0×10－3×1.1×10－2＝1.1×10－5>Ksp（CaCO3），因此X为CaCO3，A正确；Ca2＋反应完后剩余浓度大于1.0×10－5mol·L－1，则M中存在Mg2＋、Ca2＋，B不正确；pH＝11.0时可求得c（OH－）＝10－3mol·L－1，Ksp[Mg（OH）2]＝5.61×10－12，c（Mg2＋）＝

mol·L－1<1.0×10－5mol·L－1，因此N中只存在Ca2＋不存在Mg2＋，C不正确；同理，加入

4.2gNaOH固体时沉淀物应是Mg（OH）2，D错误。

二、沉淀方法的选择

6．如图表示的是难溶氢氧化物在不同pH下的溶解度（S），下列说法正确的是（）

A．pH＝3时溶液中铁元素的主要存在形式是Fe3＋

B．若Ni（NO3）2溶液中含有少量的Co2＋杂质，可通过调节溶液pH的方法除去

C．若要分离溶液中的Fe3＋和Cu2＋，可调节溶液的pH为4

D．若向含有Cu2＋和Ni2＋的溶液中加入烧碱，Ni（OH）2优先沉淀

答案C

解析当pH＝3时，Fe3＋已沉淀完全，A项错误。

由于Ni2＋和Co2＋完全沉淀时的pH相差不大，故不宜通过调节溶液pH的方法除去，B项错误。

根据图可知向含有Cu2＋和Ni2＋的溶液中加入烧碱，Cu（OH）2优先沉淀，D项错误。

7．工业废水中常含有不同类型的污染物，可采用不同的方法处理。

以下处理措施和方法都正确的是（）

选项

污染物

处理措施

方法类别

A

废酸

加生石灰中和

物理法

B

Cu2＋等重金属离子

加硫酸盐沉降

化学法

C

含苯废水

用活性炭吸附

物理法

D

含纯碱的废水

加石灰水反应

化学法

答案C

解析废酸与碱中和属于化学法，A项错；Cu2＋不能用SO

沉降，B项错；Na2CO3＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋2NaOH，是复分解法，属于化学法，但溶质碱性更强、污染更严重，D项错误。

[能力提升]

8．已知难溶电解质在水溶液中存在溶解平衡MmAn（s）mMn＋（aq）＋nAm－（aq），Ksp＝

cm（Mn＋）·cn（Am－）称为溶度积。

某学习小组欲探究CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀的可能性，查得如下资料（25℃）：

难溶电解质

CaCO3

CaSO4

MgCO3

Mg（OH）2

Ksp

2.8×10－9

9.1×10－6

6.8×10－6

1.8×10－11

他们的实验步骤如下：

①往100mL0.1mol·L－1的CaCl2溶液中加入0.1mol·L－1的Na2SO4溶液100mL立即有白色沉淀生成。

②向上述悬浊液中加入固体Na2CO33g，搅拌，静置后弃去上层清液。

③再加入蒸馏水搅拌，静置后再弃去上层清液。

④________________________________________________________________________。

（1）由题中信息知Ksp越大，表示电解质的溶解度越________（填“大”或“小”）。

（2）写出第②步发生反应的化学方程式_______________________________________________________________________。

（3）设计第③步的目的是__________________________________________________________。

（4）请补充第④步操作及发生的现象____________________________________________________________________。

（5）请写出该转化在实际生活、生产中的一个应用___________________________________________________________________________________________________________________。

答案

（1）大

（2）Na2CO3（aq）＋CaSO4（s）CaCO3（s）＋Na2SO4（aq）

（3）洗去沉淀上附着的SO

（4）向沉淀中加入足量的盐酸，沉淀完全溶解，有气泡产生

（5）将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3，易于除去

解析Ksp越大，表示电解质的溶解度越大。

要证明CaSO4完全转化为CaCO3，可以加入盐酸，因为CaSO4不和盐酸反应，而CaCO3可完全溶于