高中化学苏教版 (2019)选择性必修1专题3 水溶液中的离子反应第四单元 沉淀溶解平衡精品当堂达标检测题

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第1课时　沉淀溶解平衡原理的应用
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课程标准
课标解读
1．能通过简单计算判断溶液中沉淀的生成和溶解，能从理论上解释溶液中发生沉淀转化现象。
2．能运用沉淀溶解平衡原理解释生产、生活中的实际问题。
1．运用化学平衡原理分析，理解沉淀的生成、溶解与转化，学会运用变量控制的方法研究化学反应。（变化观念与平衡思想）
2．通过沉淀的生成、溶解与转化在生产、生活和科学研究中的应用，认识化学对人类做出的重大贡献。（科学态度与社会责任）
3．能设计简单的实验方案验证沉淀的生成、溶解与转化，完成实验操作，观察现象，对实验现象作出解释，发现和提出需要进一步研究的问题。（科学探究与创新意识）

知识精讲

知识点01 沉淀溶解平衡原理的应用
1．沉淀的溶解
根据沉淀溶解平衡原理，如果加入与溶液中的离子反应的物质，使平衡向溶解方向移动，就可以使沉淀溶解。如常用强酸溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等难溶电解质。
实例：BaCO3和BaSO4都难溶于水，在医学上常用BaSO4作钡餐透视，而不能用BaCO3的原因是什么？




2．沉淀的生成
根据沉淀溶解平衡原理，如果加入与溶液中相同的离子，使平衡向沉淀方向移动，就可以生成沉淀。
实例：可溶性钡盐(如BaCl2等)当作食盐食用，会造成钡中毒。中毒患者常用5.0%的Na2SO4溶液洗胃的原因是什么？



3．沉淀的转化
(1)【实验探究】沉淀的转化实验

实验现象
化学方程式
实验1


实验2


实验3


实验结论：__________________________________________。
(2)沉淀转化的实质就是______________的移动，一般而言，溶解能力相对较强的物质容易转化为溶解能力较弱的物质。
(3)两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越_____。
(4)沉淀转化的应用实例
①锅炉形成的水垢中常含有CaSO4，除去方法是CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)。
化学方程为：__________________________________，_____________________________________。
②在分析化学中常用饱和Na2CO3溶液，将难溶强酸盐BaSO4转化为难溶弱酸盐BaCO3，然后用强酸溶解，使阳离子进入溶液。
BaSO4转化为BaCO3反应的离子方程式为：__________________________________________。
③除去CuSO4溶液中的Fe3+，向溶液中加入________或___________，调节pH至________，Fe3+会全部转化为Fe(OH)3沉淀除去。
【即学即练1】已知Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，Ksp(BaCO3)=2.6×10-9。向BaSO4中加入Na2CO3溶液，一段时间后达到平衡状态。
（1）写出有关的离子方程式：_____________________________。
（2）计算该反应的平衡常数K=_________。
（3）讨论BaSO4能转化为BaCO3的条件是什么？


【即学即练2】已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20。如果某溶液中分别含有0.1mol·L-1的Fe3+和Cu2+。分别计算Fe3+和Cu2+开始沉淀和完全沉淀时的pH。（当离子浓度为1×10-5mol·L-1时，认为该离子完全沉淀）






能力拓展

考法01 沉淀溶解平衡的应用
由于难溶电解质的沉淀溶解平衡是动态平衡，因此可以通过改变条件使平衡移动——溶液中的离子转化为沉淀或沉淀转化为溶液中的离子。
1．沉淀的生成
（1）调节pH法：
如除去氯化铵溶液中的氯化铁杂质。
方法：加入氨水，调节pH至3~4，Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下：Fe3＋＋3NH3·H2O = Fe(OH)3↓＋3NH。
（2）加沉淀剂法：
如以Na2S、H2S等作沉淀剂，使某些金属离子，如Cu2＋、Hg2＋等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，也是分离、除去杂质常用的方法。
①用H2S除去Cu2＋：H2S＋Cu2＋= CuS↓＋2H＋。
②用Na2S除去Hg2＋：Hg2＋＋S2－= HgS↓。
2．沉淀的溶解
根据溶度积规则，当Qc （1）酸碱溶解法
对于可溶于酸的沉淀，加入酸将沉淀溶解。
例如：难溶于水的CaCO3沉淀可溶于盐酸中：
CaCO3Ca2++CO32-，加入盐酸，H+与CO32-反应，CO32-+2H+=CO2↑+H2O，使沉淀溶解平衡正向移动。
类似可以用强酸溶解的难溶电解质还有BaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等。
（2）盐溶解法
弱碱盐的溶液水解呈酸性，可以将一些难溶物用弱碱盐溶解：
例如：Mg(OH)2可溶于NH4Cl溶液：
Mg(OH)2Mg2++2OH-，当加入NH4Cl溶液时，NH4++OH-NH3·H2O，使c(OH-)减小，使沉淀溶解平衡正向移动，直至沉淀完全溶解。
总反应式为：Mg(OH)2+2NH4Cl=MgCl2+2NH3·H2O。
3．沉淀转化在生产和科研中的实际应用
从一种沉淀可以转化为另一种沉淀，沉淀转化的条件是新生成的沉淀的溶解度越小，转化就越容易；沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的定向移动。
（1）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。
FeS除去Hg2＋的离子方程式为：FeS(s)＋Hg2＋(aq)HgS(s)＋Fe2＋(aq)
（2）在分析化学中常用饱和Na2CO3溶液，将难溶强酸盐BaSO4转化为难溶弱酸盐BaCO3，然后用强酸溶解，使阳离子进入溶液。
BaSO4转化为BaCO3反应的离子方程式为：BaSO4(s)＋CO(aq)BaCO3(s)＋SO(aq)
（3）硬水煮沸形成的水垢主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，水垢的形成过程涉及到沉淀转化。
加热硬水时，Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2分别分解生成CaCO3、MgCO3。但MgCO3又水解生成更难溶的Mg(OH)2，MgCO3+H2OMg(OH)2+CO2↑。故水垢的主要成分不是CaCO3、MgCO3，而是CaCO3、Mg(OH)2。
（4）锅炉形成的水垢中常含有CaSO4，除去方法是CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)：
CaSO4(s)＋Na2CO3(aq)CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)，CaCO3＋2HCl =CaCl2＋H2O＋CO2↑
【典例1】已知Ksp(BaSO4)＝1.0×10－10，Ksp(BaCO3)＝2.5×10－9，解答下列问题：
(1)向等浓度的碳酸钠、硫酸钠的混合溶液中逐滴加入氯化钡溶液，最先出现的沉淀是________。
(2)某同学设想用下列流程得到BaCl2溶液，
BaSO4BaCO3BaCl2
则①的离子方程式为______________________________________，
该反应的平衡常数K＝________。
【典例2】用沉淀溶解平衡原理解决下列问题：
（1）除去硫酸铜溶液中的少量Fe3+。

（2）除去NH4Cl溶液中的少量FeCl3。

（3）除去MgCl2溶液中的少量CuCl2。


分层提分

题组A 基础过关练
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
物理法
D
含纯碱的废水
加石灰水反应
化学法
2．某pH＝1的ZnCl2和HCl的混合溶液中含有FeCl3杂质，为了除去FeCl3杂质，需将溶液调至pH＝4。在调节溶液pH时，应选用的试剂是(　　)
A．NaOH B．ZnO C．ZnSO4 D．Fe2O3
3．除去NaCl中的FeCl3需加入的试剂是(　　)
A．NaOH B．石灰水 C．铜片 D．氨水
4．下列说法不正确的是(　　)
A．Mg(OH)2固体在溶液中存在平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，该固体可溶于NH4Cl溶液
B．向ZnS沉淀上滴加CuSO4溶液沉淀变为黑色，可推知同温下Ksp(ZnS) C．向AgCl悬浊液中滴加Na2S溶液，白色沉淀变成黑色，反应方程式为2AgCl(s)＋S2－(aq)Ag2S(s)＋2Cl－(aq)
D．向2 mL浓度均为1.2 mol·L－1的KCl、KI混合溶液中滴加1～2滴0.01 mol·L－1的AgNO3溶液，振荡沉淀呈黄色，说明Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)
5．25 ℃时，已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(Ksp)分别为Ksp(FeS)＝6.3×10－18；Ksp(CuS)＝1.3×10－36；Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。下列关于室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0.1 mol·L－1的Na2S溶液中，Zn2＋的浓度最大只能达到1.6×10－23 mol·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
6．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]，当作食盐使用后，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．③④⑤ D．①②③④⑤
7．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)＝1×10－10，Ksp(CaSO4)＝9×10－6]，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CO(aq)＋CaSO4(s)CaCO3(s)＋SO(aq)
C．该条件下，CaCO3溶解度约为1×10－3 g
D．CaSO4和CaCO3共存的悬浊液中，＝9×104
8．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4×10－3 mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3 mol·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100 mL 0.1 mol·L－1的Na2SO4溶液中加入1 mL 0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，有白色沉淀生成
9．已知Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝1.3×10－36，根据实验回答问题：
(1)在一支试管中加入2 mL 0.1 mol·L－1的ZnSO4溶液，再滴加1 mol·L－1的Na2S溶液可观察到的现象是__________________________________________。
(2)静置后倾去上层清液，并用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，然后向白色沉淀中滴加适量的0.1 mol·L－1的CuSO4溶液，振荡试管。观察到的现象是_______________________________。
(3)上述实验中发生反应的离子方程式是
①_________________________________________。
②_________________________________________。
(4)试用沉淀溶解平衡的原理分析解释(2)中实验现象的变化。


10．试利用平衡移动原理解释下列事实：
(1)FeS不溶于水，但能溶于稀盐酸中。


(2)分别用等体积的蒸馏水和0.010 mol·L－1硫酸洗涤BaSO4沉淀，用水洗涤造成BaSO4的损失量大于用稀硫酸洗涤造成的损失量。




题组B 能力提升练
1．已知：25 ℃时，Ksp[Mg(OH)2]＝5.61×10－12，Ksp(MgF2)＝7.42×10－11。下列说法正确的是(　　)
A．25 ℃时，饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比，前者的c(Mg2＋)大
B．25 ℃时，Mg(OH)2的悬浊液加入少量的NH4Cl固体，c(Mg2＋)增大
C．25 ℃时，Mg(OH)2固体在20 mL 0.01 mol·L－1氨水中的Ksp比在20 mL 0.01 mol·L－1NH4Cl溶液中的Ksp小
D．25 ℃时，在Mg(OH)2的悬浊液中加入NaF溶液后，Mg(OH)2不可能转化成为MgF2
2．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0.001 mol·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×10－11 mol·L－1
3．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
4．要使工业废水中的重金属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，选用的沉淀剂最好为(　　)
A．硫化物 B．硫酸盐 C．碳酸盐 D．以上沉淀剂均可
5．工业废水中常含有一定量的CrO，它们会对人类及生态系统产生很大危害，必须进行处理。还原沉淀法是常用的一种方法，其过程如下：
CrOCr2OCr3＋Cr(OH)3↓
(1)转化过程中存在平衡：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O。能说明该反应达平衡状态的是________(填字母)。
a．Cr2O和CrO的浓度相同
b．2v(Cr2O)＝v(CrO)
c．溶液的pH保持不变
(2)若1 L废水转化后所得溶液中含铬元素的质量为28.6 g，CrO有转化为Cr2O(已知铬的相对原子质量为52)。
①转化后所得溶液中c(Cr2O)＝__________。
②已知：常温时该反应的平衡常数K＝1014。上述转化后所得溶液的pH＝________。
(3)若在还原过程中还原1 mol Cr2O，需要________mol的FeSO4·7H2O。
(4)沉淀过程中生成的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)，常温下，Cr(OH)3的溶度积Ksp＝10－32，要使c(Cr3＋)降至10－5 mol·L－1，溶液的pH应调至________。

题组C 培优拔尖练
1．已知在pH为4～5的环境中，Cu2＋、Fe2＋几乎不水解，而Fe3＋几乎完全水解。工业上制CuCl2溶液是将浓盐酸用蒸气加热到80 ℃左右，再慢慢加入粗氧化铜(含少量杂质FeO)，充分搅拌使之溶解。欲除去溶液中的杂质离子，下述方法中可行的是(　　)
A．向溶液中通入Cl2，再加入纯净的CuO粉末调节pH为4～5
B．向溶液中通入H2S使Fe2＋沉淀
C．向溶液中通入Cl2，再通入NH3，调节pH为4～5
D．加入纯Cu将Fe2＋还原为Fe
2．已知HF的Ka＝3.6×10－4，CaF2的Ksp＝1.46×10－10。向1 L 0.1 mol·L－1的HF溶液中加入11.1 g CaCl2，下列有关说法正确的是(　　)
A．通过计算得知，HF与CaCl2反应生成白色沉淀
B．通过计算得知，HF与CaCl2不反应
C．因为HF是弱酸，HF与CaCl2不反应
D．如果升高温度，HF的Ka、CaF2的Ksp可能增大，也可能减小
3．已知在25 ℃的水溶液中，AgX、AgY、AgZ均难溶于水，但存在溶解平衡。当达到平衡时，溶液中离子浓度的乘积是一个常数(此常数用Ksp表示，Ksp和水的Kw相似)。
如：AgX(s)Ag＋(aq)＋X－(aq) Ksp(AgX)＝c(Ag＋)·c(X－)＝1.8×10－10
AgY(s)Ag＋(aq)＋Y－(aq) Ksp(AgY)＝c(Ag＋)·c(Y－)＝1.0×10－12
AgZ(s)Ag＋(aq)＋Z－(aq) Ksp(AgZ)＝c(Ag＋)·c(Z－)＝8.7×10－17
(1)根据以上信息，判断AgX、AgY、AgZ三者的溶解度(用已被溶解的溶质的物质的量/1 L溶液表示)S(AgX)、S(AgY)、S(AgZ)的大小顺序为__________________________________。
(2)若向AgY的饱和溶液中加入少量的AgX固体，则c(Y－)_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)在25 ℃时，若取0.188 g的AgY(相对分子质量188)固体放入100 mL水中(忽略溶液体积的变化)，则溶液中Y－的物质的量浓度为__________。
(4)由上述Ksp判断，在上述(3)的体系中，能否实现AgY向AgZ的转化，并简述理由：
________________________________________________________________________。
4．已知：25 ℃时，Ksp(BaSO4)＝1×10－10，Ksp(BaCO3)＝1×10－9。
(1)医学上进行消化系统的X射线透视时，常使用BaSO4作内服造影剂。胃酸酸性很强(pH约为1)，但服用大量BaSO4仍然是安全的，BaSO4不溶于酸的原因是(用溶解平衡原理解释) _____________________ ______________________________________________________。万一误服了少量BaCO3，应尽快用大量0.5 mol·L－1 Na2SO4溶液洗胃，如果忽略洗胃过程中Na2SO4溶液浓度的变化，残留在胃液中的Ba2＋浓度仅为________ mol·L－1。
(2)长期使用的锅炉需要定期除水垢，否则会降低燃料的利用率。水垢中含有CaSO4，可先用Na2CO3溶液处理，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3，而后用酸除去。
①CaSO4转化为CaCO3的离子方程式为_______________________________________。
②请分析CaSO4转化为CaCO3的原理。
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________。
5．金属氢氧化物在酸中溶解度不同，因此可以利用这一性质，控制溶液的pH，以达到分离金属离子的目的。难溶金属的氢氧化物在不同pH下的溶解度(S/mol·L－1)如下图。

(1)pH＝3时溶液中铜元素的主要存在形式是______。
(2)若要除去CuCl2溶液中的少量Fe3＋，应该控制溶液的pH为______。
A．＜1　　　　　B．4左右　　　　　C．＞6
(3)在Ni(OH)2溶液中含有少量的Co2＋杂质，______(填“能”或“不能”)通过调节溶液pH的方法来除去，理由是
________________________________________________________________________。
(4)要使氢氧化铜沉淀溶解，除了加入酸之外，还可以加入氨水，生成[Cu(NH3)4]2＋，写出反应的离子方程式_______________________________________________________________________。
(5)已知一些难溶物的溶度积常数如下表：
物质
FeS
MnS
CuS
PbS
HgS
ZnS
Ksp
6.3×10－18
2.5×10－13
1.3×10－36
3.4×10－28
6.4×10－53
1.6×10－24
某工业废水中含有Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋，最适宜向此工业废水中加入过量的______除去它们。(选填序号)
A．NaOH　　　　B．FeS　　　　　C．Na2S