高考化学第八章第四讲难溶电解质的溶解平衡考点分析.docx
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高考化学第八章第四讲难溶电解质的溶解平衡考点分析
2019高考化学第八章第四讲难溶电解质的溶解平衡考点分析
1.了解难溶电解质的沉淀溶解平衡。
2.理解溶度积(Ksp)的含义,能进行相关的计算。
2016,卷乙27T(3);2016,卷丙13T(D);
2015,卷Ⅰ10T(D)、27T(3)、28T
(2);2015,卷Ⅱ26T(4);
2014,卷Ⅰ11T、13T(A);2014,卷Ⅱ28T(5)
沉淀溶解平衡及其应用[学生用书P187]
[知识梳理]
一、沉淀溶解平衡
1.沉淀溶解平衡的概念
在一定温度下,当难溶电解质溶于水形成饱和溶液时,溶解速率和生成沉淀速率相等的状态。
2.沉淀溶解平衡的建立
固体溶质
溶液中的溶质
3.沉淀溶解平衡的特点
二、影响沉淀溶解平衡的因素
1.内因:
难溶电解质本身的性质,这是决定因素。
2.外因:
以AgCl(s)
Ag+(aq)+Cl-(aq) ΔH>0为例
外界条件
移动方向
平衡后
c(Ag+)
平衡后c(Cl-)
Ksp
升高温度
正向
增大
增大
增大
加水稀释
正向
不变
不变
不变
加入少量AgNO3
逆向
增大
减小
不变
通入HCl
逆向
减小
增大
不变
通入H2S
正向
减小
增大
不变
三、沉淀溶解平衡的应用
1.沉淀的生成
(1)调节pH法
如除去CuCl2溶液中的杂质FeCl3,可以向溶液中加入CuO,调节溶液的pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而除去。
离子方程式为Fe3++3H2O
Fe(OH)3+3H+、CuO+2H+===Cu2++H2O。
(2)沉淀剂法
如用H2S沉淀Cu2+,离子方程式为H2S+Cu2+===CuS↓+2H+。
2.沉淀的溶解
(1)酸溶解法
如CaCO3溶于盐酸,离子方程式为CaCO3+2H+===Ca2++H2O+CO2↑。
(2)盐溶液溶解法
如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液,离子方程式为Mg(OH)2+2NH
===Mg2++2NH3·H2O。
(3)配位溶解法
如AgCl溶于氨水,离子方程式为AgCl+2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O。
3.沉淀的转化
(1)实质:
沉淀溶解平衡的移动。
如MgCl2溶液
Mg(OH)2
Fe(OH)3,则溶解度:
Mg(OH)2>Fe(OH)3。
(2)规律:
一般说来,溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现,沉淀的溶解度差别越大,越容易转化。
(3)应用
锅炉除垢:
将CaSO4转化为CaCO3,离子方程式为CaSO4+CO
===CaCO3+SO
。
矿物转化:
CuSO4溶液遇ZnS转化为CuS,离子方程式为ZnS+Cu2+===CuS+Zn2+。
[自我检测]
1.(2016·高考海南卷)向含有MgCO3固体的溶液中滴加少许浓盐酸(忽略体积变化),下列数值变小的是( )
A.c(CO
) B.c(Mg2+)
C.c(H+)D.Ksp(MgCO3)
解析:
选A。
MgCO3固体的溶液中存在溶解平衡:
MgCO3(s)
Mg2+(aq)+CO
(aq),加入少量浓盐酸可与CO
反应,促使溶解平衡正向移动,故溶液中c(CO
)减小,c(Mg2+)及c(H+)增大,Ksp(MgCO3)只与温度有关,不变。
2.(2017·无锡联考)要使工业废水中的Pb2+沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂,已知Pb2+与这些离子形成的化合物的溶解度如下:
化合物
PbSO4
PbCO3
PbS
溶解度/g
1.03×10-4
1.81×10-7
1.84×10-14
由上述数据可知,沉淀剂最好选用( )
A.硫化物 B.硫酸盐
C.碳酸盐D.以上沉淀剂均可
解析:
选A。
沉淀工业废水中的Pb2+时,生成沉淀的反应进行得越完全越好,由于PbS的溶解度最小,故最好选硫化物作为沉淀剂。
(1)难溶电解质不一定是弱电解质,如BaSO4、AgCl等都是强电解质。
(2)沉淀溶解平衡移动过程是固体溶解和析出的相互转化过程,属于物理变化,但遵循勒夏特列原理。
(3)沉淀溶解达到平衡时,再加入该难溶物对平衡无影响。
(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1×10-5mol·L-1时,沉淀已经完全。
(教材改编题)一定温度下,将足量的AgCl分别放入下列物质中,AgCl的溶解度由大到小的排列顺序是( )
①20mL0.01mol·L-1KCl溶液
②30mL0.02mol·L-1CaCl2溶液
③40mL0.03mol·L-1HCl溶液
④10mL蒸馏水
⑤50mL0.05mol·L-1AgNO3溶液
A.①>②>③>④>⑤B.④>①>③>②>⑤
C.⑤>④>②>①>③D.④>③>⑤>②>①
[解析] AgCl(s)
Ag+(aq)+Cl-(aq),c(Cl-)或c(Ag+)越大,越能抑制AgCl的溶解,AgCl的溶解度就越小。
①c(Cl-)=0.01mol·L-1,②c(Cl)-=0.04mol·L-1,③c(Cl-)=0.03mol·L-1,④c(Cl-)=0mol·L-1,⑤c(Ag+)=0.05mol·L-1,Ag+或Cl-浓度由小到大的顺序为④<①<③<②<⑤,故AgCl的溶解度由大到小的排列顺序为④>①>③>②>⑤。
[答案] B
例1各溶液中c(Ag+)由大到小的顺序是____________。
答案:
⑤>④>①>③>②
沉淀溶解平衡及其影响因素
1.把Ca(OH)2放入蒸馏水中,一段时间后达到平衡:
Ca(OH)2(s)
Ca2+(aq)+2OH-(aq)。
下列说法正确的是( )
A.恒温下向溶液中加入CaO,溶液的pH升高
B.给溶液加热,溶液的c(OH-)增大
C.向溶液中加入Na2CO3溶液,其中固体质量增加
D.向溶液中加入少量NaOH固体,Ca(OH)2固体质量不变
解析:
选C。
恒温下Ksp不变,加入CaO后,溶液仍为Ca(OH)2的饱和溶液,pH不变,A错误;加热,Ca(OH)2的溶解度减小,溶液的c(OH-)减小,B错误;加入Na2CO3溶液,沉淀溶解平衡向右移动,Ca(OH)2固体转化为CaCO3固体,固体质量增加,C正确;加入NaOH固体,溶液中c(OH-)增大,平衡向左移动,Ca(OH)2固体质量增加,D错误。
2.下列说法错误的是( )
A.为减少洗涤过程中固体的损耗,最好选用稀H2SO4代替H2O来洗涤BaSO4沉淀
B.(2015·高考全国卷Ⅰ,10-D)将0.1mol·L-1MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生,再滴加0.1mol·L-1CuSO4溶液,先有白色沉淀生成,后变为浅蓝色沉淀,则Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小
C.(2014·高考重庆卷)Ca(HCO3)2溶液与过量NaOH溶液反应可得到Ca(OH)2
D.(2014·高考重庆卷)25°C时Cu(OH)2在水中的溶解度大于其在Cu(NO3)2溶液中的溶解度
解析:
选C。
A项,稀H2SO4可以抑制BaSO4的溶解,正确。
B项,将MgSO4溶液滴入NaOH溶液至过量,发生反应:
MgSO4+2NaOH===Na2SO4+Mg(OH)2↓,有白色沉淀产生,再滴加CuSO4溶液,白色沉淀转化为浅蓝色沉淀,发生反应为CuSO4+Mg(OH)2===Cu(OH)2+MgSO4,因为Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的溶度积小,发生了沉淀的转化,正确。
C项,碳酸氢钙溶液与过量的氢氧化钠溶液反应生成碳酸钙沉淀、碳酸钠和水,反应的离子方程式为Ca2++2HCO
+2OH-===CO
+2H2O+CaCO3↓,得不到氢氧化钙,错误。
D项,氢氧化铜在溶液中存在溶解平衡Cu(OH)2(s)
Cu2+(aq)+2OH-(aq),硝酸铜溶液中铜离子浓度大,抑制氢氧化铜的溶解,因此Cu(OH)2在水中的溶解度大于其在硝酸铜溶液中的溶解度,正确。
沉淀溶解平衡在生活生产中的应用
3.下列化学原理的应用,主要用沉淀溶解平衡原理来解释的是( )
①热纯碱溶液的洗涤油污能力强
②误将钡盐[BaCl2、Ba(NO3)2]当作食盐混用后,常用0.5%的Na2SO4溶液解毒
③溶洞、珊瑚的形成
④碳酸钡不能作“钡餐”而硫酸钡则能
⑤泡沫灭火器灭火的原理
A.②③④ B.①②③
C.③④⑤D.①②③④⑤
解析:
选A。
①⑤是水解平衡原理。
4.水是人类生存和发展的宝贵资源,而水质的污染问题却越来越严重。
目前,世界各国已高度重视这个问题,并采取积极措施进行治理。
(1)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类别都正确的是________(填字母编号,可多选)。
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
加硫化物沉降
化学法
C
含纯碱的废水
加石灰水反应
化学法
(2)如图是某市污水处理的工艺流程示意图:
①下列物质中不可以作为混凝剂(沉降剂)使用的是________(填字母编号)。
A.偏铝酸钠B.氧化铝
C.碱式氯化铝D.氯化铁
②混凝剂除去悬浮物质的过程是________(填字母编号)。
A.物理变化
B.化学变化
C.既有物理变化又有化学变化
解析:
(1)工业废水中的废酸可加生石灰中和,属于化学变化。
CuS、HgS、Ag2S均难溶,所以加硫化物如Na2S可沉淀Cu2+等重金属离子,消除污染;纯碱可加入石灰水生成CaCO3沉淀而除去。
(2)偏铝酸钠、碱式氯化铝、氯化铁水解生成胶体,除去悬浮物,而Al2O3难溶于水,不能产生胶体,不能作混凝剂。
在除去悬浮物的过程中既有物理变化又有化学变化。
答案:
(1)BC
(2)①B ②C
1.复分解反应总是向着某些离子浓度减小的方向进行,若生成难溶电解质,则向着生成溶度积较小的难溶电解质的方向进行。
2.沉淀生成的两大应用
(1)分离离子:
同一类型的难溶电解质,如AgCl、AgBr、AgI,溶度积小的物质先析出,溶度积大的物质后析出。
(2)控制溶液的pH来分离物质,如除去MgCl2中的FeCl3就可向溶液中加入MgO或Mg(OH)2等物质,将Fe3+转化为Fe(OH)3而除去。
溶度积常数及其应用[学生用书P189]
[知识梳理]
1.溶度积和离子积
以AmBn(s)
mAn+(aq)+nBm-(aq)为例:
溶度积
离子积
概念
沉淀溶解的平衡常数
溶液中有关离子浓度幂的乘积
符号
Ksp
Qc
表达式
Ksp(AmBn)=cm(An+)·cn(Bm-),式中的浓度都是平衡浓度
Qc(AmBn)=cm(An+)·cn(Bm-),式中的浓度是任意时刻的浓度
应用
判断在一定条件下沉淀能否生成或溶解
(1)Qc>Ksp:
溶液过饱和,有沉淀析出
(2)Qc=Ksp:
溶液饱和,处于平衡状态
(3)Qc溶液未饱和,无沉淀析出
2.Ksp的影响因素
(1)内因:
难溶物质本身的性质,这是主要决定因素。
(2)外因
①浓度:
加水稀释,平衡向溶解方向移动,但Ksp不变。
②温度:
绝大多数难溶盐的溶解是吸热过程,升高温度,平衡向溶解方向移动,Ksp增大。
③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或更难电离物质或气体的离子时,平衡向溶解方向移动,但Ksp不变。
[自我检测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)(2016·高考江苏卷)室温下,向浓度均为0.1mol·L-1的BaCl2和CaCl2混合溶液中滴加Na2SO4溶液,出现白色沉淀,说明Ksp(BaSO4) ( )
(2)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。
( )
(3)常温下,向BaCO3饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小。
( )
(4)溶度积常数Ksp只受温度影响,温度升高Ksp增大。
( )
(5)Ksp(AB2)小于Ksp(CD),则AB2的溶解度小于CD的溶解度。
( )
(6)Ksp的大小与难溶电解质的性质和温度有关。
( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√
2.已知25℃时BaSO4饱和溶液中存在BaSO4(s)
Ba2+(aq)+SO
(aq),Ksp=1.1025×10-10,下列有关BaSO4的溶度积和溶解平衡的叙述正确的是( )
A.25℃时,向c(SO
)=1.05×10-5mol/L的BaSO4溶液中,加入BaSO4固体,c(SO
)增大
B.向该饱和溶液中加入Ba(NO3)2固体,则BaSO4的溶度积常数增大
C.向该饱和溶液中加入Na2SO4固体,则该溶液中c(Ba2+)>c(SO
)
D.向该饱和溶液中加入BaCl2固体,则该溶液中c(SO
)减小
解析:
选D。
BaSO4的溶度积等于c(Ba2+)和c(SO
)的乘积,故饱和溶液中c(SO
)=1.05×10-5mol/L,再加入BaSO4固体不溶解,c(SO
)不变,A错误;溶度积常数只与温度有关,B错误;加入Na2SO4固体,溶解平衡向左移动,c(Ba2+)减小,C错误;加入BaCl2固体,溶解平衡向左移动,c(SO
)减小,D正确。
(1)对于化学式中阴、阳离子个数比不同的难溶物,不能直接根据Ksp的大小来确定其溶解能力的大小,需通过计算转化为溶解度。
(2)溶液中离子浓度的变化只能使溶解平衡移动,并不能改变溶度积。
(3)沉淀的生成和溶解相互转化的条件是离子浓度的大小,改变反应所需的离子浓度,可使反应向着所需的方向转化。
(4)Ksp小的难溶电解质也能向Ksp大的难溶电解质转化,需看溶液中生成沉淀的离子浓度的大小。
(2017·中原名校模拟)①已知t℃时AgCl的Ksp=2×10-10;②在t℃时,Ag2CrO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。
下列说法正确的是( )
A.在t℃时,Ag2CrO4的Ksp为1×10-8
B.在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4可使溶液由Y点变成X点
C.在t℃时,以0.01mol·L-1AgNO3溶液滴定20mL0.01mol·L-1KCl和0.01mol·L-1K2CrO4的混合溶液(溶液体积不变),CrO
先沉淀
D.在t℃时,反应Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)
2AgCl(s)+CrO
(aq)的平衡常数K=2.5×108
[解析] 在t℃时,Ag2CrO4(s)
2Ag+(aq)+CrO
(aq)的Ksp=(10-3)2×10-5=10-11,A错误;在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4,即增大了c(CrO
),可使溶液由Y点变成Z点,B错误;沉淀0.01mol·L-1Cl-需Ag+2×10-8mol·L-1,沉淀0.01mol·L-1CrO
需Ag+10-4.5mol·L-1,因此Cl-先沉淀,C错误;K=
=
=
=2.5×108,D正确。
[答案] D
若在上题图中存在A点如图,则A点溶液属于饱和溶液还是不饱和溶液?
将A点溶液蒸发掉一定量的水至析出沉淀,溶液是否会由A点变成Y点或Z点?
答案:
A点溶液的c2(Ag+)与c(CrO
)乘积小于曲线上任意一点,属于不饱和溶液。
将A点溶液蒸发掉一定量的水至析出沉淀,溶液既不会变成Y点也不会变成Z点,变为Y点的意义是c(CrO
)不变而c(Ag+)增大,变为Z点的意义是c(Ag+)不变而c(CrO
)增大,因为蒸发溶液时c(Ag+)和c(CrO
)均增大,故不会变为Y点或Z点。
溶度积图像突破方法
第一步,识图像。
认识图像横坐标、纵坐标表示什么,如表示离子浓度、pM等;曲线上的点表示达到平衡状态,曲线上方的点代表“过饱和溶液”,曲线下方的点代表“不饱和溶液”。
第二步,想原理。
涉及的原理主要有溶度积表达式书写、影响沉淀溶解平衡的因素以及溶度积常数的影响因素。
如浓度不会改变溶度积,溶度积只与温度有关,多数情况下,温度越高,溶度积越大。
第三步,找联系。
即将图像与溶度积原理联系起来,分析题目设置的问题,如求离子浓度、判断沉淀溶解平衡状态等。
关于Ksp的概念考查
1.下列说法不正确的是( )
A.Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关
B.由于Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),所以ZnS沉淀在一定条件下可转化为CuS沉淀
C.其他条件不变,离子浓度改变时,Ksp不变
D.两种难溶电解质作比较时,Ksp小的,溶解度一定小
解析:
选D。
只有相同类型的难溶电解质作比较时,Ksp小的,溶解度一定小。
2.根据题目提供的溶度积数据进行计算并回答下列问题:
(1)在Ca(NO3)2溶液中加入(NH4)2CO3溶液后过滤,若测得滤液中c(CO
)=10-3mol·L-1,则Ca2+是否沉淀完全?
________(填“是”或“否”)。
[已知c(Ca2+)≤10-5mol·L-1时可视为沉淀完全;Ksp(CaCO3)=4.96×10-9]
(2)已知25℃时,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12;酸碱指示剂百里酚蓝变色的pH范围如下:
pH
<8.0
8.0~9.6
>9.6
颜色
黄色
绿色
蓝色
25℃时,在Mg(OH)2饱和溶液中滴加2滴百里酚蓝指示剂,溶液的颜色为______________。
(3)向50mL0.018mol·L-1的AgNO3溶液中加入50mL0.020mol·L-1的盐酸,生成沉淀,反应后剩余Cl-1.0×10-4mol。
已知该温度下AgCl的Ksp=1.0×10-10,忽略溶液的体积变化,请计算:
①完全沉淀后,溶液中c(Ag+)=________。
②完全沉淀后,溶液的pH=________。
③如果向完全沉淀后的溶液中继续加入50mL0.001mol·L-1的盐酸,是否有白色沉淀生成?
________(填“是”或“否”)。
解析:
(1)根据Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(CO
)=4.96×10-9,得c(Ca2+)=
mol·L-1=4.96×10-6mol·L-1<10-5mol·L-1,可视为沉淀完全。
(2)设Mg(OH)2饱和溶液中c(OH-)为xmol·L-1,则0.5x3=5.6×10-12,x>1×10-4,c(H+)<1×10-10mol·L-1,pH>10,溶液为蓝色。
(3)①反应前,n(Ag+)=0.018mol·L-1×0.05L=9×10-4mol,n(Cl-)=0.020mol·L-1×0.05L=1×10-3mol;反应后剩余的Cl-为1.0×10-4mol,则混合溶液中,c(Cl-)=1.0×10-3mol·L-1,c(Ag+)=Ksp(AgCl)/c(Cl-)=1.0×10-7mol·L-1。
②H+没有参与反应,完全沉淀后,c(H+)=0.010mol·L-1,pH=2。
③因为加入的盐酸中c(Cl-)和反应后所得溶液中的c(Cl-)相同,c(Cl-)没有改变,c(Ag+)变小,所以Qc=c(Ag+)·c(Cl-)<Ksp(AgCl),没有沉淀产生。
答案:
(1)是
(2)蓝色
(3)①1.0×10-7mol·L-1 ②2 ③否
有关Ksp的计算及图像题
3.[2015·高考全国卷Ⅱ,26-(4)]酸性锌锰干电池是一种一次性电池,回收处理该废电池可得到多种化工原料。
有关数据如下表所示:
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-17
10-17
10-39
用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是加稀H2SO4和H2O2溶解,铁变为________,加碱调节至pH为________时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为________时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1mol·L-1)。
若上述过程不加H2O2后果
是________________________________________________________________________,原因是
________________________________________________________________________。
解析:
Fe与稀H2SO4反应生成FeSO4,再被H2O2氧化转化为Fe2(SO4)3。
Fe(OH)3的Ksp=c(Fe3+)·c3(OH-),则Fe3+恰好沉淀完全时,c(OH-)=
≈10-11.3mol·L-1,则溶液的pH=2.7。
Zn(OH)2的Ksp=c(Zn2+)·c2(OH-),则Zn2+开始沉淀时,c(OH-)=
=10-8mol·L-1,溶液的pH=6。
Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近,不加入H2O2将Fe2+转化为Fe3+,很难将Zn2+和Fe2+分开。
答案:
Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分离不开
Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近
4.已知25℃时,CaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。
向100mL该条件下的CaSO4饱和溶液中加入400mL0.01mol/LNa2SO4溶液,下列叙述正确的是( )
A.溶液中析出CaSO4固体沉淀,最终溶液中c(SO
)比原来的大
B.溶液中无沉淀析出,溶液中c(Ca2+)、c(SO
)都变小
C.溶液中析出CaSO4固体沉淀,溶液中c(Ca2+)、c(SO
)都变小
D.溶液中无沉淀析出,但最终溶液中c(SO
)比原来的大
解析:
选D。
由题意知,Ksp(CaSO4)=c(Ca2+)·c(SO
)=3.0×10-3×3.0×10-3=9×10-6,CaSO4饱和溶液中c(Ca2+)=c(SO
)=3.0×10-3mol/L。
加入400mL0.01mol/LNa2SO4溶液后,c(Ca2+)=
=6×10-4mol/L,c(SO
)=
=8.6×10-3mol/L,Qc=c(Ca2+)·c(SO
)=6×10-4×8.6×10-3=5.16×10-6)变大了,c(Ca2+)变小了,故只有D正确。
沉淀溶解平衡图像题的解题策略
1.从图像中找到数据,根据Ksp公式计算得出Ksp的值。
2.比较溶液的Qc与Ksp的大小,判断溶液中有无沉淀析出。
3.涉及Qc的计算时,所代入的离子浓度一定是混合溶液中的离子浓度,因此计算离子浓度时,所代入的溶液体积也必须是混合溶液的体积。
[课后达标检测][学生用书P349(独立成册)]
一、选择题
1.下列有关AgCl的沉淀溶解平衡的说法正确的是( )
A.A