高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第三章 水溶液中的离子平衡第四节 难溶电解质的溶解平衡第2课时课后练习题

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[目标要求] 1.了解沉淀反应的应用。2.知道沉淀转化的本质。
一、沉淀的生成
1．沉淀生成的应用
在涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
2．沉淀的方法
(1)调节pH法：如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，使其溶解于水，再加入氨水调节pH至7～8，可使Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下：
Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)。
(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。反应如下：
Cu2＋＋S2－===CuS↓，
Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋，
Hg2＋＋S2－===HgS↓，
Hg2＋＋H2S===HgS↓＋2H＋。
二、沉淀的溶解
1．Mg(OH)2溶解性
Mg(OH)2难溶于水；能溶于盐酸，反应的离子方程式为Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O；能溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为Mg(OH)2＋2NHeq \\al(＋,4)===Mg2＋＋2NH3·H2O。
2．沉淀溶解的原理
根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地移去溶解平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。
3．溶解沉淀的试剂类型
(1)主要类型：用强酸溶解。例如，溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等难溶电解质。
(2)用某些盐溶液溶解。例如：Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液，化学方程式为Mg(OH)2＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3·H2O。
三、沉淀的转化
1．实验探究
(1)Ag＋的沉淀物的转化
(2)Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化
2.沉淀转化的方法
对于一些用酸或其他方法也不能溶解的沉淀，可以先将其转化为另一种用酸或其他方法能溶解的沉淀。
3．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。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。
两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越容易。
4．沉淀转化的应用
沉淀的转化在科研和生产中具有重要的应用价值。
(1)锅炉除水垢
水垢[CaSO4(s)eq \(――→,\s\up7(Na2CO3溶液))CaCO3eq \(――→,\s\up7(盐酸))Ca2＋(aq)]
其反应方程式是CaSO4＋Na2CO3
CaCO3＋Na2SO4，CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋
CO2↑。
(2)对一些自然现象的解释
在自然界也发生着溶解度小的矿物转化为溶解度更小的矿物的现象。例如，各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变成CuSO4溶液，并向深部渗透，遇到深层的闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)时，便慢慢地使之转变为铜蓝(CuS)。
其反应如下：
CuSO4＋ZnS===CuS＋ZnSO4，
CuSO4＋PbS===CuS＋PbSO4。
知识点一 沉淀的生成
1．要使工业废水中的重金属Pb2＋离子沉淀，可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂，已知Pb2＋离子与这些离子形成的化合物的溶解度如下：
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
答案 A
解析 PbS的溶解度最小，沉淀最彻底，故选A。
2．为除去MgCl2溶液中的FeCl3，可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是( )
A．NaOH B．Na2CO3 C．氨水 D．MgO
答案 D
解析 要除FeCl3实际上是除去Fe3＋，由于pH≥3.7时，Fe3＋完全生成Fe(OH)3，而pH≥11.1时，Mg2＋完全生成Mg(OH)2，所以应加碱性物质调节pH使Fe3＋形成Fe(OH)3；又由于除杂不能引进新的杂质，所以选择MgO。
知识点二 沉淀的溶解
3．当氢氧化镁固体在水中达到溶解平衡Mg(OH)2(s)
Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)时，为使
Mg(OH)2固体的量减少，须加入少量的( )
A．MgCl2 B．NaOH C．MgSO4 D．NaHSO4
答案 D
解析 若使Mg(OH)2固体的量减小，应使Mg(OH)2的溶解平衡右移，应减小c(Mg2＋)或c(OH－)。答案为D。
4．下列关于沉淀的叙述不正确的是( )
A．生产、科研中常利用生成沉淀来达到分离或除杂的目的
B．沉淀的溶解只能通过酸碱中和反应来实现
C．沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动
D．一般来说，溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现
答案 B
解析 酸碱中和反应是实现沉淀溶解的方法之一，沉淀的溶解也可以通过其他途径实现。
知识点3 沉淀转化
5．向5 mL NaCl溶液中滴入一滴AgNO3溶液，出现白色沉淀，继续滴加一滴KI溶液并振荡，沉淀变为黄色，再滴入一滴Na2S溶液并振荡，沉淀又变成黑色，根据上述变化过程，分析此三种沉淀物的溶解度关系为( )
A．AgCl＝AgI＝Ag2S B．AgClC．AgCl>AgI>Ag2S D．AgI>AgCl>Ag2S
答案 C
解析 沉淀溶解平衡总是向更难溶的方向转化，由转化现象可知三种沉淀物的溶解度关系为AgCl>AgI>Ag2S。
6．已知如下物质的溶度积常数：FeS：Ksp＝6.3×10－18；CuS：Ksp＝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大；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，可以用FeS作沉淀剂；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。
练基础落实
1．在BaSO4饱和溶液中加入少量BaCl2溶液时产生沉淀，若以Ksp表示BaSO4的溶度积常数，则平衡后溶液中( )
A．c(Ba2＋)＝c(SOeq \\al(2－,4))＝(Ksp)eq \f(1,2)
B．c(Ba2＋)·c(SOeq \\al(2－,4))＝Ksp，c(Ba2＋)>c(SOeq \\al(2－,4))
C．c(Ba2＋)·c(SOeq \\al(2－,4))>Ksp，c(Ba2＋)＝c(SOeq \\al(2－,4))
D．c(Ba2＋)·c(SOeq \\al(2－,4))≠Ksp，c(Ba2＋)答案 B
2．往含I－和Cl－的稀溶液中滴入AgNO3溶液，沉淀的质量与加入AgNO3溶液体积的关系如下图所示。则原溶液中c(I－)/c(Cl－)的比值为( )
A．(V2－V1)/V1 B．V1/V2 C．V1/(V2－V1) D．V2/V1
答案 C
解析 从图象变化情况看，O―→V1主要是生成AgI沉淀，V1―→V2段主要是生成AgCl沉淀，所以溶液中c(I－)/c(Cl－)＝eq \f(V1,V2－V1)。
练方法技巧
3．难溶电解质在水溶液中存在着电离平衡。在常温下，溶液里各离子浓度以它们化学计量数为方次的乘积是一个常数，叫溶度积常数(Ksp)。例如：Cu(OH)2(s)
Cu2＋(aq)＋2OH－，Ksp＝c(Cu2＋)·[c(OH)－]2＝2×10－20。当溶液中各离子浓度方次的乘积大于溶度积时，则产生沉淀，反之固体溶解。
(1)某CuSO4溶液里c(Cu2＋)＝0.02 ml·L－1，如要生成Cu(OH)2沉淀，应调整溶液的pH，使之大于________。
(2)要使0.2 ml·L－1 CuSO4溶液中Cu2＋沉淀较为完全(使Cu2＋浓度降至原来的千分之一)，则应向溶液里加入NaOH溶液，使溶液pH为________。
答案 (1)5 (2)6
解析 (1)根据信息，当c(Cu2＋)[c(OH－)]2＝2×10－20时开始出现沉淀，则c(OH－)＝eq \r(\f(2×10－20,cCu2＋))＝eq \r(\f(2×10－20,0.02))＝10－9 ml·L－1，c(H＋)＝10－5 ml·L－1，pH＝5，所以要生成
Cu(OH)2沉淀，应调整pH≥5。
（2）要使Cu2＋浓度降至eq \f(0.2,1 000) ml·L－1＝2×10－4 ml·L－1，c(OH－)＝eq \r(\f(2×10－20,2×10－4))＝10－8
ml·L－1，c(H＋)＝10－6 ml·L－1，此时溶液的pH＝6。
练综合拓展
4．已知难溶电解质在水溶液中存在溶解平衡：
MmAn(s)
mMn＋(aq)＋nAm－(aq)
Ksp＝[c(Mn＋)]m·[c(Am－)]n，称为溶度积。
某学习小组欲探究CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀的可能性，查得如下资料：(25℃)
实验步骤如下：
①往100 mL 0.1 ml·L－1的CaCl2溶液中加入100 mL 0.1 ml·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固体Na2CO3 3 g，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________________________________________________________________________。
(1)由题中信息知Ksp越大，表示电解质的溶解度越______(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步的目的是___________________________________________________。
请补充第④步操作及发生的现象：______________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)大
(2)Na2CO3＋CaSO4===Na2SO4＋CaCO3↓
(3)洗去沉淀中附着的SOeq \\al(2－,4)
(4)向沉淀中加入足量的盐酸，沉淀完全溶解并放出无色无味气体
解析 本题考查的知识点为教材新增加的内容，题目在设计方式上为探究性实验，既注重基础知识，基本技能的考查，又注重了探究能力的考查。由Ksp表达式不难看出其与溶解度的关系，在硫酸钙的悬浊液中存在着：CaSO4(aq)===SOeq \\al(2－,4)(aq)＋Ca2＋(aq)，而加入Na2CO3后，溶液中COeq \\al(2－,3)浓度较大，而CaCO3的Ksp较小，故COeq \\al(2－,3)与Ca2＋结合生成沉淀，即COeq \\al(2－,3)＋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，即验证所得固体是否为碳酸钙。
5．已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝1.9×10－12，现在向0.001 ml·L－1
K2CrO4和0.01 ml·L－1 KCl混合液中滴加0.01 ml·L－1 AgNO3溶液，通过计算回答：
(1)Cl－、CrOeq \\al(2－,4)谁先沉淀？
(2)刚出现Ag2CrO4沉淀时，溶液中Cl－浓度是多少？(设混合溶液在反应中体积不变)
答案 (1)Cl－先沉淀 (2)4.13×10－6 ml·L－1
解析 由Ksp(AgCl)＝c(Ag＋)·c(Cl－)得c(Ag＋)＝eq \f(KspAgCl,cCl－)＝eq \f(1.8×10－10,0.01)＝1.8×10－8 ml·L－1。
由Ksp(Ag2CrO4)＝c2(Ag＋)·c(CrOeq \\al(2－,4))，得c(Ag＋)＝eq \r(\f(KspAg2CrO4,cCrO\\al(2－,4)))＝eq \r(\f(1.9×10－12,0.001))ml·L－1＝4.36×10－5ml·L－1，生成AgCl沉淀需c(Ag＋)＝1.8×10－8 ml·L－1＜生成Ag2CrO4沉淀时所需c(Ag＋)，故Cl－先沉淀。刚开始生成Ag2CrO4沉淀时，c(Cl－)＝eq \f(KspAgCl,cAg＋)＝eq \f(1.8×10－10,4.36×10－5)ml·L－1＝4.13×10－6 ml·L－1。实验步骤
实验现象
有白色沉淀生成
白色沉淀变为黄色
黄色沉淀变为黑色
化学方程式
AgNO3＋NaCl===AgCl↓＋NaNO3
AgCl＋KI===AgI＋KCl
2AgI＋Na2S===Ag2S＋2NaI
实验结论
溶解度小的沉淀可以转化成溶解度更小的沉淀
实验步骤
实验现象
产生白色沉淀
产生红褐色沉淀
化学方程式
MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl
3Mg(OH)2＋2FeCl3===2Fe(OH)3＋3MgCl2
实验结论
Fe(OH)3比Mg(OH)2溶解度小
化合物
PbSO4
PbCO3
PbS
溶解度/g
1.03×10－4
1.81×10－7
1.84×10－14
难溶电解质
CaCO3
CaSO4
MgCO3
Mg(OH)2
Ksp
2.8×10－9
9.1×10－6
6.8×10－6
1.8×10－12