沉淀溶解平衡的应用溶度积的相关计算及溶解图像 突破训练二.docx
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沉淀溶解平衡的应用溶度积的相关计算及溶解图像突破训练二
沉淀溶解平衡的应用、溶度积的相关计算及溶解图像
突破训练
(二)
1.化工生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中Cu2+:
Cu2+(aq)+MnS(s)
CuS(s)+Mn2+(aq),下列说法错误的是( )
A.MnS的Ksp比CuS的Ksp大
B.该反应达平衡时c(Mn2+)=c(Cu2+)
C.往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c(Mn2+)变大
D.该反应的平衡常数K=
解析:
选B 根据沉淀转化向溶度积小的方向进行,Ksp(MnS)>Ksp(CuS),A对;该反应达平衡时c(Mn2+)、c(Cu2+)保持不变,但不一定相等,B错;往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,平衡正向移动,c(Mn2+)变大,C对;该反应的平衡常数K=
=
=
,D对。
2.如图是NaCl、MgSO4的溶解度曲线。
下列说法正确的是( )
A.只有在t1℃时,NaCl和MgSO4的溶解度才相等
B.t1~t2℃,MgSO4的溶解度随温度升高而减小
C.在t2℃时,MgSO4饱和溶液的溶质质量分数最大
D.把MgSO4饱和溶液的温度从t3℃降至t2℃时,有晶体析出
解析:
选C A项,在t1℃、t3℃时,NaCl、MgSO4的溶解度都相等;B项,t2之前,MgSO4的溶解度随温度的升高而增大,t2之后,随温度的升高而减小;C项,w=
×100%,S越大,w越大;D项,把MgSO4饱和溶液的温度从t3℃降至t2℃时,由饱和溶液变成不饱和溶液,不会有晶体析出。
3.已知四种盐的溶解度(S)曲线如图所示,下列说法不正确的是( )
A.将NaCl溶液蒸干可得NaCl固体
B.将MgCl2溶液蒸干可得MgCl2固体
C.Mg(ClO3)2中混有少量NaCl杂质,可用重结晶法提纯
D.可用MgCl2和NaClO3制备Mg(ClO3)2
解析:
选B 因为NaCl加热时不水解,也不反应,所以将NaCl溶液蒸干可得NaCl固体,A正确;因为MgCl2能够水解,水解产生Mg(OH)2和HCl,加热水解平衡正向移动,HCl易挥发,所以将MgCl2溶液蒸干可得固体Mg(OH)2,故B错误;因为Mg(ClO3)2的溶解度受温度影响变化较大,NaCl的溶解度受温度影响较小,所以Mg(ClO3)2中混有少量NaCl杂质,可用重结晶法提纯,故C正确;反应MgCl2+2NaClO3===Mg(ClO3)2+2NaCl类似于侯德榜制碱法生成NaHCO3的原理,因为NaCl溶解度小而从溶液中析出,使反应向生成Mg(ClO3)2的方向进行,故D正确。
4.某温度下,难溶物FeR的水溶液中存在平衡:
FeR(s)
Fe2+(aq)+R2-(aq),其沉淀溶解平衡曲线如图所示。
下列说法正确的是( )
A.可以通过升温实现由a点变到c点
B.b点对应的Ksp等于a点对应的Ksp
C.d点可能有沉淀生成
D.该温度下,Ksp=4×10-18
[解析] 升高温度,Fe2+和R2-的浓度同时增大,A项错误;曲线上的点,均为平衡点,温度不变,Ksp不变,B项正确;d点相对于平衡点a点,c(Fe2+)相同,d点c(R2-)小于a点,没有沉淀生成,C项错误;选a点或b点计算,Ksp(FeR)=2×10-18,D项错误。
5.在t℃时,AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线如图K31-1所示。
又知t℃时AgCl的Ksp=4×10-10,下列说法不正确的是( )
A.图中a点对应的是AgBr的不饱和溶液
B.在t℃时,AgBr的Ksp为4.9×10-13
C.在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体,可使溶液由c点到b点
D.在t℃时,AgCl(s)+Br-(aq)
AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K≈816
[解析]根据图像可知,在a点时Qc=c(Ag+)·c(Br-) 该温度下AgBr的Ksp=7×10-7×7×10-7=4.9×10-13,B正确;在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体后,c(Br-)增大,溶解平衡逆向移动,c(Ag+)减小,C错误;反应AgCl(s)+Br-(aq) AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数为: K= = = = ≈816,D正确。 6.已知25℃时物质的溶度积常数为Ksp(FeS)=6.3×10-18;Ksp(CuS)=1.3×10-36;Ksp(ZnS)=1.6×10-24。 下列说法正确的是( ) A.相同温度下,CuS的溶解度大于ZnS的溶解度 B.除去工业废水中的Cu2+,可选用FeS作沉淀剂 C.足量CuSO4溶解在0.1mol/L的H2S溶液中,Cu2+能达到的最大浓度为1.3×10-35mol/L D.在ZnS的饱和溶液中,加入FeCl2溶液,一定不产生FeS沉淀 [解析]具有相同结构的物质Ksp越大,溶解度越大,所以硫化锌的溶解度大于硫化铜,A错误;因为硫化铜的溶度积小于硫化亚铁,所以可以将硫化亚铁转化为硫化铜,沉淀铜离子,B正确;硫化氢是弱酸,硫离子浓度小于0.1mol/L,根据溶度积计算,铜离子浓度大于1.3×10-35mol/L,C错误;硫化锌的饱和溶液中存在硫离子,加入氯化亚铁溶液,当Qc>Ksp(FeS)时,就会生成硫化亚铁沉淀,D错误。 7.下列说法错误的是( ) A.向2支盛有2mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液,一支试管中产生黄色沉淀,另一支中无明显现象,则Ksp(AgI) B.室温下,向浓度均为0.1mol·L-1的BaCl2和CaCl2混合溶液中滴加Na2SO4溶液,出现白色沉淀。 可推出Ksp(BaSO4) C.常温下,Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,pH=10的含Mg2+的溶液中,c(Mg2+)≤1.8×10-3mol·L-1 D.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 [解析]向银氨溶液中分别加入相同浓度的NaCl和NaI溶液,Ag+与相同浓度的I-和Cl-作用仅有黄色沉淀生成,说明Ksp(AgI) 与OH-结合为NH3·H2O,c(OH-)减小,平衡Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)正向移动,Mg(OH)2逐渐溶解,D正确。 8.一定温度时,Cu2+、Mn2+、Fe2+、Zn2+等四种金属离子(M2+)形成硫化物沉淀所需S2-最低浓度的对数值lgc(S2-)与lgc(M2+)的关系如图K31-2所示。 下列有关判断不正确的是( ) 图K31-2 A.该温度下,Ksp(MnS)大于1.0×10-35 B.向含Mn2+、Zn2+的稀溶液中滴加Na2S溶液,Mn2+最有可能先沉淀 C.向c(Fe2+)=0.1mol·L-1的溶液中加入CuS粉末,有FeS沉淀析出 D.该温度下,溶解度: CuS>MnS>FeS>ZnS [解析]在25℃时,MnS饱和溶液中存在沉淀溶解平衡: MnS(s) Mn2+(aq)+S2-(aq)。 Ksp(CuS)=c(Cu2+)×c(S2-)=1.0×10-35,MnS的图像在CuS的上方,则Ksp(MnS)大于1.0×10-35,A正确;依据此图可知,Ksp由小到大的顺序排列CuS、MnS、FeS、ZnS,所以向含Mn2+、Zn2+的稀溶液中滴加Na2S溶液,Mn2+最有可能先沉淀,B正确、D错误;由于硫化铜溶液中硫离子浓度是 mol/L,向c(Fe2+)=0.1mol·L-1的溶液中加入CuS粉末后c(Fe2+)×c(S2-)= ×0.1>10-20,所以有FeS沉淀析出,C正确。 9.25℃时,Fe(OH)2和Cu(OH)2的饱和溶液中,金属阳离子的物质的量浓度的负对数[-lgc(M2+)]与溶液pH的变化关系如图K31-3所示,已知该温度下,Ksp[Cu(OH)2] A.b线表示Fe(OH)2饱和溶液中的变化关系,且Ksp[Fe(OH)2]=10-15.1 B.当Fe(OH)2和Cu(OH)2沉淀共存时,溶液中: c(Fe2+)∶c(Cu2+)=1∶104.6 C.向X点对应的饱和溶液中加入少量NaOH,可转化为Y点对应的溶液 D.除去CuSO4溶液中含有的少量Fe2+,可加入适量CuO [解析]该温度下,Ksp[Cu(OH)2] c(Fe2+)∶c(Cu2+)= = = B错误;向X点对应的饱和溶液中加入少量NaOH,溶液中会生成Cu(OH)2沉淀,溶液中c(Cu2+)减小,C错误;Ksp[Cu(OH)2] 10.在自然界中,原生铜的硫化物经氧化、淋滤后变成CuSO4溶液,向地下深层渗透,遇到深层闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS),慢慢转化为铜蓝(CuS)。 已知: Ksp(PbS)=1.3×10-24,Ksp(CuS)=4×10-36,Ksp(ZnS)=1.0×10-22,溶液中离子浓度≤10-5mol·L-1时,表明已除尽。 (1)①PbS、ZnS均可以转化为铜蓝的原因是______________________________________。 写出PbS转化为CuS的离子方程式: ______________________________________。 ②下列有关ZnS和PbS的说法不正确的是________。 A.向同浓度的ZnCl2和PbCl2的混合溶液中滴加Na2S溶液,PbS先析出 B.将某工业废水中的Pb2+除去,则加入Na2S溶液后应保证c(S2-)不低于1.3×10-19mol·L-1 C.ZnS和PbS共存的悬浊液中,c(Pb2+)/c(Zn2+)=1.3×10-2 D.PbS悬浊液中加入ZnCl2浓溶液,PbS不可能转化为ZnS (2)铜蓝中除含有大量CuS外,还含有少量铁的化合物,工业上以铜蓝为原料生产CuCl2·2H2O的工艺流程如下: 铜蓝粉碎 焙烧 酸浸 调节pH 为3~4 过滤 滤液B… 已知: Fe(OH)2、Fe(OH)3、Cu(OH)2完全沉淀时的pH分别为9.0、3.2、6.7。 CuCl2与Na2SO4的溶解度曲线如图所示。 ①配平焙烧过程中发生反应的主要方程式: CuS+____NaCl+____ ____CuCl2+____Na2SO4。 ②试剂F可选用NaClO,其电子式为________________,则加入试剂F发生反应的离子方程式为______________________________________。 ③为了获得CuCl2·2H2O晶体,对滤液B进行蒸发浓缩、趁热过滤。 则“趁热过滤”得到的固体是_______________________________________________________________。 解析: (1)①一般地,化合物的组成类型相同时,溶度积较小的物质易向溶度积更小的物质转化。 ②向同浓度的ZnCl2和PbCl2的混合溶液中滴加Na2S溶液,Ksp(PbS) 但向PbS悬浊液中加入ZnCl2浓溶液时,PbS也可转化为ZnS。 (2)①硫元素化合价升高,CuS作还原剂,因此需补充氧化剂(O2)。 ②NaClO是离子化合物,电子式为Na+ ③由①中反应方程式可知溶液中有Na2SO4,结合CuCl2和Na2SO4的溶解度曲线知,趁热过滤得到的固体为Na2SO4。 答案: (1)①PbS、ZnS和CuS的组成类型相同,且Ksp(CuS)小于Ksp(PbS)和Ksp(ZnS) PbS(s)+Cu2+(aq) CuS(s)+Pb2+(aq) ②D (2)①CuS+2NaCl+2O2 CuCl2+Na2SO4 ② ClO-+2Fe2++2H+===2Fe3++Cl-+H2O ③Na2SO4 10.等体积混合0.2mol·L-1的AgNO3和NaAc溶液是否会生成AgAc沉淀? (已知AgAc的Ksp为2.3×10-3) [解析] c(Ag+)=c(Ac-)= mol·L-1=0.1mol·L-1 Qc=c(Ag+)·c(Ac-)=1.0×10-2>Ksp 故有AgAc沉淀生成。 [答案] 生成AgAc沉淀 11.取5mL0.002mol·L-1BaCl2与等体积的0.02mol·L-1Na2SO4的混合,是否有沉淀产生? 若有,计算Ba2+是否沉淀完全。 (该温度下BaSO4的Ksp=1.1×10-10) [解析] 此题中,Qc=c(Ba2+)·c(SO )=1×10-5>Ksp,故有沉淀生成。 两种溶液混合之后,SO 浓度变为9×10-3mol·L-1,根据Ksp=c(Ba2+)·c(SO ),计算得c(Ba2+)<1×10-5,故可认为Ba2+已经沉淀完全。 [答案] 有;沉淀完全 12.已知在室温时,Mg(OH)2的溶度积Ksp=4×10-12,求室温下Mg(OH)2饱和溶液中Mg2+和OH-的物质的量浓度。 [解析] 本题根据Mg(OH)2的沉淀溶液平衡常数表达式中OH-浓度和Mg2+浓度的关系,可以直接进行计算。 Mg(OH)2 Mg2++2OH- 设饱和溶液中c(Mg2+)=xmol·L-1,则c(OH-)=2xmol·L-1。 故Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·c2(OH-)=x·(2x)2=4x3=4×10-12, 则x=1×10-4, 故c(Mg2+)=1.0×10-4mol·L-1,c(OH-)=2.0×10-4mol·L-1。 [答案] c(Mg2+)=1.0×10-4mol·L-1,c(OH-)=2.0×10-4mol·L-1 13.已知: Cu(OH)2(s) Cu2+(aq)+2OH-(aq),Ksp=c(Cu2+)·c2(OH-)=2×10-20。 当溶液中各种离子的浓度幂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+)=0.02mol·L-1,如果生成Cu(OH)2沉淀,应调整溶液的pH,使之大于________。 (2)要使0.2mol·L-1CuSO4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,使溶液的pH为________。 [解析] (1)根据信息,当c(Cu2+)·c2(OH-)=2×10-20时开始出现沉淀,则c(OH-)= mol·L-1= mol·L-1=10-9mol·L-1,c(H+)=10-5mol·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0.2mol·L-1÷1000=2×10-4mol·L-1,c(OH-)= mol·L-1=10-8mol·L-1,c(H+)=10-6mol·L-1,此时溶液的pH=6。 [答案] (1)5 (2)6 14.以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO,实现铅的再生利用。 其工作流程如下: PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡: PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2(aq),其溶解度曲线如图所示。 (1)过程Ⅱ的目的是脱硫。 滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用,其目的是________(填标号)。 A.减小PbO的损失,提高产品的产率 B.重复利用NaOH,提高原料的利用率 C.增加Na2SO4浓度,提高脱硫效率 (2)过程Ⅲ的目的是提纯。 结合上述溶解度曲线,简述过程Ⅲ的操作: ________________________________________________________________________。 解析: (1)过程Ⅱ脱硫过程中发生的反应为PbSO4+2NaOH===PbO+Na2SO4+H2O,滤液1中还有剩余的NaOH,部分PbO溶解在滤液1中,所以重复使用的目的是减少PbO的损失,提高产率,重复利用NaOH,提高原料的利用率,应选A、B。 (2)根据溶解度曲线,PbO在35%的NaOH溶液中的溶解度随温度升高而增大较快,可将粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高温下的饱和溶液,然后降温结晶、过滤,得到高纯PbO。 答案: (1)A、B (2)向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液,加热至110℃,充分溶解后,趁热过滤,冷却结晶,过滤得到PbO固体 15.工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)结晶后的母液(含少量杂质Fe3+)生产重铬酸钾(K2Cr2O7)。 工艺流程及相关物质溶解度曲线如图: (1)由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为___________________________________。 通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是_________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是__________________________________。 (3)固体A主要为________(填化学式)。 固体B主要为________(填化学式)。 (4)用热水洗涤固体A,回收的洗涤液转移到母液________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)中,既能提高产率又可使能耗最低。 解析: (1)由框图中加入的物质为Na2Cr2O7和KCl可知,制备K2Cr2O7的反应物为Na2Cr2O7和KCl,结合化学反应中的元素守恒可知,另外的生成物为NaCl,故制备K2Cr2O7的化学方程式为Na2Cr2O7+2KCl===K2Cr2O7+2NaCl。 由物质的溶解度曲线可知,K2Cr2O7的溶解度受温度的影响较大,即随着温度的降低,该物质的溶解度明显减小,因此降低温度可析出K2Cr2O7。 (2)在Na2Cr2O7母液中加碱,可使杂质Fe3+生成沉淀,从而达到除去杂质的目的。 (3)由物质的溶解度曲线可知,NaCl的溶解度受温度影响不大,而K2Cr2O7的溶解度受温度的影响较大,降温时会大量析出K2Cr2O7。 由此可知固体A为NaCl,而固体B为K2Cr2O7。 (4)因析出的NaCl表面有K2Cr2O7,热水洗涤后的溶液中既含有K2Cr2O7,又含有NaCl,故需要将洗涤液转移到母液Ⅱ中,再分离NaCl与K2Cr2O7。 答案: (1)Na2Cr2O7+2KCl===K2Cr2O7+2NaCl 低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分,随温度的降低,K2Cr2O7溶解度明显减小(合理即可) (2)除去Fe3+ (3)NaCl K2Cr2O7 (4)Ⅱ 16.在自然界中,原生铜的硫化物经氧化、淋滤后变成CuSO4溶液,向地下深层渗透,遇到深层闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS),慢慢转化为铜蓝(CuS)。 已知: Ksp(PbS)=1.3×10-24,Ksp(CuS)=4×10-36,Ksp(ZnS)=1.0×10-22,溶液中离子浓度≤10-5mol·L-1时,表明已除尽。 (1)①PbS、ZnS均可以转化为铜蓝的原因是_______________________________。 写出PbS转化为CuS的离子方程式: ______________________________________。 ②下列有关ZnS和PbS的说法不正确的是________。 A.向同浓度的ZnCl2和PbCl2的混合溶液中滴加Na2S溶液,PbS先析出 B.将某工业废水中的Pb2+除去,则加入Na2S溶液后应保证c(S2-)不低于1.3×10-19mol·L-1 C.ZnS和PbS共存的悬浊液中,c(Pb2+)/c(Zn2+)=1.3×10-2 D.PbS悬浊液中加入ZnCl2浓溶液,PbS不可能转化为ZnS (2)铜蓝中除含有大量CuS外,还含有少量铁的化合物,工业上以铜蓝为原料生产CuCl2·2H2O的工艺流程如下: 铜蓝粉碎 焙烧 酸浸 调节pH 为3~4 过滤 滤液B… 已知: Fe(OH)2、Fe(OH)3、Cu(OH)2完全沉淀时的pH分别为9.0、3.2、6.7。 CuCl2与Na2SO4的溶解度曲线如图所示。 ①配平焙烧过程中发生反应的主要方程式: CuS+____NaCl+____ ____CuCl2+____Na2SO4。 ②试剂F可选用NaClO,其电子式为________________,则加入试剂F发生反应的离子方程式为______________________________________。 ③为了获得CuCl2·2H2O晶体,对滤液B进行蒸发浓缩、趁热过滤。 则“趁热过滤”得到的固体是_______________________________________________________________。 解析: (1)①一般地,化合物的组成类型相同时,溶度积较小的物质易向溶度积更小的物质转化。 ②向同浓度的ZnCl2和PbCl2的混合溶液中滴加Na2S溶液,Ksp(PbS) 但向PbS悬浊液中加入ZnCl2浓溶液时,PbS也可转化为ZnS。 (2)①硫元素化合价升高,CuS作还原剂,因此需补充氧化剂(O2)。 ②NaClO是离子化合物,电子式为 ③由①中反应方程式可知溶液中有Na2SO4,结合CuCl2和Na2SO4的溶解度曲线知,趁热过滤得到的固体为Na2SO4。 答案: (1)①PbS、ZnS和CuS的组成类型相同,且Ksp(CuS)小于Ksp(PbS)和Ksp(ZnS) PbS(s)+Cu2+(aq) CuS(s)+Pb2+(aq) ②D (2)①CuS+2NaCl+2O2 CuCl2+Na2SO4 ② ClO-+2Fe2++2H+===2Fe3++Cl-+H2O ③Na2SO4 17.毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质),实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下: (1)写出“浸取”环节发生的主要反应的离子方程式: _________
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