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高考化学一轮总复习优化设计 第八单元 第4节 沉淀溶解平衡课件PPT
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这是一份高考化学一轮总复习优化设计 第八单元 第4节 沉淀溶解平衡课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预诊，3特点，关键能力考向突破，思维建模，答案BD，浅黄色，答案C，答案CD，网络构建，核心速记等内容，欢迎下载使用。
知识梳理1.溶解平衡状态(1)定义。沉淀溶解平衡状态是指在一定温度下,当难溶强电解质溶于水形成饱和溶液时,沉淀溶解速率和沉淀生成速率相等的状态。例如,在一定温度下,当AgCl溶于水形成饱和溶液时,AgCl溶于水形成Ag+和Cl-的速率等于溶液中的Ag+和Cl-结合生成AgCl的速率的状态,属于沉淀溶解平衡状态。
(2)溶解平衡的建立。固体溶质 溶液中的溶质
①v(溶解)>v(沉淀),固体溶解②v(溶解)=v(沉淀),溶解平衡③v(溶解)
cm(An+)·cn(Bm-)
(2)Ksp的影响因素①内因:难溶物质本身的性质,这是决定因素。②外因。a.浓度:加水稀释,平衡向沉淀溶解方向移动,但Ksp不变。b.温度:绝大多数难溶物的溶解是吸热过程,升高温度,平衡向沉淀溶解的方向移动,Ksp增大。c.其他:向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶物质、更难电离物质或气体的离子时,平衡向沉淀溶解的方向移动,但Ksp不变。
微点拨 (1)沉淀溶解平衡一般是吸热的,温度升高平衡右移,Ksp增大,但Ca(OH)2相反。(2)对于沉淀溶解平衡AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq),Ksp=cm(An+)·cn(Bm-),对于相同类型的物质,Ksp的大小反映了难溶电解质在溶液中溶解能力的大小,也反映了该物质在溶液中沉淀的难易。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)升高温度,沉淀溶解平衡一定正向移动。( )(2)室温下,AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度。( )(3)难溶电解质达到沉淀溶解平衡时,增加难溶电解质的量,平衡向溶解的方向移动。( )(4)不可能使要除去的离子全部通过沉淀除去。一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10-5 ml·L-1时,说明沉淀完全。( )
(5)在一定条件下,溶解度较小的沉淀也可以转化成溶解度较大的沉淀。( )(6)常温下,向BaCO3的饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2.(1)浓缩液中主要含有I-、Cl-等离子。取一定量的浓缩液,向其中滴加AgNO3溶液,当AgCl开始沉淀时,溶液中 为 。已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=8.5×10-17。 (2)已知:Ksp[Al(OH)3]=1×10-33,Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39,pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀。室温下,除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其浓度均小于1×10-6 ml·L-1),需调节溶液pH范围为 。
答案 (1)4.7×10-7 (2)5.0≤pH<7.1
考向1 难溶电解质的沉淀溶解平衡图像分析【典例1】 (2019全国2,12)绚丽多彩的无机颜料的应用曾创造了古代绘画和彩陶的辉煌。硫化镉(CdS)是一种难溶于水的黄色颜料,其在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是( )A.图中a和b分别为T1、T2温度下CdS在水中的溶解度B.图中各点对应的Ksp的关系为Ksp(m)=Ksp(n)
明确图像中纵、横坐标的含义→理解图像中线上的点、线外点的含义→抓住Ksp的特点,结合选项分析判断
对点演练1(双选)(2020山东泰安一模)已知:常温下,Ksp(ZnS)=1.6×10-24;pM=-lgc(M2+)(M2+为Cu2+或Zn2+)。常温下,向10 mL 0.10 ml·L-1 CuCl2溶液中滴加0.10 ml·L-1 Na2S溶液,滴加过程中pM与Na2S溶液体积(V)的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.Ksp(CuS)的数量级为10-36B.a点溶液中,c(Na+)=2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)]C.d点溶液中:c(Na+)>c(Cl-)>c(S2-)>c(H+)D.相同条件下,若用等浓度等体积的ZnCl2溶液代替上述CuCl2溶液,则反应终点c向上移动
解析 向10 mL 0.10 ml·L-1 CuCl2溶液中滴加0.10 ml·L-1的Na2S溶液,发生反应:Cu2++S2-==CuS↓,Cu2+单独存在或S2-单独存在均会发生水解,水解促进水的电离,b点溶液中滴加Na2S溶液的体积是10 mL,此时恰好生成CuS沉淀,溶液中存在的CuS沉淀溶解平衡CuS(s) Cu2+(aq)+S2-(aq),结合图像和溶度积常数分析解答。
该温度下,平衡时c(Cu2+)=c(S2-)=10-17.7 ml·L-1,Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-)=10-17.7 ×10-17.7 =10-35.4,故数量级为10-36,A正确;a点为CuCl2和NaCl的混合溶液,生成了CuS沉淀,c(Na+)>2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)],B错误;d点溶液是Na2S和NaCl的混合溶液,硫离子水解使溶液显碱性,c(Na+)>c(Cl-)>c(S2-)>c(OH-)>c(H+),C正确;相同实验条件下,改用0.1 ml·L-1的ZnCl2溶液,Ksp(ZnS)=1.6×10-24>Ksp(CuS),锌离子浓度大于铜离子浓度,消耗硫化钠溶液体积10 mL,图中反应终点c点向b点方向移动,D错误。
考向2 溶度积常数及其应用【典例2】 (1)(2020山东化学,16节选)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下:
已知:MnO2是一种两性氧化物;25 ℃时相关物质的Ksp见下表。
回答下列问题:①净化时需先加入的试剂X为 (填化学式),再使用氨水调溶液的pH,则pH的理论最小值为 (当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5 ml·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。 ②碳化过程中发生反应的离子方程式为 。
(2)(2020江苏化学,19节选)实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。其主要实验流程如下:
铁泥→酸浸→还原→除杂→沉铁 α-Fe2O3除杂:向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液,使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是 [Ksp(CaF2)=5.3×10-9,Ka(HF)=6.3×10-4]。
答案 (1)①H2O2 4.9 ②Mn2++HC +NH3·H2O==MnCO3↓+N +H2O (2)pH偏低形成HF,导致溶液中F-浓度减小,CaF2沉淀不完全
易错警示 (1)并非Ksp越小,其物质的溶解度就越小。对于阴、阳离子个数比相同的难溶电解质,它们的溶解度可以直接用Ksp的大小来比较,Ksp越小,其物质的溶解度就越小;而对于阴、阳离子的个数比不同的难溶电解质,它们的溶解度就不能直接用Ksp的大小来比较。(2)溶度积小的难溶电解质在一定条件下也能向溶度积大的难溶电解质转化。当两种难溶电解质的Ksp相差不是很大时,通过调节某种离子的浓度,可由溶度积小的难溶电解质向溶度积大的难溶电解质转化。
对点演练2(2020全国3,27节选)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O ):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
回答下列问题:(1)“转化” 中可替代H2O2的物质是 。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即 ,“滤液③”中可能含有的杂质离子为 。 (2)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp= (列出计算式) 。如果“转化”后的溶液中Ni2+ 浓度为1.0 ml·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是 。
答案 (1)O2或空气 Fe3+(2)0.01×(107.2-14)2[或10-5×(108.7-14)2] 3.2~6.2
解析 (1)加H2O2溶液“转化”的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,替代起氧化作用的H2O2溶液的可以为O2或空气,这样既能将Fe2+氧化,又不引进新杂质。由于Fe2+开始沉淀、沉淀完全时的pH与Ni2+的相近,所以若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,则“调pH”得到Fe(OH)3沉淀,Fe2+与Ni2+一起存在于溶液中,通过“转化”(氧化)使Fe2+转变为Fe3+而被沉淀出来,则滤液③中可能的杂质离子为氧化得到的Fe3+。
(2)根据Ni2+开始沉淀时的pH为7.2,可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=0.01×(107.2-14)2;根据Ni2+完全沉淀时的pH为8.7,也可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)· c2(OH-)=10-5×(108.7-14)2。“调pH”是为了使Fe3+沉淀完全,根据Fe3+完全沉淀时的pH为3.2可知,pH应大于3.2;同时不能使Ni2+沉淀,则c(Ni2+)·c2(OH-)<0.01×(107.2-14)2,根据c(Ni2+)=1.0 ml·L-1,可求得c(OH-)<10-7.8 ml·L-1,对应c(H+)>10-6.2 ml·L-1,则“调pH”的pH应小于6.2,则“调pH”控制的pH范围是3.2~6.2。
深度指津 1.有关Ksp的相关计算(1)已知溶度积,求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp(AgCl)=a的饱和AgCl溶液中,c(Ag+)= ml·L-1。(2)已知溶度积、溶液中某离子的浓度,求溶液中的另一种离子的浓度,如某温度下AgCl的Ksp=a,在0.1 ml·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10a ml·L-1。(3)计算反应的平衡常数,如对于反应Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq),Ksp(MnS)=c(Mn2+)·c(S2-),Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),该反应的平衡常数K= 。
2.解沉淀溶解平衡图像题的三步骤第一步:明确图像中纵、横坐标的含义纵、横坐标通常是难溶物溶解后电离出的离子浓度。第二步:理解图像中线上点、线外点的含义
(1)以氯化银为例,在该沉淀溶解平衡图像上,曲线上任意一点都达到了沉淀溶解平衡状态,此时Q=Ksp。在温度不变时,无论改变哪种离子的浓度,另一种离子的浓度只能在曲线上变化,不会出现在曲线以外。(2)曲线上方区域的点均为过饱和溶液,此时Q>Ksp。(3)曲线下方区域的点均为不饱和溶液,此时Q
知识梳理1.沉淀的生成(1)调节pH法。如:除去NH4Cl溶液中的FeCl3杂质,可加入氨水调节pH至7~8,离子方程式为 。 (2)沉淀剂法。如:用Na2S沉淀Cu2+,离子方程式为 。
S2-+Cu2+==CuS↓
2.沉淀的溶解(1)酸溶解法。如:CaCO3溶于盐酸,离子方程式为 。 (2)盐溶液溶解法。如:Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液,离子方程式为 。 (3)氧化还原溶解法。如:不溶于盐酸的硫化物Ag2S溶于稀硝酸。
CaCO3+2H+==Ca2++H2O+CO2↑
(4)配位溶解法。如:AgCl溶于氨水,离子方程式为 。
AgCl+2NH3·H2O== [Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O
3.沉淀的转化(1)实质:沉淀溶解平衡的移动(沉淀的溶解度差别 ,越容易转化)。
AgCl沉淀转化为AgBr的离子方程式为 。 AgI沉淀转化为Ag2S的离子方程式为 。
(2)应用。①锅炉除垢:将CaSO4转化为疏松、易溶于酸的CaCO3,离子方程式为 。 ②矿物转化:CuSO4溶液遇PbS转化为CuS,离子方程式为 。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(3)分别用等体积的蒸馏水和0.01 ml·L-1的盐酸洗涤AgCl沉淀,用水洗涤造成的AgCl的损失大于用稀盐酸洗涤的损失量。( )(4)洗涤沉淀时,洗涤次数越多越好。( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)×
2.试用平衡移动原理解释:已知Ba2+有毒,为什么医疗上能用BaSO4做钡餐透视,而不能用BaCO3做钡餐?
考向1 难溶电解质的生成与溶解【典例1】 (2020北京顺义区一模)某实验小组探究常温下难溶电解质的溶解平衡,查得如表资料。
依据上述数据进行的预测不合理的是( )A.向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体,有浑浊出现B.除去FeSO4溶液中的CuSO4,可选用FeS作沉淀剂C.向含等物质的量的MgCl2和FeCl3的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先出现的沉淀是Mg(OH)2D.向1 mL 0.1 ml·L-1 MgCl2溶液中滴加2 mL 0.1 ml·L-1 NaOH溶液,取澄清溶液滴加2滴0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,有浑浊出现
沉淀所需OH-物质的量浓度小于氢氧化镁,则先生成氢氧化铁沉淀,C错误;向1 mL 0.1 ml·L-1 MgCl2溶液中滴加2 mL 0.1 ml·L-1 NaOH溶液,恰好反应生成氢氧化镁沉淀,饱和溶液中存在氢氧化镁的沉淀溶解平衡,取澄清溶液滴加2滴0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,会生成氢氧化铁沉淀,有浑浊出现,D正确。
对点演练1(双选)(2020山东潍坊一模)常温下,向10 mL一定浓度的硝酸银溶液中,逐滴加入0.1 ml·L-1的氨水,反应过程中-lgc(Ag+)或-lgc{[Ag(NH3)2]+}与加入氨水体积的关系如图。下列说法错误的是( )
A.原硝酸银溶液的浓度是0.1 ml·L-1B.反应生成氢氧化银的Ksp(AgOH)的数量级为10-8
考向2 沉淀转化【典例2】 (2020山东泰安四模)取1 mL 0.1 ml·L-1 AgNO3溶液进行如下实验(实验中所用试剂浓度均为0.1 ml·L-1):
下列说法不正确的是( )A.实验①白色沉淀是难溶的AgClB.由实验②说明AgI比AgCl更难溶C.若按①③顺序实验,看不到黑色沉淀D.若按②①顺序实验,看不到白色沉淀
解析 向1 mL 0.1 ml·L-1 AgNO3溶液中加入过量氯化钠溶液生成氯化银白色沉淀,滴加过量KI溶液生成黄色沉淀碘化银,再加入过量硫化钠溶液生成硫化银沉淀,沉淀转化的实质是向更难溶的方向进行。实验①白色沉淀是难溶的AgCl,A正确;由实验②说明AgI比AgCl更难溶,可以实现沉淀转化,B正确;若按①③顺序实验,硫化银溶解度小于氯化银,也可以实现转化,看到黑色沉淀生成,C错误;由实验②说明AgI比AgCl更难溶,若按②①顺序实验,此条件下碘化银不能转化为氯化银,看不到白色沉淀,D正确。
对点演练2某兴趣小组进行下列实验:①将0.1 ml·L-1 MgCl2溶液和0.5 ml·L-1 NaOH溶液等体积混合得到浊液②取少量①中浊液,滴加0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,出现红褐色沉淀③将①中浊液过滤,取少量白色沉淀,滴加0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,白色沉淀变为红褐色沉淀④另取少量白色沉淀,滴加饱和NH4Cl溶液,沉淀溶解下列说法中不正确的是( )
A.将①中所得浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+B.①中浊液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶D.NH4Cl溶液中的N 可能是④中沉淀溶解的原因
答案 C 解析 0.1 ml·L-1 MgCl2溶液与0.5 ml·L-1 NaOH溶液等体积混合得到Mg(OH)2悬浊液,剩余NaOH,但仍存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)。实验②中是因为剩余的NaOH能和氯化铁反应生成Fe(OH)3,不能比较Fe(OH)3和Mg(OH)2的溶解能力,故C错误。
深度指津 (1)用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去,一般当残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时,则认为沉淀已经完全。(2)利用生成沉淀分离或除去某种离子,首先要使生成沉淀的反应能够发生,其次沉淀生成的反应进行的越完全越好。如除去溶液中的Mg2+,用NaOH溶液比使用Na2CO3溶液好,原因是Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小。(3)若一种沉淀剂可使溶液中多种离子产生沉淀时,则可以控制条件,使这些离子先后分别沉淀。
①对同一类型的沉淀,Ksp越小越先沉淀,且Ksp相差越大分步沉淀效果越好。例如在浓度相差不大的Cl-、Br-、I-的混合溶液中,由于AgCl、AgBr、AgI的Ksp相差较大,可向混合溶液中逐渐滴加AgNO3溶液,可按AgI、AgBr、AgCl的顺序先后沉淀。②对不同类型的沉淀,其沉淀先后顺序要通过计算才能确定。(4)溶解度较小的沉淀,在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀。如在BaSO4的饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液,也可以转化成溶解度较大的BaCO3沉淀。
1.2个主要特征(1)v(溶解)=v(沉淀)≠0。(2)离子的浓度保持不变。2.3个关系当QKsp时:溶液中有沉淀析出。
4.用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去,一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时,表明离子已经沉淀完全。5.沉淀溶解平衡是化学平衡的一种,沉淀溶解平衡也同样遵循勒夏特列原理。
3.3个应用(1)沉淀的生成;(2)沉淀的溶解;(3)沉淀的转化。
知识梳理1.溶解平衡状态(1)定义。沉淀溶解平衡状态是指在一定温度下,当难溶强电解质溶于水形成饱和溶液时,沉淀溶解速率和沉淀生成速率相等的状态。例如,在一定温度下,当AgCl溶于水形成饱和溶液时,AgCl溶于水形成Ag+和Cl-的速率等于溶液中的Ag+和Cl-结合生成AgCl的速率的状态,属于沉淀溶解平衡状态。
(2)溶解平衡的建立。固体溶质 溶液中的溶质
①v(溶解)>v(沉淀),固体溶解②v(溶解)=v(沉淀),溶解平衡③v(溶解)
cm(An+)·cn(Bm-)
(2)Ksp的影响因素①内因:难溶物质本身的性质,这是决定因素。②外因。a.浓度:加水稀释,平衡向沉淀溶解方向移动,但Ksp不变。b.温度:绝大多数难溶物的溶解是吸热过程,升高温度,平衡向沉淀溶解的方向移动,Ksp增大。c.其他:向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶物质、更难电离物质或气体的离子时,平衡向沉淀溶解的方向移动,但Ksp不变。
微点拨 (1)沉淀溶解平衡一般是吸热的,温度升高平衡右移,Ksp增大,但Ca(OH)2相反。(2)对于沉淀溶解平衡AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq),Ksp=cm(An+)·cn(Bm-),对于相同类型的物质,Ksp的大小反映了难溶电解质在溶液中溶解能力的大小,也反映了该物质在溶液中沉淀的难易。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)升高温度,沉淀溶解平衡一定正向移动。( )(2)室温下,AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度。( )(3)难溶电解质达到沉淀溶解平衡时,增加难溶电解质的量,平衡向溶解的方向移动。( )(4)不可能使要除去的离子全部通过沉淀除去。一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10-5 ml·L-1时,说明沉淀完全。( )
(5)在一定条件下,溶解度较小的沉淀也可以转化成溶解度较大的沉淀。( )(6)常温下,向BaCO3的饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2.(1)浓缩液中主要含有I-、Cl-等离子。取一定量的浓缩液,向其中滴加AgNO3溶液,当AgCl开始沉淀时,溶液中 为 。已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=8.5×10-17。 (2)已知:Ksp[Al(OH)3]=1×10-33,Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39,pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀。室温下,除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其浓度均小于1×10-6 ml·L-1),需调节溶液pH范围为 。
答案 (1)4.7×10-7 (2)5.0≤pH<7.1
考向1 难溶电解质的沉淀溶解平衡图像分析【典例1】 (2019全国2,12)绚丽多彩的无机颜料的应用曾创造了古代绘画和彩陶的辉煌。硫化镉(CdS)是一种难溶于水的黄色颜料,其在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是( )A.图中a和b分别为T1、T2温度下CdS在水中的溶解度B.图中各点对应的Ksp的关系为Ksp(m)=Ksp(n)
明确图像中纵、横坐标的含义→理解图像中线上的点、线外点的含义→抓住Ksp的特点,结合选项分析判断
对点演练1(双选)(2020山东泰安一模)已知:常温下,Ksp(ZnS)=1.6×10-24;pM=-lgc(M2+)(M2+为Cu2+或Zn2+)。常温下,向10 mL 0.10 ml·L-1 CuCl2溶液中滴加0.10 ml·L-1 Na2S溶液,滴加过程中pM与Na2S溶液体积(V)的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.Ksp(CuS)的数量级为10-36B.a点溶液中,c(Na+)=2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)]C.d点溶液中:c(Na+)>c(Cl-)>c(S2-)>c(H+)D.相同条件下,若用等浓度等体积的ZnCl2溶液代替上述CuCl2溶液,则反应终点c向上移动
解析 向10 mL 0.10 ml·L-1 CuCl2溶液中滴加0.10 ml·L-1的Na2S溶液,发生反应:Cu2++S2-==CuS↓,Cu2+单独存在或S2-单独存在均会发生水解,水解促进水的电离,b点溶液中滴加Na2S溶液的体积是10 mL,此时恰好生成CuS沉淀,溶液中存在的CuS沉淀溶解平衡CuS(s) Cu2+(aq)+S2-(aq),结合图像和溶度积常数分析解答。
该温度下,平衡时c(Cu2+)=c(S2-)=10-17.7 ml·L-1,Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-)=10-17.7 ×10-17.7 =10-35.4,故数量级为10-36,A正确;a点为CuCl2和NaCl的混合溶液,生成了CuS沉淀,c(Na+)>2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)],B错误;d点溶液是Na2S和NaCl的混合溶液,硫离子水解使溶液显碱性,c(Na+)>c(Cl-)>c(S2-)>c(OH-)>c(H+),C正确;相同实验条件下,改用0.1 ml·L-1的ZnCl2溶液,Ksp(ZnS)=1.6×10-24>Ksp(CuS),锌离子浓度大于铜离子浓度,消耗硫化钠溶液体积10 mL,图中反应终点c点向b点方向移动,D错误。
考向2 溶度积常数及其应用【典例2】 (1)(2020山东化学,16节选)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下:
已知:MnO2是一种两性氧化物;25 ℃时相关物质的Ksp见下表。
回答下列问题:①净化时需先加入的试剂X为 (填化学式),再使用氨水调溶液的pH,则pH的理论最小值为 (当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5 ml·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。 ②碳化过程中发生反应的离子方程式为 。
(2)(2020江苏化学,19节选)实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。其主要实验流程如下:
铁泥→酸浸→还原→除杂→沉铁 α-Fe2O3除杂:向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液,使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是 [Ksp(CaF2)=5.3×10-9,Ka(HF)=6.3×10-4]。
答案 (1)①H2O2 4.9 ②Mn2++HC +NH3·H2O==MnCO3↓+N +H2O (2)pH偏低形成HF,导致溶液中F-浓度减小,CaF2沉淀不完全
易错警示 (1)并非Ksp越小,其物质的溶解度就越小。对于阴、阳离子个数比相同的难溶电解质,它们的溶解度可以直接用Ksp的大小来比较,Ksp越小,其物质的溶解度就越小;而对于阴、阳离子的个数比不同的难溶电解质,它们的溶解度就不能直接用Ksp的大小来比较。(2)溶度积小的难溶电解质在一定条件下也能向溶度积大的难溶电解质转化。当两种难溶电解质的Ksp相差不是很大时,通过调节某种离子的浓度,可由溶度积小的难溶电解质向溶度积大的难溶电解质转化。
对点演练2(2020全国3,27节选)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O ):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
回答下列问题:(1)“转化” 中可替代H2O2的物质是 。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即 ,“滤液③”中可能含有的杂质离子为 。 (2)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp= (列出计算式) 。如果“转化”后的溶液中Ni2+ 浓度为1.0 ml·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是 。
答案 (1)O2或空气 Fe3+(2)0.01×(107.2-14)2[或10-5×(108.7-14)2] 3.2~6.2
解析 (1)加H2O2溶液“转化”的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,替代起氧化作用的H2O2溶液的可以为O2或空气,这样既能将Fe2+氧化,又不引进新杂质。由于Fe2+开始沉淀、沉淀完全时的pH与Ni2+的相近,所以若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,则“调pH”得到Fe(OH)3沉淀,Fe2+与Ni2+一起存在于溶液中,通过“转化”(氧化)使Fe2+转变为Fe3+而被沉淀出来,则滤液③中可能的杂质离子为氧化得到的Fe3+。
(2)根据Ni2+开始沉淀时的pH为7.2,可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)·c2(OH-)=0.01×(107.2-14)2;根据Ni2+完全沉淀时的pH为8.7,也可得Ni(OH)2的Ksp=c(Ni2+)· c2(OH-)=10-5×(108.7-14)2。“调pH”是为了使Fe3+沉淀完全,根据Fe3+完全沉淀时的pH为3.2可知,pH应大于3.2;同时不能使Ni2+沉淀,则c(Ni2+)·c2(OH-)<0.01×(107.2-14)2,根据c(Ni2+)=1.0 ml·L-1,可求得c(OH-)<10-7.8 ml·L-1,对应c(H+)>10-6.2 ml·L-1,则“调pH”的pH应小于6.2,则“调pH”控制的pH范围是3.2~6.2。
深度指津 1.有关Ksp的相关计算(1)已知溶度积,求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp(AgCl)=a的饱和AgCl溶液中,c(Ag+)= ml·L-1。(2)已知溶度积、溶液中某离子的浓度,求溶液中的另一种离子的浓度,如某温度下AgCl的Ksp=a,在0.1 ml·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10a ml·L-1。(3)计算反应的平衡常数,如对于反应Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq),Ksp(MnS)=c(Mn2+)·c(S2-),Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),该反应的平衡常数K= 。
2.解沉淀溶解平衡图像题的三步骤第一步:明确图像中纵、横坐标的含义纵、横坐标通常是难溶物溶解后电离出的离子浓度。第二步:理解图像中线上点、线外点的含义
(1)以氯化银为例,在该沉淀溶解平衡图像上,曲线上任意一点都达到了沉淀溶解平衡状态,此时Q=Ksp。在温度不变时,无论改变哪种离子的浓度,另一种离子的浓度只能在曲线上变化,不会出现在曲线以外。(2)曲线上方区域的点均为过饱和溶液,此时Q>Ksp。(3)曲线下方区域的点均为不饱和溶液,此时Q
知识梳理1.沉淀的生成(1)调节pH法。如:除去NH4Cl溶液中的FeCl3杂质,可加入氨水调节pH至7~8,离子方程式为 。 (2)沉淀剂法。如:用Na2S沉淀Cu2+,离子方程式为 。
S2-+Cu2+==CuS↓
2.沉淀的溶解(1)酸溶解法。如:CaCO3溶于盐酸,离子方程式为 。 (2)盐溶液溶解法。如:Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液,离子方程式为 。 (3)氧化还原溶解法。如:不溶于盐酸的硫化物Ag2S溶于稀硝酸。
CaCO3+2H+==Ca2++H2O+CO2↑
(4)配位溶解法。如:AgCl溶于氨水,离子方程式为 。
AgCl+2NH3·H2O== [Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O
3.沉淀的转化(1)实质:沉淀溶解平衡的移动(沉淀的溶解度差别 ,越容易转化)。
AgCl沉淀转化为AgBr的离子方程式为 。 AgI沉淀转化为Ag2S的离子方程式为 。
(2)应用。①锅炉除垢:将CaSO4转化为疏松、易溶于酸的CaCO3,离子方程式为 。 ②矿物转化:CuSO4溶液遇PbS转化为CuS,离子方程式为 。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(3)分别用等体积的蒸馏水和0.01 ml·L-1的盐酸洗涤AgCl沉淀,用水洗涤造成的AgCl的损失大于用稀盐酸洗涤的损失量。( )(4)洗涤沉淀时,洗涤次数越多越好。( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)×
2.试用平衡移动原理解释:已知Ba2+有毒,为什么医疗上能用BaSO4做钡餐透视,而不能用BaCO3做钡餐?
考向1 难溶电解质的生成与溶解【典例1】 (2020北京顺义区一模)某实验小组探究常温下难溶电解质的溶解平衡,查得如表资料。
依据上述数据进行的预测不合理的是( )A.向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体,有浑浊出现B.除去FeSO4溶液中的CuSO4,可选用FeS作沉淀剂C.向含等物质的量的MgCl2和FeCl3的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先出现的沉淀是Mg(OH)2D.向1 mL 0.1 ml·L-1 MgCl2溶液中滴加2 mL 0.1 ml·L-1 NaOH溶液,取澄清溶液滴加2滴0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,有浑浊出现
沉淀所需OH-物质的量浓度小于氢氧化镁,则先生成氢氧化铁沉淀,C错误;向1 mL 0.1 ml·L-1 MgCl2溶液中滴加2 mL 0.1 ml·L-1 NaOH溶液,恰好反应生成氢氧化镁沉淀,饱和溶液中存在氢氧化镁的沉淀溶解平衡,取澄清溶液滴加2滴0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,会生成氢氧化铁沉淀,有浑浊出现,D正确。
对点演练1(双选)(2020山东潍坊一模)常温下,向10 mL一定浓度的硝酸银溶液中,逐滴加入0.1 ml·L-1的氨水,反应过程中-lgc(Ag+)或-lgc{[Ag(NH3)2]+}与加入氨水体积的关系如图。下列说法错误的是( )
A.原硝酸银溶液的浓度是0.1 ml·L-1B.反应生成氢氧化银的Ksp(AgOH)的数量级为10-8
考向2 沉淀转化【典例2】 (2020山东泰安四模)取1 mL 0.1 ml·L-1 AgNO3溶液进行如下实验(实验中所用试剂浓度均为0.1 ml·L-1):
下列说法不正确的是( )A.实验①白色沉淀是难溶的AgClB.由实验②说明AgI比AgCl更难溶C.若按①③顺序实验,看不到黑色沉淀D.若按②①顺序实验,看不到白色沉淀
解析 向1 mL 0.1 ml·L-1 AgNO3溶液中加入过量氯化钠溶液生成氯化银白色沉淀,滴加过量KI溶液生成黄色沉淀碘化银,再加入过量硫化钠溶液生成硫化银沉淀,沉淀转化的实质是向更难溶的方向进行。实验①白色沉淀是难溶的AgCl,A正确;由实验②说明AgI比AgCl更难溶,可以实现沉淀转化,B正确;若按①③顺序实验,硫化银溶解度小于氯化银,也可以实现转化,看到黑色沉淀生成,C错误;由实验②说明AgI比AgCl更难溶,若按②①顺序实验,此条件下碘化银不能转化为氯化银,看不到白色沉淀,D正确。
对点演练2某兴趣小组进行下列实验:①将0.1 ml·L-1 MgCl2溶液和0.5 ml·L-1 NaOH溶液等体积混合得到浊液②取少量①中浊液,滴加0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,出现红褐色沉淀③将①中浊液过滤,取少量白色沉淀,滴加0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,白色沉淀变为红褐色沉淀④另取少量白色沉淀,滴加饱和NH4Cl溶液,沉淀溶解下列说法中不正确的是( )
A.将①中所得浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+B.①中浊液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶D.NH4Cl溶液中的N 可能是④中沉淀溶解的原因
答案 C 解析 0.1 ml·L-1 MgCl2溶液与0.5 ml·L-1 NaOH溶液等体积混合得到Mg(OH)2悬浊液,剩余NaOH,但仍存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)。实验②中是因为剩余的NaOH能和氯化铁反应生成Fe(OH)3,不能比较Fe(OH)3和Mg(OH)2的溶解能力,故C错误。
深度指津 (1)用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去,一般当残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时,则认为沉淀已经完全。(2)利用生成沉淀分离或除去某种离子,首先要使生成沉淀的反应能够发生,其次沉淀生成的反应进行的越完全越好。如除去溶液中的Mg2+,用NaOH溶液比使用Na2CO3溶液好,原因是Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小。(3)若一种沉淀剂可使溶液中多种离子产生沉淀时,则可以控制条件,使这些离子先后分别沉淀。
①对同一类型的沉淀,Ksp越小越先沉淀,且Ksp相差越大分步沉淀效果越好。例如在浓度相差不大的Cl-、Br-、I-的混合溶液中,由于AgCl、AgBr、AgI的Ksp相差较大,可向混合溶液中逐渐滴加AgNO3溶液,可按AgI、AgBr、AgCl的顺序先后沉淀。②对不同类型的沉淀,其沉淀先后顺序要通过计算才能确定。(4)溶解度较小的沉淀,在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀。如在BaSO4的饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液,也可以转化成溶解度较大的BaCO3沉淀。
1.2个主要特征(1)v(溶解)=v(沉淀)≠0。(2)离子的浓度保持不变。2.3个关系当Q
4.用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去,一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时,表明离子已经沉淀完全。5.沉淀溶解平衡是化学平衡的一种,沉淀溶解平衡也同样遵循勒夏特列原理。
3.3个应用(1)沉淀的生成;(2)沉淀的溶解;(3)沉淀的转化。
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