苏教版 (2019)选择性必修1第四单元 沉淀溶解平衡第2课时练习题

第2课时　沉淀溶解平衡原理的应用

基础巩固

1.非结合胆红素分子中含有羟基,被氧化后(生成羧基)与钙离子结合形成胆红素钙的反应就是一个沉淀生成的离子反应,从动态平衡的角度分析,下列能预防胆红素钙结石的方法是(　　)。

A.大量食用纯碱可使钙离子沉淀完全,防止胆红素钙结石生成

B.不食用含钙的食品

C.适量服用维生素E、维生素C等抗氧化物质可预防胆红素钙结石

D.常喝水稀释钙离子,溶解沉淀

答案:C

解析:由题意可知,胆红素钙结石的成因是非结合胆红素被氧化后与Ca2+结合,若降低氧化产物或Ca2+的浓度,可预防胆红素钙结石,但人体的体液平衡需维持一定浓度的Ca2+,C项正确。

2.T℃时,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39。此温度下要除去CuCl2溶液中的少量FeCl3,可以边搅拌边加入一种试剂,这种试剂是(　　)。

A.CuO B.NaOH溶液

C.氨水 D.CuSO4溶液

答案:A

解析:根据溶度积常数可知氢氧化铜的溶度积大于氢氧化铁的溶度积,因此要除去混在CuCl2溶液中的FeCl3,可加入氢氧化铜粉末、CuO或CuCO3,通过调节溶液的pH,促进铁离子水解生成氢氧化铁沉淀而除去,且不引入新的杂质,A项正确。

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+反应生成溶解度更小的硫化物。

4.工业上用化学法除锅炉的水垢时,先向锅炉中注入饱和Na2CO3溶液浸泡,将水垢中的CaSO4转化为CaCO3,再用盐酸除去[已知:Ksp(CaCO3)=5.0×10-9,Ksp(CaSO4)=7.1×10-5],下列说法错误的是(　　)。

A.升高温度,Na2CO3溶液的KW和c(OH-)均会增大

B.沉淀转化的离子方程式为C+CaSO4(s)CaCO3(s)+S

C.该条件下,CaCO3的溶解度约为7.1×10-3 g(≈7.1)

D.CaSO4和CaCO3共存的悬浊液中,=1.42×104

答案:C

解析:升高温度,水的电离平衡正向移动,KW增大,Na2CO3水解平衡正向移动,c(OH-)增大,A项正确;题述中涉及的沉淀转化是由难溶物质转化为更难溶的物质,B项正确;由c(C)=c(Ca2+)=≈7.1×10-5mol·L-1,设溶液体积为1L,则,解得S=7.1×10-4g,该条件下CaCO3的溶解度约为7.1×10-4g,C项错误;CaSO4和CaCO3共存的悬浊液中,=1.42×104,D项正确。

5.已知某温度下如下物质的溶度积常数:Ksp(FeS)=6.3×10-18,Ksp(CuS)=6.3×10-36。下列说法正确的是              (　　)。

A.同温度下,CuS的溶解度大于FeS的溶解度

B.同温度下,向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体后,Ksp(FeS)变小

C.向含有等物质的量的FeCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液,最先出现的沉淀是FeS

D.除去工业废水中的Cu2+,可以选用FeS作沉淀剂

答案:D

解析:A项,由于FeS的Ksp大,且FeS与CuS的Ksp表达式是相同类型的,因此FeS的溶解度比CuS的大。B项,Ksp不随浓度变化而变化,它只与温度有关。C项,先达到CuS的Ksp,先出现CuS沉淀。D项,向含有Cu2+的工业废水中加入FeS,FeS会转化为更难溶的CuS,故可以用FeS作沉淀剂。

6.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项错误。硫化物中硫的化合价为-2 价,均具有还原性,B项错误。ZnS难溶于水,不能写成离子形式,C项错误。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项正确。

7.某学习小组欲探究使CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀,从而将其除去的可能性,查得如下资料(25 ℃):

实验步骤如下:

①向100 mL 0.1 mol·L-1的CaCl2溶液中加入100 mL 0.1 mol·L-1的Na2SO4溶液,立即有白色沉淀生成;

②向上述悬浊液中加入3 g Na2CO3固体,搅拌,静置,沉淀后弃去上层清液;

③再加入蒸馏水搅拌,静置,沉淀后再弃去上层清液;

④　。 

请思考下列问题。

(1)题给的两种物质,Ksp越大,表示电解质的溶解能力越　　　(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步操作的目的是 　                                    　。 

(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+CaSO4Na2SO4+CaCO3

(3)洗去沉淀中附着的S

(4)向沉淀中加入足量的稀盐酸,沉淀完全溶解

(5)将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3,易于除去

解析:对于类型相同的难溶物,相同条件下,Ksp越大,其溶解能力越大。在CaSO4悬浊液中存在溶解平衡:CaSO4(s)Ca2++S,加入Na2CO3固体后,溶液中C浓度较大,而CaCO3的Ksp较小,故C与Ca2+结合生成沉淀,即C+Ca2+CaCO3↓。既然是探究性实验,必须验证所推测结果的正确性,故设计了③④步操作,来验证所得固体是不是CaCO3。

能力提升

1.一定温度下的难溶电解质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-),称为难溶电解质的离子积。已知下表数据:

对含等物质的量的CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3的混合溶液的下列说法,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.该溶液中c(S)∶[c(Cu2+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)]>5∶4

C.向该溶液中加入适量氯水,调节pH到4~5后过滤,可获得溶质只有CuSO4的溶液

D.向该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,可得等物质的量的CuO、FeO、Fe2O3三种固体的混合物

答案:B

解析:Ksp越小,越容易反应生成沉淀,混合液中逐滴加入氢氧化钠溶液后,铁离子优先反应生成氢氧化铁沉淀,所以应该最先看到红褐色沉淀,A项错误;Cu2+、Fe2+、Fe3+对应的碱全是弱碱,所以这三种离子在溶液中都会发生水解,则溶液中c(S)∶[c(Cu2+)+c(Fe2+)+c(Fe3+)]>5∶4,B项正确;加入适量氯水,Fe2+被氧化成Fe3+,但它的还原产物Cl-肯定还在溶液中,而且在调节pH时加入的试剂也会在溶液中有所保留,所以得到的溶液中不可能只含CuSO4一种溶质,C项错误;由表中数据可知,在pH到9.6后过滤,沉淀中含有Cu(OH)2、Fe(OH)2和Fe(OH)3,对沉淀灼烧,最终得到的是CuO和Fe2O3两种固体的混合物,D项错误。

2.25 ℃时,用Na2SO4溶液沉淀Ba2+、Pb2+、Ca2+三种金属离子(M2+),所需S最低浓度的负对数值p(S)=-lg c(S)与p(M2+)=-lg(M2+)关系如图所示,下列说法正确的是(　　)。

A.Ksp(CaSO4)<Ksp(PbSO4)<Ksp(BaSO4)

B.A点可表示CaSO4的饱和溶液,且c(Ca2+)=c(S)

C.B点可表示PbSO4的不饱和溶液,且c(Pb2+)<c(S)

D.向Ba2+浓度为10-5 mol·L-1的废水中加入足量CaSO4粉末,会有BaSO4沉淀析出

答案:D

解析:根据Ksp=c(M2+)×c(S),代入图中数据进行计算,四种沉淀的Ksp大小顺序为Ksp(CaSO4)>

Ksp(PbSO4)>Ksp(BaSO4),A项错误。根据图像可知,A点在曲线上,可表示CaSO4的饱和溶液,但是c(Ca2+)>c(S),B项错误。图线中坐标数值越大,对应离子的浓度越小,B点在曲线下方,表示PbSO4的过饱和溶液,C项错误。由于Ksp(CaSO4)>Ksp(BaSO4),溶解度较大的沉淀可以向溶解度更小的沉淀转化,向Ba2+浓度为10-5mol·L-1的废水中加入CaSO4粉末,沉淀由CaSO4转化为BaSO4沉淀,D项正确。

3.已知锌及其化合物的性质与铝及其化合物相似。如图,横坐标为溶液的pH,纵坐标为Zn2+或Zn物质的量浓度的对数(假设Zn2+浓度为10-5 mol·L-1时,Zn2+已沉淀完全)。下列说法不正确的是(　　)。

A.往ZnCl2溶液中加入足量的氢氧化钠溶液,反应的离子方程式可表示为Zn2++4OH-Zn+2H2O

B.从图中数据计算可得Zn(OH)2的溶度积Ksp=1×10-17

C.某废液中含Zn2+,沉淀Zn2+可以控制溶液pH的范围是8.0~12.0

D.向1 L 1 mol·L-1 ZnCl2溶液中加入NaOH固体至pH=6.0,需NaOH 0.2 mol

答案:D

解析:A项,当溶液pH>12.0时,Zn2+就转化成Zn,正确。B项,依据pH=7时,c(Zn2+)=1×10-3mol·L-1计算,此时有沉淀溶解平衡存在,Ksp=1×10-3×(1×10-7)2=1×10-17,正确。C项,当c(Zn2+)=1×10-5mol·L-1时认为废液中Zn2+已完全沉淀,所以控制pH在8~12范围内可将Zn2+沉淀完全,正确。D项,当pH=6.0,即c(OH-)=1×10-8mol·L-1时,由Ksp可知此时c(Zn2+)=1×10-1mol·L-1,即有0.9molZn2+转化为Zn(OH)2,需NaOH为1.8mol,不正确。

4.以下是20 ℃时几种难溶电解质的溶解度:

在无机化合物的提纯中,常利用难溶电解质的沉淀溶解平衡原理除去某些离子。例如:

①为了除去氯化铵中的杂质Fe3+,先将混合物溶于水,再加入一定量的试剂反应,过滤结晶即可;

②为了除去氯化镁晶体中的杂质Fe3+,先将混合物溶于水,加入足量的氢氧化镁,充分反应,过滤结晶即可;

③为了除去硫酸铜晶体中的杂质Fe2+,先将混合物溶于水,加入一定量的H2O2,将Fe2+氧化成Fe3+,调节溶液的pH=4,过滤结晶即可。

请回答下列问题:

(1)上述三个除杂方案都能够达到很好的效果,Fe2+、Fe3+都被转化为　　 　　　　　　(填化学式)而除去。 

(2)①中加入的试剂应选择　　　为宜,其原因是　　　　　　　　　　　。 

(3)②中除去Fe3+所发生的总反应的离子方程式为 　　　　　　　　。 

(4)下列关于方案③相关的叙述中,正确的是　　　。 

A.H2O2是绿色氧化剂,在氧化过程中不引进杂质,不产生污染

B.将Fe2+氧化为Fe3+的主要原因是Fe(OH)2沉淀比Fe(OH)3沉淀较难过滤

C.调节溶液pH=4可选择的试剂是氢氧化铜或碱式碳酸铜

D.Cu2+可以大量存在于pH=4的溶液中

E.在pH>4的溶液中Fe3+一定不能大量存在

答案:(1)Fe(OH)3

(2)氨水　不会引入新的杂质

(3)2Fe3++3Mg(OH)2(s)3Mg2++2Fe(OH)3(s)

(4)ACDE

解析:①中为了不引入杂质离子,应加入氨水使Fe3+沉淀,而不能用NaOH溶液等。②中根据数据可知Mg(OH)2易转化为Fe(OH)3,因此在MgCl2溶液中加入足量Mg(OH)2固体除去Fe3+,然后将沉淀一并过滤。③中利用Fe3+易水解的特点,据题意可知调节溶液的pH=4可使Fe3+沉淀完全,为了不引入杂质离子,可使用CuO、Cu(OH)2等。