化学新素养同步鲁教选修四讲义+素养练第3章 第3节 第2课时 沉淀溶解平衡的应用Word下载.docx

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实验结论

溶解度小的沉淀可以转化成溶解度更小的沉淀

（2）Mg（OH）2与Fe（OH）3的转化

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

MgCl2＋2NaOH===Mg（OH）2↓＋2NaCl、

3Mg（OH）2＋2FeCl3===2Fe（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）用FeS等难溶物质除去废水中的重金属离子（以Hg2＋为例）：

FeS（s）＋Hg2＋（aq）===HgS（s）＋Fe2＋（aq）。

（2）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＋Na2CO3===CaCO3＋Na2SO4，CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑。

[自我检测]

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的沉淀溶解平衡右移，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的沉淀溶解平衡右移，直至Mg（OH）2完全溶解。

3.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。

学习任务、沉淀溶解平衡在工业除杂中的应用

【合作交流】

已知不同金属离子在溶液中完全沉淀时，溶液的pH不同。

溶液中被沉淀的离子

Fe3＋

Cu2＋

完全生成氢氧化物沉淀时溶液的pH

≥3.7

≥4.4

据信息分析除去CuCl2中的FeCl3应选什么试剂，原理是什么？

提示　因FeCl3发生水解反应：

Fe3＋＋3H2O

Fe（OH）3＋3H＋，故可选择CuO或CuCO3，消耗Fe3＋水解生成的H＋，调节溶液pH于3.7～4.4之间，从而促进Fe3＋完全以Fe（OH）3形式沉淀出来，并通过过滤除去Fe（OH）3及过量的CuO或CuCO3。

【名师点拨】

沉淀生成的方法及应用

在涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域，常常利用沉淀溶解平衡原理来通过生成沉淀达到分离或除去某些离子的目的。

常用于沉淀生成的方式如下：

（1）加沉淀剂法：

生成的沉淀越难溶，沉淀越完全，沉淀剂过量能使沉淀更安全。

如除去溶液中Cu2＋、Hg2＋，可以用Na2S、H2S等作沉淀剂，使它们生成极难溶的CuS、HgS沉淀，然后除去；

沉淀Mg2＋一般用OH－而不用CO

，为了生成更难溶的Mg（OH）2沉淀，过滤除去。

（2）调节pH法：

如工业原料氯化铵中含有杂质FeCl3，使其溶解于水，再加入氨水调节pH至7～8，可使Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀。

（3）同离子效应法：

增大溶解平衡中的离子浓度，使平衡向沉淀生成的方向移动。

（4）氧化还原法：

改变某离子的存在形式，促使其转变为溶解度更小的难溶电解质便于分离出去，例如通过氧化还原反应将Fe2＋氧化为Fe3＋，从而生成更难溶的Fe（OH）3沉淀。

【典例】　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[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

变式训练1　化工生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2＋：

Cu2＋（aq）＋MnS（s）

CuS（s）＋Mn2＋（aq），下列说法错误的是（　　）

A.MnS的Ksp比CuS的Ksp大

B.该反应达平衡时[Mn2＋]＝[Cu2＋]

C.往平衡体系中加入少量CuSO4固体后，[Mn2＋]变大

D.该反应的平衡常数K＝

解析　根据沉淀转化向溶度积小的方向进行可知，Ksp（MnS）＞Ksp（CuS），A项正确；

该反应达平衡时[Mn2＋]、[Cu2＋]保持不变，但不一定相等，B项错误；

往平衡体系中加入少量CuSO4固体后，平衡向正反应方向移动，[Mn2＋]变大，C项正确；

该反应的平衡常数K＝

＝

，D项正确。

答案　B

变式训练2　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]当作食盐食用时，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”而硫酸钡能　⑤泡沫灭火器灭火的原理

A.②③④B.①②③

C.③④⑤D.①②③④⑤

解析　热纯碱溶液洗涤油污能力强和泡沫灭火器原理，是利用的盐类的水解，①⑤错；

误服钡盐用Na2SO4解毒、溶洞和珊瑚的形成、碳酸钡不能作钡餐而硫酸钡可以是利用的沉淀溶解平衡原理，A对。

答案　A

1.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

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价，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。

答案　D

2.某小型化工厂生产皓矾（ZnSO4·

7H2O）的工艺流程如下图所示：

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）加入的试剂①应是________，其目的是___________________________。

（2）加入的试剂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）加入的试剂③是________，目的是_______________________________

_____________________________________________________。

解析　向溶液中加入过量Zn，发生反应：

Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu、2Fe3＋＋3Zn===2Fe＋3Zn2＋，过滤，向沉淀A中加入稀硫酸，发生反应：

Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，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。

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

3.在t℃时，AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。

又知t℃时AgCl的Ksp＝4×

10－10mol2·

L－2，下列说法不正确的是（　　）

A.在t℃时，AgBr的Ksp为4.9×

10－13mol2·

L－2

B.在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体，可使溶液中c点变到b点

C.图中a点对应的是AgBr的不饱和溶液

D.在t℃时，AgCl（s）＋Br－（aq）

AgBr（s）＋Cl－（aq）的平衡常数K≈816

解析　根据图中c点的[Ag＋]和[Br－]可得该温度下AgBr的Ksp为4.9×

10－13mol2·

L－2，A正确；

在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体后，Br－的浓度增大，溶解平衡逆向移动，[Ag＋]减小，故B错；

在a点时Q＜Ksp，故为AgBr的不饱和溶液，C正确；

选项D中K＝[Cl－]/[Br－]＝Ksp（AgCl）/Ksp（AgBr），代入数据得K≈816，D正确。

4.如图所示，有T1、T2两种温度下两条BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线，回答下列问题：

讨论T1温度时BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线，下列说法不正确的是（　　）

A.加入Na2SO4可使溶液由a点变为b点

B.T1温度时，在T1曲线上方区域（不含曲线）任意一点时，均有BaSO4沉淀生成

C.蒸发溶剂可能使溶液由d点变为曲线上a、b之间的某一点（不含a、b）

D.升温可使溶液由b点变为d点

解析　A项，加入Na2SO4，SO

的浓度增大，Ksp不变，[Ba2＋]减小，正确；

B项，在T1曲线上方任意一点，由于Q＞Ksp，所以均有BaSO4沉淀生成；

C项，不饱和溶液蒸发溶剂，[SO

]、[Ba2＋]均增大，正确；

D项，升温，Ksp增大，[SO

]、[Ba2＋]均增大，错误。

5.已知常温下各物质的溶度积或电离平衡常数如下：

Ksp（CuS）＝1.3×

10－36，Ksp（FeS）＝6.5×

10－18

H2S：

Ka1＝1.2×

10－7，Ka2＝7×

10－15

一般来说，如果一个反应的平衡常数大于105，通常认为反应进行得较完全；

如果一个反应的平衡常数小于10－5，则认为该反应很难进行。

请回答：

（1）向浓度均为0.1mol·

L－1的FeSO4和CuSO4的混合溶液中加Na2S溶液，请写出首先出现沉淀的离子方程式

当加入Na2S溶液至出现两种沉淀，则溶液中[Fe2＋]∶[Cu2＋]＝________。

（2）通过计算说明反应CuS（s）＋2H＋===Cu2＋＋H2S进行的程度_____________________________________________________。

（3）常温下，NaHS溶液呈碱性，此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是_____________________________________________________。

若向此溶液中加入CuSO4溶液，恰好完全反应，所得溶液的pH________（填“>

”、“<

”或“＝”）7。

用离子方程式表示其原因________________________。

解析　

（1）由于[Cu2＋]和[Fe2＋]浓度相同且Ksp（FeS）>

Ksp（CuS）。

当加入Na2S溶液时先生成CuS沉淀，当同时产生CuS和FeS沉淀时，CuS和FeS均达到溶解平衡。

所以

＝5.0×

1018。

（2）K＝

＝Ksp（CuS）×

≈1.55×

10－15<

10－5

故反应很难进行。

（3）HS－水解能力大于电离能力，溶液中[Na＋]>

[HS－]>

[OH－]>

[S2－]>

[H＋]。

CuSO4溶液与NaHS溶液发生反应离子方程式为Cu2＋＋HS－===CuS↓＋H＋，故溶液pH<

7。

答案　

（1）Cu2＋＋S2－===CuS↓　5.0×

1018

（2）反应很难进行　（3）[Na＋]>

[H＋]　<

　HS－＋Cu2＋===CuS↓＋H＋

课时作业

基础练

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

D

含纯碱的废水

加石灰水反应

答案　C

2.已知同温度下的溶解度：

Zn（OH）2>

ZnS，MgCO3>

Mg（OH）2；

就溶解或电离出S2－的能力而言：

FeS>

H2S>

CuS，则下列离子方程式错误的是（　　）

A.Mg2＋＋2HCO

＋2Ca2＋＋4OH－===Mg（OH）2↓＋2CaCO3↓＋2H2O

B.Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋

C.Zn2＋＋S2－＋2H2O===Zn（OH）2↓＋H2S↑

D.FeS＋2H＋===Fe2＋＋H2S↑

解析　沉淀转化的原则是溶解度较小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀。

根据同温度下的溶解度：

Mg（OH）2，A项正确，C项错；

根据溶解或电离出S2－的能力：

CuS，B项、D项均正确。

3.25℃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×

10－18mol2·

L－2；

10－36mol2·

Ksp（ZnS）＝1.6×

10－24mol2·

L－2。

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[Fe2＋]变大、[S2－]变小，但Ksp（FeS）变大

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，[S2－]将减至非常小，而Zn2＋的浓度远远大于1.6×

L－1；

因CuS比FeS更难溶，FeS沉淀可转化为CuS沉淀；

温度不变，Ksp（FeS）不变。

4.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

mol2·

5.0×

10－13

8.3×

10－17

1.4×

mol3·

L－3

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×

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

解析　D项，混合溶液中[Ag＋]＝0.1mol·

L－1×

≈0.001mol·

L－1，[Ag＋]2[SO

]＝0.0012×

0.1＝1×

10－7<

10－5，故不会产生沉淀。

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·

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×

Ksp[Mg（OH）2]＝5.61×

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

解析　由于HCO

＋OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O，且Ksp（CaCO3）＝4.96×

10－9，Qc＝[CO

]·

[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×

L－1，则M中存在Mg2＋、Ca2＋，B不正确；

pH＝11.0时可求得[OH－]＝10－3mol·

L－1，Ksp[Mg（OH）2]＝5.61×

10－12，[Mg2＋]＝

mol·

L－1<

1.0×

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。

6.已知：

Ksp（CdS）＝3.6×

10－29mol2·

L－2，Ksp（ZnS）＝1.6×

某溶液中含0.10mol·

L－1Cd2＋和0.10mol·

L－1Zn2＋。

为使Cd2＋形成CdS沉淀而与Zn2＋分离，S2－离子的浓度应控制在什么范围？

解析　沉淀Cd2＋时所需S2－的最低浓度：

[S2－]＝

mol·

L－1＝3.6×

10－28mol·

不使ZnS沉淀，S2－的最高浓度：

L－1＝1.6×

L－1。

答案　[S2－]在3.6×

10－28～1.6×

L－1之间可以使CdS沉淀而Zn2＋留在溶液中。

7.毒重石的主要成分为BaCO3（含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl2·

2H2O的流程如下：

（1）毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是________。

实验室用37%的盐酸配制15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的________。

a.烧杯b.容量瓶

c.玻璃棒d.滴定管

（2）加入NH3·

H2O调节pH＝8可除去________（填离子符号），滤渣Ⅱ中含________（填化学式）。

加入H2C2O4时应避免过量，原因是_____________________________________________________

开始沉淀时的pH

11.9

9.1

1.9

完全沉淀时的pH

13.9

11.1

3.2

Ksp（BaC2O4）＝1.6×

10－7mol2·

L－2，Ksp（CaC2O4）＝2.3×

10－9mol2·

解析　

（1）充分研磨的目的是增大反应物的接触面积，从而使反应速率加快。

配制一定质量分数的溶液，可以算出所需37%的盐酸及水的体积，然后在烧杯中稀释，为使溶液混合均匀，要用玻璃棒进行搅拌。

（2）根据流程图及表格中数据可知，加入NH3·

H2O调节p