沉淀溶解平衡的应用鲁科版高中化学选修4学案.docx
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沉淀溶解平衡的应用鲁科版高中化学选修4学案
第2课时 沉淀溶解平衡的应用
[核心素养发展目标] 1.变化观念与平衡思想:
能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质。
2.科学探究与创新意识:
学会用沉淀溶解平衡的移动解决生产、生活中的实际问题,并设计实验探究方案,进行沉淀转化等实验探究。
一、沉淀的溶解与生成
1.沉淀的生成
当溶液中浓度商(Q)大于溶度积(Ksp)时有沉淀生成。
(1)调节pH法
如加入氨水调节pH至4左右,可除去氯化铵溶液中的氯化铁。
反应离子方程式为:
Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH
。
(2)加沉淀剂法
如用Na2S、H2S等做沉淀剂,使Cu2+、Hg2+等生成难溶硫化物沉淀。
①通入H2S除去Cu2+的离子方程式:
H2S+Cu2+===CuS↓+2H+。
②加入Na2S除去Hg2+的离子方程式:
Hg2++S2-===HgS↓。
2.沉淀的溶解
当溶液中浓度商(Q)小于溶液积(Ksp)时,沉淀可以溶解。
(1)酸溶解:
如CaCO3难溶于水,却易溶于盐酸,原因是:
CaCO3在水中存在溶解平衡为CaCO3(s)
Ca2+(aq)+CO
(aq),当加入盐酸后发生反应:
CO
+2H+===H2O+CO2↑,c(CO
)降低,溶解平衡向溶解方向移动。
(2)盐溶液溶解:
如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为Mg(OH)2+2NH
===Mg2++2NH3·H2O。
沉淀反应的应用
(1)沉淀的生成和溶解是两个方向相反的过程,控制离子浓度,可以使反应向我们需要的方向转化。
(2)利用生成沉淀除去某种离子时,沉淀生成的反应进行得越完全越好。
(3)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。
例1
(2018·辽宁大连月考)已知相同温度下,Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2的溶解度,且随pH的升高,Fe(OH)3首先析出。
为除去MgCl2酸性溶液中的Fe3+,可以在加热搅拌的条件下,加入一种试剂,过滤后再加入适量盐酸,这种试剂不可以是( )
A.NH3·H2OB.MgO
C.Mg(OH)2D.MgCO3
答案 A
解析 加NH3·H2O会引入新的杂质离子NH
。
MgO消耗Fe3+水解生成的H+,促使Fe3+水解生成Fe(OH)3而除去,同时MgO转化为MgCl2,不会引入新的杂质,即使MgO过量,由于MgO难溶于水,过滤即可除去。
加Mg(OH)2和MgCO3的原理与加MgO原理相同。
考点
沉淀的溶解与生成
题点
沉淀的生成——调pH法
思维启迪——沉淀剂选择的原则
(1)要能除去溶液中指定的离子,又不能影响其他离子的存在,并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子还要便于除去,如沉淀NaNO3溶液中的Ag+,可用NaCl作沉淀剂。
(2)溶液中沉淀物的溶解度越小,离子沉淀越完全,如沉淀Cu2+,可将其转化成CuCO3、CuS或Cu(OH)2沉淀,但这三种沉淀中CuS的溶解度最小,因此,沉淀成CuS时Cu2+除去得最完全。
(3)多种弱碱阳离子的混合溶液中的某种离子或某几种离子分离时,常通过控制溶液的pH使溶解度最小的物质最先沉淀除去,而被提纯的离子不能生成沉淀,还要注意除杂时不能引入新的杂质。
例2
已知Ksp(AgCl)=1.56×10-10mol2·L-2,Ksp(AgBr)=7.7×10-13mol2·L-2,Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12mol3·L-3。
某溶液中含有Cl-、Br-和CrO
,浓度均为0.010mol·L-1,向该溶液中逐滴加入0.010mol·L-1的AgNO3溶液时,三种阴离子产生沉淀的先后顺序为( )
A.Cl-、Br-、CrO
B.CrO
、Br-、Cl-
C.Br-、Cl-、CrO
D.Br-、CrO
、Cl-
答案 C
解析 要产生AgCl沉淀,c(Ag+)>
mol·L-1=1.56×10-8mol·L-1;
要产生AgBr沉淀,c(Ag+)>
mol·L-1=7.7×10-11mol·L-1;
要产生Ag2CrO4,需c2(Ag+)·c(CrO
)>Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12mol3·L-3,
即c(Ag+)>
mol·L-1=3.0×10-5mol·L-1;显然产生沉淀的顺序为Br-、Cl-、CrO
。
考点
沉淀的溶解与生成
题点
沉淀的生成——沉淀的先后
思维启迪——沉淀的顺序
当一种试剂能沉淀溶液中几种离子时,生成沉淀所需试剂离子浓度越小的越先沉淀;如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大,就能分步沉淀,从而达到分离离子的目的。
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沉淀的溶解、生成是沉淀溶解平衡的移动,可借助相关物质的Q与Ksp的相对大小判断,然后改变适当的条件来完成。
(1)沉淀的生成
当Q>Ksp时,沉淀溶解平衡向左移动,会生成沉淀。
常用方法:
①调节溶液的pH,②加入合适沉淀剂。
(2)沉淀的溶解
当Q<Ksp时,沉淀溶解平衡向右移动,沉淀会溶解。
常用方法:
①酸、碱溶解法,②盐溶解法,③配位溶解法,④氧化还原溶解法。
二、沉淀的转化
1.实验探究沉淀的转化
(1)ZnS沉淀转化为CuS沉淀
实验步骤
实验现象
有白色沉淀
有黑色沉淀
离子反应方程式
S2-(aq)+Zn2+(aq)===ZnS(s)
ZnS(s)+Cu2+(aq)===CuS(s)+Zn2+(aq)
实验结论
溶解能力小的沉淀可以转化成溶解能力更小的沉淀
(2)Ag+的沉淀物的转化
实验步骤
实验现象
有白色沉淀生成
白色沉淀变为黄色
沉淀变为黑色
沉淀溶解能力
AgCl>AgI>Ag2S
2.沉淀转化的实质
(1)沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。
(2)一般说来,溶解能力小的沉淀转化为溶解能力更小的沉淀容易实现;两者差别越大,沉淀转化越容易。
3.沉淀转化的应用
(1)锅炉除水垢
水垢CaSO4(s)
CaCO3(s)
Ca2+(aq)
有关化学方程式:
CaSO4(s)+Na2CO3(aq)CaCO3(s)+Na2SO4(aq)、CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑。
(2)工业废水处理
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。
用FeS除去Hg2+的离子方程式:
FeS(s)+Hg2+(aq)HgS(s)+Fe2+(aq)。
(3)水垢的形成
硬水煮沸形成的水垢主要成分是CaCO3和Mg(OH)2,说明它形成的原因(用化学方程式表示)。
Mg(HCO3)2
MgCO3↓+H2O+CO2↑,
Ca(HCO3)2
CaCO3↓+H2O+CO2↑,
MgCO3+H2O
Mg(OH)2↓+CO2↑。
沉淀转化的规律
(1)组成类型相同的难溶电解质,Ksp较大的难溶电解质容易转化为Ksp较小的难溶电解质。
(2)Ksp相差不大的难溶电解质,Ksp较小的难溶电解质在一定条件下(满足Qc>Ksp)可以转化为Ksp较大的难溶电解质。
如在BaSO4饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液,也可以转化成Ksp较大的BaCO3。
例3
向5mLNaCl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=Ag2SB.AgCl C.AgCl>AgI>Ag2SD.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。 考点 沉淀的转化 题点 沉淀转化的实质 例4 已知25℃: 难溶电解质 CaCO3 CaSO4 MgCO3 Ksp 2.8×10-9mol2·L-2 9.1×10-6mol2·L-2 6.8×10-6mol2·L-2 某学习小组欲探究CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀的可能性,实验步骤如下: ①向0.1mol·L-1的CaCl2溶液100mL中加入0.1mol·L-1的Na2SO4溶液100mL,立即有白色沉淀生成。 ②向上述悬浊液中加入固体Na2CO33g,搅拌,静置沉淀后弃去上层清液。 ③再加入蒸馏水搅拌,静置后再弃去上层清液。 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步发生的化学反应方程式: _____________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)设计第③步的目的是____________________________________________________。 (4)请补充第④步操作及发生的现象: ________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)请写出该原理在实际生活、生产中的一个应用: ____________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)大 (2)Na2CO3(aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+Na2SO4(aq) (3)洗去沉淀中附着的SO (4)向沉淀中加入足量的盐酸,沉淀完全溶解,并放出无色无味的气体 (5)将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3,再用盐酸除去 解析 Ksp越大,表示电解质的溶解度越大,溶解度大的沉淀会向溶解度小的沉淀转化,要证明CaSO4完全转化为CaCO3,可以加入盐酸,因为CaSO4不和盐酸反应,而CaCO3可完全溶于盐酸。 在实际生活、生产中利用此反应可以将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3再用盐酸除去。 考点 沉淀的转化 题点 沉淀转化的应用 1.(2018·河南平顶山联考)T℃时,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20mol3·L-3,Ksp[Fe(OH)3]=1.1× 10-38mol4·L-4。 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.CuOB.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,本题选A。 考点 沉淀的溶解与生成 题点 沉淀的生成——调pH法 2.已知如下物质的溶度积常数: Ksp(FeS)=6.3×10-18mol2·L-2,Ksp(CuS)=6.3×10-36mol2·L-2。 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做沉淀剂 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做沉淀剂。 考点 沉淀的转化 题点 沉淀转化的应用 3.(2018·郑州一中质检)实验: ①0.1mol·L-1AgNO3溶液和0.1mol·L-1NaCl溶液等体积混合得到浊液a,过滤得到滤液b和白色沉淀c; ②向滤液b中滴加0.1mol·L-1KI溶液,出现浑浊; ③向沉淀c中滴加0.1mol·L-1KI溶液,沉淀变为黄色。 下列分析不正确的是( ) A.浊液a中存在沉淀溶解平衡: AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq) B.滤液b中不含有Ag+ C.③中颜色变化说明AgCl转化为AgI D.实验可以证明AgI比AgCl更难溶 答案 B 解析 A项,在浊液a中,存在AgCl的沉淀溶解平衡,正确;B项,在滤液b中,仍含有少量Ag+,故在b中加入KI溶液生成了AgI沉淀,错误;由于AgI比AgCl更难溶解,向c中加入0.1mol·L-1KI溶液,能发生沉淀的转化,生成黄色的AgI,C项和D项都正确。 考点 沉淀的转化 题点 沉淀转化的现象与分析 4.①已知t℃时AgCl的Ksp=2×10-10mol2·L-2;②在t℃时Ag2CrO4的溶解平衡曲线如下图所示。 下列说法正确的是( ) A.在t℃时,Ag2CrO4的Ksp为1×10-9mol3·L-3 B.在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4可使溶液由Y点到X点 C.在t℃时,用0.01mol·L-1AgNO3溶液滴定20mL0.01mol·L-1KCl和0.01mol·L-1K2CrO4的混合溶液,CrO 先沉淀 D.在t℃时,反应Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)2AgCl(s)+CrO (aq)的平衡常数K=2.5×107mol-1·L 答案 D 解析 A项,Ag2CrO4的Ksp=[Ag+]2[CrO ]=[10-3]2×10-6=10-12mol3·L-3;B项,加入K2CrO4可使沉淀溶解平衡左移,[Ag+]减小;C项,CrO 形成沉淀所需Ag+的最低浓度为 [Ag+]= mol·L-1=1×10-5mol·L-1,Cl-形成沉淀所需Ag+的最低浓度为[Ag+]= mol·L-1=2×10-8mol·L-1,所以先析出氯化银沉淀;D项,K= = = =2.5×107mol-1·L。 考点 沉淀的转化 题点 沉淀溶解平衡曲线及应用 5. (1)已知Ksp(BaSO4)=1.0×10-10mol2·L-2,Ksp(BaCO3)=2.5×10-9mol2·L-2,某同学设想用下列流程得到BaCl2溶液, BaSO4 BaCO3 BaCl2 则①的离子方程式为________________________________________________________, 该反应的平衡常数K=________。 (2)向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr,当两种沉淀共存时, =__________。 [Ksp(AgBr)=5.4×10-13mol2·L-2,Ksp(AgCl)=1.8×10-10mol2·L-2] 答案 (1)BaSO4(s)+CO (aq)BaCO3(s)+SO (aq) 0.04 (2)3×10-3 解析 (1)BaSO4转化为BaCO3的离子方程式为BaSO4(s)+CO (aq)BaCO3(s)+SO (aq)。 平衡常数K= = = =0.04。 (2)AgCl、AgBr共存时AgCl(s)+Br-(aq)AgBr(s)+Cl-(aq),反应达到平衡,所以 = = =3×10-3。 考点 沉淀的转化 题点 沉淀转化平衡及应用 题组一 沉淀的生成与溶解 1.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,需加入少量的( ) A.NH4NO3B.NaOH C.MgSO4D.Na2SO4 答案 A 解析 要使Mg(OH)2固体的量减小,应使Mg(OH)2的溶解平衡右移,可减小[Mg2+]或[OH-]。 NH4NO3电离出的NH 能结合OH-,使平衡右移。 考点 沉淀的溶解与生成 题点 沉淀的生成——调pH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.NaOHB.ZnO C.ZnSO4D.Fe2O3 答案 B 解析 溶液中含有FeCl3杂质,将溶液调至pH=4,可使Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀而除去,注意不能引入新的杂质,可加入ZnO和酸反应调节溶液pH,使铁离子全部沉淀。 3.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 答案 A 解析 根据题干信息,A项中的操作可将Fe2+先转化为Fe3+再转化为Fe(OH)3而除去,A项正确;在酸性溶液中H2S与Fe2+不反应,而H2S与Cu2+生成CuS沉淀,B项错误;C项中的操作会引入新的杂质离子NH ,C项错误;由金属的活动性: Fe>Cu知,D项错误。 考点 沉淀的溶解与生成 题点 沉淀的生成——调pH法 4.要使工业废水中的重金属Pb2+沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等做沉淀剂,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 答案 A 解析 要将Pb2+沉淀,就要形成溶解度更小的物质,由表中数据可知,PbS的溶解度最小,故沉淀剂最好为硫化物。 考点 沉淀的溶解与生成 题点 沉淀的生成——加沉淀剂法 题组二 沉淀的转化 5.已知: 25℃时,Ksp[Mg(OH)2]=5.61×10-12mol3·L-3,Ksp(MgF2)=7.42×10-11mol3·L-3。 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[Mg2+]大 B.25℃时,Mg(OH)2的悬浊液加入少量的NH4Cl固体,[Mg2+]增大 C.25℃时,Mg(OH)2固体在20mL0.01mol·L-1氨水中的Ksp比在20mL0.01mol·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不可能转化为MgF2 答案 B 解析 A项,Mg(OH)2与MgF2同属于AB2型沉淀,Ksp[Mg(OH)2]比Ksp(MgF2)小,说明饱和Mg(OH)2溶液中的[Mg2+]更小;B项,Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),NH 与OH-反应,而使平衡右移,[Mg2+]增大;C项,Ksp只与温度有关;D项,Mg(OH)2的Ksp与MgF2的Ksp数量级接近,若F-浓度足够大,Mg(OH)2也能转化为MgF2。 考点 沉淀的转化 题点 沉淀转化的实质 6.25℃时,已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(Ksp)分别为Ksp(FeS)=6.3×10-18mol2·L-2;Ksp(CuS)=1.3×10-36mol2·L-2;Ksp(ZnS)=1.6×10-24mol2·L-2。 下列关于常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0.1mol·L-1的Na2S溶液中,Zn2+的浓度最大只能达到1.6× 10-23mol·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[Fe2+]变大、[S2-]变小,但Ksp(FeS)变大 答案 C 解析 化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时,Ksp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强,由Ksp可知,常温下,CuS的溶解度最小,故A错;将足量的ZnSO4晶体加入到0.1mol·L-1的Na2S溶液中,[S2-]将减至非常小,而Zn2+的浓度远远大于1.6×10-23mol·L-1;因CuS比FeS更难溶,FeS沉淀可转化为CuS沉淀;温度不变,Ksp(FeS)不变。 考点 沉淀的转化 题点 沉淀转化的应用 7.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2mL浓度均为1.2mol·L-1的KCl、KI混合溶液中滴加1~2滴0.01mol·L-1的AgNO3溶液,振荡沉淀呈黄色,说明Ksp(AgCl)>Ksp(AgI) 答案 B 考点 沉淀的转化 题点 沉淀转化的现象与分析 8.(2018·江西宜春校级期末)20℃时某些物质的溶解度(g/100g水)数据如表所示: 物质 CaCO3 CaSO4 Mg(OH)2 MgCO3 溶解度/(g/100g水) 1.4×10-3 0.21 9×10-4 1.1×10-2 下列说法不正确的是( ) A.硫酸钙悬浊液中存在沉淀溶解平衡: CaSO4(s)Ca2+(aq)+SO (aq) B.用Na2CO3溶液浸泡锅炉中的水垢,可将水垢中的CaSO4转化为CaCO3 C.向Mg(OH)2悬浊液中滴加FeCl3溶液,沉淀变为红褐色,说明溶解度: Fe(OH)3<Mg(OH)2 D.向2mL饱和MgCl2溶液中先后滴加0.1mol·L-1的Na2CO3溶液、NaOH溶液各2滴,产生的白色沉淀为Mg(OH)2 答案 D 解析 由题意可知,硫酸钙属于微溶物,硫酸钙悬浊液中存在沉淀溶解平衡: Ca
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