高二化學反應原理課時作業(yè)12：3.3.2沉淀溶解平衡的應用

高二《化學反應原理》PAGEPAGE1第2課時沉淀溶解平衡的應用分層訓練[基礎(chǔ)過關(guān)]一、沉淀方法的選擇1.要使工業(yè)廢水中的Pb2＋沉淀，可用硫酸鹽、碳酸鹽、硫化物等作沉淀劑，已知Pb2＋與這些離子形成的化合物的溶解度如下：化合物PbSO4PbCO3PbS溶解度/g1.03×10－41.81×10－71.84×10－14由上述數(shù)據(jù)可知，選用的沉淀劑最好是()A.硫化物 B.硫酸鹽C.碳酸鹽 D.以上沉淀劑均可[解析]產(chǎn)生沉淀的溶解度越小，沉淀反應進行的越完全。[答案]A二、溶度積與沉淀的生成或溶解2.已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10mol2·L－2，Ksp(AgI)＝1.0×10－16mol2·L－2。下列說法錯誤的是()A.AgCl不溶于水，不能轉(zhuǎn)化為AgIB.在含有濃度均為0.001mol·L－1的Cl－、I－的溶液中緩慢加入AgNO3稀溶液，首先析出AgI沉淀C.AgI比AgCl更難溶于水，所以AgCl可以轉(zhuǎn)化為AgID.常溫下，AgCl若要在NaI溶液中開始轉(zhuǎn)化為AgI，則NaI的濃度必須不低于eq\f(1,\r(1.8))×10－11mol·L－1[解析]組成結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，溶度積越小，其溶解度越小，越易先形成沉淀，B項正確；溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化成溶解度更小的沉淀容易實現(xiàn)，所以A錯、C對；AgCl溶液中[Ag＋]＝eq\r(1.8)×10－5mol·L－1。要使AgI形成沉淀，則[Ag＋][I－]≥1.0×10－16mol2·L－2。則[I－]≥eq\f(1.0×10－16,\r(1.8)×10－5)mol·L－1＝eq\f(1,\r(1.8))×10－11mol·L－1，D正確。[答案]A3.25℃時，已知下列三種金屬硫化物的溶度積常數(shù)(Ksp)分別為Ksp(FeS)＝6.3×10－18mol2·L－2；Ksp(CuS)＝1.3×10－36mol2·L－2；Ksp(ZnS)＝1.6×10－24mol2·L－2。下列關(guān)于常溫時的有關(guān)敘述正確的是()A.硫化鋅、硫化銅、硫化亞鐵的溶解度依次增大B.將足量的ZnSO4晶體加入到0.1mol·L－1的Na2S溶液中，Zn2＋的濃度最大只能達到1.6×10－23mol·L－1C.除去工業(yè)廢水中含有的Cu2＋，可采用FeS固體作為沉淀劑D.向飽和的FeS溶液中加入FeSO4溶液后，混合液中[Fe2＋]變大、[S2－]變小，但Ksp(FeS)變大[解析]化學式所表示的組成中陰、陽離子個數(shù)比相同時，Ksp數(shù)值越大的難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力越強，由Ksp可知，常溫下，CuS的溶解度最小，故A錯；將足量的ZnSO4晶體加入到0.1mol·L－1的Na2S溶液中，c(S2－)將減至非常小，而Zn2＋的濃度遠遠大于1.6×10－23mol·L－1；因CuS比FeS更難溶，F(xiàn)eS沉淀可轉(zhuǎn)化為CuS沉淀；溫度不變，Ksp(FeS)不變。[答案]C4.已知幾種難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)Ksp(25℃)見下表：難溶電解質(zhì)AgClAgBrAgIAg2SO4Ag2CrO4Ksp1.8×10－10mol2·L－25.0×10－13mol2·L－28.3×10－17mol2·L－21.4×10－5mol3·L－31.12×10－12mol3·L－3下列敘述不正確的是()A.由溶度積常數(shù)可判斷在相同條件下一些物質(zhì)的溶解性大小B.將等體積的4×10－3mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3mol·L－1的K2CrO4溶液混合，有Ag2CrO4沉淀產(chǎn)生C.向AgCl的懸濁液中滴加飽和NaBr溶液可以得到黃色AgBr懸濁液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項，混合溶液中[Ag＋]＝0.1mol·L－1×eq\f(1mL,101mL)≈0.001mol·L－1，[Ag＋]2[SOeq\o\al(2－,4)]＝0.0012×0.1＝1×10－7<1.4×10－5，故不會產(chǎn)生沉淀。[答案]D5.下列說法中正確的是()A.在等濃度的Na2SO4、Al2(SO4)3溶液中，BaSO4的溶解能力相同B.將BaSO4投入飽和Na2CO3溶液中不會生成BaCO3[Ksp(BaCO3)＝5.1×10－9mol2·L－2；Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10mol2·L－2]C.用AgNO3溶液分別滴定等濃度等體積的Cl－、Br－、I－溶液，滴定曲線如圖所示，說明Ksp(AgI)＜Ksp(AgBr)＜Ksp(AgCl)D.向等濃度的NaBr、NaI溶液中滴加足量AgNO3溶液，溶液中[Br－]∶[I－]＝Ksp(AgI)∶Ksp(AgBr)[解析]根據(jù)難溶電解質(zhì)在溶液中存在的溶解平衡可知，溶液中[SOeq\o\al(2－,4)]越大，BaSO4的溶解能力越小，A項錯誤；將BaSO4投入飽和Na2CO3溶液中會生成BaCO3，兩者的Ksp相差不大，只要保證溶液中[COeq\o\al(2－,3)]足夠大，可以實現(xiàn)BaSO4沉淀轉(zhuǎn)化為BaCO3沉淀，B項錯誤；從圖可知，當沉淀完全時，－lg[I－]最大，說明溶液中[I－]最小，即Ksp(AgI)最小，C項正確；D項，[Br－]∶[I－]＝eq\f(Ksp（AgBr）,[Ag＋])∶eq\f(Ksp（AgI）,[Ag＋])＝Ksp(AgBr)∶Ksp(AgI)，D項錯誤。[答案]C[能力提升]6.已知：Ksp(CdS)＝3.6×10－29mol2·L－2，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24mol2·L－2。某溶液中含0.10mol·L－1Cd2＋和0.10mol·L－1Zn2＋。為使Cd2＋形成CdS沉淀而與Zn2＋分離，S2－離子的濃度應控制在什么范圍？[解析]沉淀Cd2＋時所需S2－的最低濃度：[S2－]＝eq\f(Ksp（CdS）,[Cd2＋])＝eq\f(3.6×10－29,0.10)mol·L－1＝3.6×10－28mol·L－1；不使ZnS沉淀，S2－的最高濃度：[S2－]＝eq\f(Ksp（ZnS）,[Zn2＋])＝eq\f(1.6×10－24,0.10)mol·L－1＝1.6×10－23mol·L－1。[答案][S2－]在3.6×10－28～1.6×10－23mol·L－1之間可以使CdS沉淀而Zn2＋留在溶液中。7.(1)將AgCl分別加入盛有：①5mL水；②6mL0.5mol/LNaCl溶液；③10mL0.2mol/LCaCl2溶液；④50mL0.1mol/L鹽酸的燒杯中，均有固體剩余，各溶液中[Ag＋]從大到小的順序是：________(填序號)。(2)在25℃下，向濃度均為0.1mol·L－1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水，先生成________沉淀(填化學式)，生成該沉淀的離子方程式為________。已知25℃時Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10－11，Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20。[解析](1)因為均有固體剩余，所以溶液中存在AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)，[Cl－]越大，[Ag＋]越小，所以[Ag＋]從大到小的順序是①④③②。(2)因為Ksp[Mg(OH)2]大于Ksp[Cu(OH)2]，所以首先生成的是Cu(OH)2沉淀。[答案](1)①④③②(2)Cu(OH)2Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)8.鋇(Ba)和鍶(Sr)及其化合物在工業(yè)上有著廣泛的應用，它們在地殼中常以硫酸鹽的形式存在，BaSO4和SrSO4都是難溶性鹽。工業(yè)上提取鋇和鍶時首先將BaSO4和SrSO4轉(zhuǎn)化成難溶弱酸鹽。已知：SrSO4(s)Sr2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)Ksp(SrSO4)＝2.5×10－7mol2·L－2SrCO3(s)Sr2＋(aq)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)Ksp(SrCO3)＝2.5×10－9mol2·L－2(1)將SrSO4轉(zhuǎn)化成SrCO3的離子方程式為____________________________________________________________________________________________________。該反應的平衡常數(shù)表達式為____________________________________。該反應能發(fā)生的原因是________________________________________________。(用沉淀溶解平衡的有關(guān)理論解釋)(2)對于上述反應，實驗證明增大COeq\o\al(2－,3)的濃度或降低溫度都有利于提高SrSO4的轉(zhuǎn)化率。判斷在下列兩種情況下，平衡常數(shù)K的變化情況(填“增大”、“減小”或“不變”)：①升高溫度，平衡常數(shù)K將____________________________________________；②增大COeq\o\al(2－,3)的濃度，平衡常數(shù)K將______________________________________。(3)已知，SrSO4和SrCO3在酸中的溶解性與BaSO4和BaCO3類似，設(shè)計實驗證明上述過程中SrSO4是否完全轉(zhuǎn)化成SrCO3。實驗所用的試劑為________；實驗現(xiàn)象及其相應結(jié)論為________________________________________。[解析](1)SrSO4轉(zhuǎn)化成SrCO3的離子反應為SrSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)SrCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)，平衡常數(shù)表達式為K＝eq\f([SOeq\o\al(2－,4)],[COeq\o\al(2－,3)])，根據(jù)沉淀轉(zhuǎn)化的原理，該反應能夠發(fā)生，是因為Ksp(SrCO3)<Ksp(SrSO4)。(2)①降低溫度有利于提高SrSO4的轉(zhuǎn)化率，說明降溫平衡向正反應方向移動，因此升高溫度，平衡向逆反應方向移動，故平衡常數(shù)K減小。②平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，增大COeq\o\al(2－,3)的濃度，平衡常數(shù)不變。(3)根據(jù)提供的信息，可以推斷SrSO4難溶于鹽酸，而SrCO3可溶于鹽酸，因此向溶液中加入鹽酸，若沉淀全部溶解，則SrSO4完全轉(zhuǎn)化成SrCO3，若沉淀沒有全部溶解，則SrSO4沒有完全轉(zhuǎn)化成SrCO3，需要注意的是，不能選擇稀硫酸，因為SrCO3與稀硫酸反應生成SrSO4。[答案](1)SrSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)SrCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)K＝eq\f([SOeq\o\al(2－,4)],[COeq\o\al(2－,3)])Ksp(SrCO3)＜Ksp(SrSO4)，加入COeq\o\al(2－,3)后，平衡SrSO4(s)Sr2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)正向移動，生成SrCO3(2)①減?、诓蛔?3)鹽酸若沉淀完全溶解，則證明SrSO4完全轉(zhuǎn)化成SrCO3，否則，未完全轉(zhuǎn)化9.金屬氫氧化物在酸中溶解度不同，因此可以利用這一性質(zhì)，控制溶液的pH，達到分離金屬離子的目的。難溶金屬的氫氧化物在不同pH下的溶解度(S，mol·L－1)如圖。(1)pH＝3時溶液中銅元素的主要存在形式是________。(2)若要除去CuCl2溶液中少量的Fe3＋，應該控制溶液的pH為________。A.＜1 B.4左右C.＞6(3)已知常溫下一些難溶物的溶度積常數(shù)如下表。物質(zhì)FeSCuSHgSKsp6.3×10－181.3×10－366.4×10－53某工業(yè)廢水中含有Cu2＋，最適宜向此工業(yè)廢水中加入過量的________除去它們。(選填序號)A.HgS B.FeSC.Na2S[解析](1)由圖示可以看出pH＝3時，不產(chǎn)生Cu(OH)2沉淀，銅元素主要是以Cu2＋的形式存在。(2)由圖示可知pH＜1時，F(xiàn)e3＋不產(chǎn)生沉淀；pH在2.5～4.5之間，F(xiàn)e3＋沉淀完全而Cu2＋不產(chǎn)生沉淀；pH＞6時Cu2＋也沉淀完全，故應控制pH在4左右。(3)根據(jù)幾種硫化物的溶度積可知CuS的溶解度比FeS小得多；加入FeS可將Cu2＋轉(zhuǎn)化為硫化物沉淀，而過量的FeS不溶解，所以FeS為最佳試劑，而Na2S過量時都會存在于廢水中，HgS的溶解度比CuS小得多，也不行。[答案](1)Cu2＋(2)B(3)B10.工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr2Oeq\o\al(2－,7)和CrOeq\o\al(2－,4)，它們會對人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大危害，必須進行處理。還原沉淀法是常用的一種方法，其過程如下：CrOeq\o\al(2－,4)eq\o(→,\s\up11(H＋),\s\do5(轉(zhuǎn)化))Cr2Oeq\o\al(2－,7)eq\o(→,\s\up11(Fe2＋),\s\do5(還原))Cr3＋eq\o(→,\s\up11(OH－),\s\do5(沉淀))Cr(OH)3↓(1)轉(zhuǎn)化過程中存在平衡：2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O。能說明該反應達平衡狀態(tài)的是________。a.Cr2Oeq\o\al(2－,7)和CrOeq\o\al(2－,4)的濃度相同b.2v(Cr2Oeq\o\al(2－,7))＝v(CrOeq\o\al(2－,4))c.溶液的pH保持不變(2)若1L廢水轉(zhuǎn)化后所得溶液中含鉻元素的質(zhì)量為28.6g，CrOeq\o\al(2－,4)有eq\f(10,11)轉(zhuǎn)化為Cr2Oeq\o\al(2－,7)(已知鉻的相對原子質(zhì)量為52)。①轉(zhuǎn)化后所得溶液中[Cr2Oeq\o\al(2－,7)]＝__________。②已知：常溫時該反應的平衡常數(shù)K＝1014mol－3·L3。上述轉(zhuǎn)化后所得溶液的pH＝________。(3)若在還原過程中還原1molCr2Oeq\o\al(2－,7)，需要______mol的FeSO4·7H2O。(4)沉淀過程中生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)3(s)Cr3＋(aq)＋3OH－(aq)，常溫下，Cr(OH)3的溶度積Ksp＝10－32mol4·L－4，要使[Cr3＋]降至10－5mol·L－1，溶液的pH應調(diào)至________。[解析](1)溶液的pH不變，說明[H＋]不變，表明反應已達平衡，c正確。(2)[CrOeq\o\al(2－,4)]＋2[Cr2Oeq\o\al(2－,7)]＝0.55mol·L－1，eq\f(2[Cr2Oeq\o\al(2－,7)],[CrOeq\o\al(2－,4)]＋2[Cr2Oeq\o\al(2－,7)])＝eq\f(10,11)，解得：[CrOeq\o\al(2－,4)]＝0.05mol·L－1，[Cr2Oeq\o\al(2－,7)]＝0.25mol·L－1，K＝eq\f([Cr2Oeq\o\al(2－,7)],[CrOeq\o\al(2－,4)]2[H＋]2)＝1014mol－3·L3，解得：[H＋]＝10－6mol·L－1，pH＝6。(3)Cr2Oeq\o\al(2－,7)中Cr的化合價是＋6價，所以1molCr2Oeq\o\al(2－,7)被還原轉(zhuǎn)移6mol電子；1molFe2＋被氧化生成Fe3＋，轉(zhuǎn)移1mol電子，因此根據(jù)得失電子守恒可知需要FeSO4·7H2O的物質(zhì)的量為6mol。(4)由溶度積常數(shù)的表達式Ksp＝[Cr3＋][OH－]3＝10－32mol4·L－4可知，當[Cr3＋]＝10－5mol·L－1時，[OH－]＝10－9mol·L－1，所以pH＝5。[答案](1)c(2)①0.25mol·L－1②6(3)6(4)5[拓展探究]11.已知難溶電解質(zhì)在水溶液中存在溶解平衡MmAn(s)mMn＋(aq)＋nAm－(aq)，Ksp＝[Mn＋]m[Am－]n稱為溶度積。某學習小組欲探究CaSO4沉淀轉(zhuǎn)化為CaCO3沉淀的可能性，查得如下資料(25℃)：難溶電解質(zhì)CaCO3CaSO4MgCO3Mg(OH)2Ksp2.8×10－9mol2·L－29.1×10－6mol2·L－26.8×10－6mol2·L－21.8×10－11mol3·L－3他們的實驗步驟如下：①往100mL0.1mol·L－1的CaC