2021版化学名师讲练大一轮复习鲁科新高考地区专用版核心素养测评 三十二沉淀溶解平衡
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核心素养测评 三十二
沉淀溶解平衡
一、选择题(本题包括6小题,每题4分,共24分)
1.有关CaCO3的溶解平衡的说法中,不正确的是 ( )
A.CaCO3沉淀析出和沉淀溶解不断进行,但速率相等
B.CaCO3难溶于水,其饱和溶液几乎不导电,属于弱电解质溶液
C.升高温度,CaCO3沉淀的溶解度增大
D.向CaCO3沉淀中加入纯碱固体,CaCO3的溶解度降低
【解析】选B。达到平衡v沉淀溶解=v沉淀析出,A正确; CaCO3难溶于水,但溶解的部分完全电离出离子,属于强电解质溶液,B错误;一般温度越高,溶解度越大,C正确;纯碱电离出C抑制CaCO3沉淀溶解,CaCO3的溶解度降低,D正确。
2.25 ℃时,5种银盐的溶度积常数(Ksp)如表所示,下列选项正确的是 ( )
AgCl
Ag2SO4
Ag2S
AgBr
AgI
1.8×10-10
1.4×10-5
6.3×10-50
5.0×10-13
8.3×10-17
A.AgCl、AgBr和AgI的溶解度依次增大
B.将Ag2SO4溶于水后,向其中加入少量Na2S溶液,不可能得到黑色沉淀
C.室温下,AgCl在水中的溶解性小于在食盐水中的溶解性
D.将浅黄色溴化银浸泡在饱和NaCl溶液中,会有少量白色固体生成
【解析】选D。由表中数据可知,AgCl、AgBr、AgI的Ksp依次减小,因此溶解度依次减小,A项错误;Ksp(Ag2SO4)>Ksp(Ag2S),因此向Ag2SO4溶液中加入少量Na2S溶液,Ag2SO4会转化为Ag2S,产生黑色沉淀,B项错误;食盐水相对于水,c(Cl-)增大,则AgCl在食盐水中的溶解平衡逆向移动,溶解性减小,C项错误;在氯化钠的饱和溶液中,氯离子的浓度较大,溴化银固体浸泡在其中,在溴化银溶解过程中会使氯离子与银离子的离子积大于其溶度积,所以会有少量白色固体生成,D项正确。
【加固训练】
下列说法中,正确的是 ( )
A.难溶电解质在水溶液中达到沉淀溶解平衡时,沉淀和溶解即停止
B.Ksp越小,难溶电解质在水中的溶解能力一定越弱
C.Ksp的大小与离子浓度无关,只与难溶电解质的性质和温度有关
D.相同温度下,AgCl在水中的溶解能力与在NaCl溶液中的相同
【解析】选C。难溶电解质在水溶液中达到沉淀溶解平衡时,沉淀溶解平衡是动态平衡,沉淀和溶解速率相同,A错误;Ksp可用来判断相同类型的化合物在水中溶解度的大小,但是如果化合物的类型不同,就不能进行直接判断,Ksp越小的难溶电解质在水中的溶解能力不一定越弱,B错误;沉淀溶解平衡存在溶度积常数,Ksp的大小与离子浓度无关,只与难溶电解质的性质和温度有关,C正确;相同温度下,AgCl在水中的溶解能力大于在NaCl溶液中的溶解能力,因为氯化钠溶液中氯离子对氯化银溶解起到抑制作用,D错误。
3.温度25 ℃时,用Na2S沉淀Cu2+、Zn2+两种金属离子(M2+),所需S2-最低浓度的对数值lgc(S2-)与lgc(M2+)关系如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.Na2S溶液中:c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)=2c(Na+)
B.25 ℃时,Ksp(CuS)约为1×10-35
C.向100 mL浓度均为10-5 mol·L-1 Zn2+、Cu2+的混合溶液中逐滴加入10-4mol·L-1的 Na2S溶液,Cu2+先沉淀
D.向Cu2+浓度为10-5mol·L-1废水中加入ZnS粉末,会有CuS沉淀析出
【解析】选A。A、硫化钠溶液中的物料守恒为2c(S2-)+2c(HS-)+2c(H2S)=c(Na+),故A错误;B、在25 ℃时,CuS饱和溶液中存在沉淀溶解平衡:CuS(s)Cu2+(aq) +S2-(aq),Ksp(CuS)=c(Cu2+)×c(S2-)=10-25×10-10 =10-35,故B正确;C、依据题图可知,CuS的Ksp较小,故CuS最难溶,那么首先出现的沉淀是CuS,即Cu2+先沉淀,故C正确;D、由于在25 ℃下,CuS溶液的Ksp是10-35,小于ZnS溶度积,故向Cu2+浓度为10-5mol·L-1废水中加入ZnS粉末,会有CuS沉淀析出,故D正确。
【加固训练】
可溶性钡盐有毒,医院中常用硫酸钡这种钡盐作为内服造影剂。医院抢救钡离子中毒患者时,除催吐外,还需要向中毒者胃中灌入硫酸钠溶液。已知:某温度下,Ksp(BaCO3)=5.1×10-9;Ksp(BaSO4)=1.1×10-10。下列推断正确的是 ( )
A.不用碳酸钡作为内服造影剂,是因为Ksp(BaCO3)>Ksp(BaSO4)
B.抢救钡离子中毒患者时,若没有硫酸钠,可以用碳酸钠溶液代替
C.若误饮c(Ba2+)=1.0×10-5 mol·L-1的溶液时,会引起钡离子中毒
D.可以用0.36 mol·L-1的Na2SO4溶液给钡离子中毒患者洗胃
【解析】选D。胃液中为盐酸环境,难溶的碳酸盐在胃液中会溶解,故A、B错误;硫酸钡作内服造影剂,说明硫酸钡电离出的钡离子浓度是安全的,此时c(Ba2+)==1.05×10-5mol·L-1>1.0×10-5mol·L-1,故误饮c(Ba2+)=1.0×10-5mol·L-1的溶液时,不会引起钡离子中毒,故C错误;用
0.36 mol·L-1的Na2SO4溶液洗胃时,胃液中:c(Ba2+)== mol·L-1
=3.1×10-10mol·L-1<1.05×10-5mol·L-1,故D正确。
4.(2020·渭南模拟)已知lg2=0.301 0,Ksp[Mn(OH)2]=2.0×10-13 mol3·L-3。实验室制氯气的废液中含[Mn2+]=0.1 mol·L-1,向该溶液中滴加稀氢氧化钠溶液至Mn2+完全沉淀的最小pH等于 ( )
A.8.15 B.9.3 C.10.15 D.11.6
【解析】选C。Mn2+沉淀较为完全时的浓度为1×10-5 mol·L-1,已知Ksp=[Mn2+][OH-]2,[OH-]== mol·L-1=×10-4 mol·L-1,
[H+]== mol·L-1=×10-10 mol·L-1,所以pH=-lg=10+lg2≈10.15。
5.溶洞的形成与碳酸钙的溶解平衡有关。如图是碳酸钙(CaCO3)在25 ℃和100 ℃两种情况下,在水中的沉淀溶解平衡曲线。下列有关说法正确的是 ( )
A.CaCO3(s)Ca2+(aq)+C(aq) ΔH<0
B.a、b、c、d四点对应的溶度积Ksp相等
C.25 ℃时,CaCO3的Ksp=2.8×10-9
D.温度不变,挥发水分,可使溶液由a点变到c点
【解析】选C。由题干图象可知,100 ℃时碳酸钙的溶度积大于25 ℃时的溶度积,故其溶解过程吸热,即ΔH>0,A项错误;Ksp仅与温度有关,但a、d点温度不确定,B项错误;25 ℃时,用c点数据计算,
Ksp=c(Ca2+)·c(C)=2.0×10-5×1.4×10-4=2.8×10-9,C项正确;挥发水分,
c(Ca2+)、c(C)均增大,而a点到c点,c(Ca2+)不变,D项错误。
6.氢氧化钙是一种微溶于水的碱。如图是Ca(OH)2在温度分别为T1、T2时的两种沉淀溶解平衡曲线(浓度单位为mol·L-1,与曲线Ⅰ对应的Ksp=4×10-6,≈1.6)。下列说法中正确的是 ( )
A.温度:T1
9.6
颜色
黄色
绿色
蓝色
25 ℃时,在Mg(OH)2饱和溶液中滴加2滴百里酚蓝指示剂,溶液的颜色为________。
(3)向50 mL 0.018 mol·L-1的AgNO3溶液中加入50 mL 0.020 mol·L-1的盐酸,生成沉淀。已知该温度下AgCl的Ksp=1.0×10-10,忽略溶液的体积变化,请计算:
①完全沉淀后,溶液中c(Ag+)=________。
②完全沉淀后,溶液中pH=________。
③如果向完全沉淀后的溶液中继续加入50 mL 0.001 mol·L-1的盐酸,是否有白色沉淀生成?________(填“是”或“否”)。
【解析】(1)根据Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(C)=4.96×10-9,得c(Ca2+)=
mol·L-1=4.96×10-6 mol·L-1<10-5 mol·L-1,可视为沉淀完全。
(2)设Mg(OH)2饱和溶液中c(OH-)为x mol·L-1,则0.5x3=5.6×10-12,x>1×10-4,c(H+)<1×10-10 mol·L-1,pH>10,溶液为蓝色。
(3)①反应前,n(Ag+)=0.018 mol·L-1×0.05 L=0.9×10-3 mol,n(Cl-)=
0.020 mol·L-1×0.05 L=1×10-3 mol;反应后剩余的Cl-为0.1×10-3 mol,则混合溶液中,c(Cl-)=1.0×10-3 mol·L-1,c(Ag+)==1.0×10-7 mol·L-1。②H+没有参与反应,完全沉淀后,c(H+)=0.010 mol·L-1,pH=2。③因为加入的盐酸中c(Cl-)和反应后所得溶液中的c(Cl-)相同,c(Cl-)没有改变,c(Ag+)变小,所以Qc=c(Ag+)·c(Cl-)b>c
C.若将上述NaCl溶液浓度改为0.2mol·L-1,则a1点会平移至a2点
D.用AgNO3标准溶液滴定NaCl溶液时,可用K2CrO4溶液作指示剂
【解析】选B。根据pM=-lg c(Cl-)或pM=-lg c(Cr)可知,c(Cr)越小,pM越大,根据图象,向10 mL 0.1 mol·L-1 NaCl溶液和10 mL 0.1 mol·L-1 K2CrO4溶液中分别滴加0.1 mol·L-1 AgNO3溶液。当滴加10 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液时,氯化钠恰好反应,滴加20 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液时,K2CrO4恰好反应,因此a1所在曲线为氯化钠,b、c所在曲线为K2CrO4,据此分析解答。b点时恰好反应生成Ag2CrO4,-lg c(Cr)=4.0,c(Cr)= 10-4mol·L-1,则c(Ag+)=2× 10-4mol·L-1,该温度下,Ksp(Ag2CrO4)=c(Cr)×c2(Ag+)=4×10-12,故A正确;a1点恰好反应,-lg c(Cl-)=4.9,c(Cl-)=10-4.9 mol·L-1,则c(Ag+)=10-4.9 mol·L-1,b点c(Ag+)=2×10-4 mol·L-1,c点,K2CrO4过量,c(Cr)约为原来的,
则c(Cr)= 0.025 mol·L-1,则c(Ag+)==×10-5 mol·L-1,a1、b、c三点所示溶液中b点的c(Ag+)最大,故B错误;温度不变,氯化银的溶度积不变,若将上述NaCl溶液浓度改为0.2 mol·L-1,平衡时,-lg c(Cl-)=4.9,但需要的硝酸银溶液的体积变成原来的2倍,因此a1点会平移至a2点,故C正确;根据上述分析,当溶液中同时存在Cl-和Cr时,加入硝酸银溶液,Cl-先沉淀,用AgNO3标准溶液滴定NaCl溶液时,可用K2CrO4溶液作指示剂,滴定至终点时,会生成Ag2CrO4红棕色沉淀,故D正确。
二、非选择题(本题包括2小题,共32分)
4.(16分)海水矿物质中镁的含量仅次于氯和钠,居第三位。由于对镁的需求非常巨大,很多沿海国家都建有大型海水提镁工厂,有关物质的Ksp如表所示,请回答下列问题。
物质
CaCO3
MgCO3
Ca(OH)2
Mg(OH)2
Ksp
2.8×10-9
6.8×10-6
5.5×10-6
1.8×10-11
(1)能否直接把贝壳研磨成粉末撒入海水中使Mg2+转化为MgCO3沉淀?________(填“能”或“不能”),其原因是__ ________________。
(2)实际生产中是把Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀,而不是转化为MgCO3沉淀,其理由是 __________________________________________________________;
请你推测应将贝壳进行怎样的加工处理:__________。
(3)某同学在实验室条件下模拟该生产过程,在加试剂时,误将纯碱溶液加入海水中,他思考了一下,又在得到的混合体系中加入过量的烧碱溶液,你觉得他________(填“能”或“不能”)将Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀,理由是__ __。
(4)过滤出Mg(OH)2沉淀后,用试剂________(填化学式)将其溶解,选择该试剂的理由是__ __。
【解析】(1)CaCO3和MgCO3的组成中阴、阳离子个数比相同,从Ksp看,CaCO3的溶解能力比MgCO3的小,所以不能直接加贝壳粉末使Mg2+转化为MgCO3沉淀。
(2)MgCO3的溶解度比Mg(OH)2的溶解度大,所以应把Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀,即应把贝壳研磨、煅烧、加水制成石灰乳[Ca(OH)2]。
(3)由沉淀的转化知,烧碱电离产生的OH-能与MgCO3溶解产生的Mg2+生成溶解度更小的Mg(OH)2沉淀,使MgCO3的沉淀溶解平衡不断向右移动。
(4)盐酸电离的H+与Mg(OH)2溶解产生的OH-结合生成水,使Mg(OH)2的沉淀溶解平衡不断向右移动。
答案:(1)不能 MgCO3的溶度积比CaCO3的溶度积大,直接加贝壳粉末得不到MgCO3沉淀
(2)为使Mg2+沉淀完全,应将Mg2+转化为溶解度更小的Mg(OH)2 研磨、煅烧、加水制成石灰乳
(3)能 烧碱电离产生的OH-能结合MgCO3溶解产生的Mg2+生成溶解度更小的Mg(OH)2沉淀,使MgCO3的沉淀溶解平衡不断向右移动
(4)HCl 盐酸电离的H+与Mg(OH)2溶解产生的OH-结合生成水,使Mg(OH)2的沉淀溶解平衡不断向右移动
5.(16分)以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高,为控制砷的排放,采用化学沉降法处理含砷废水,相关数据如下表。
表1 几种砷酸盐的Ksp
难溶物
Ksp
Ca3(AsO4)2
6.8×10-19
AlAsO4
1.6×10-16
FeAsO4
5.7×10-21
表2 工厂污染物排放浓度及允许排放标准
污染物
H2SO4
As
浓度
28.42 g·L-1
1.6 g·L-1
排放标准
pH 6～9
0.5 mg·L-1
回答下列问题:
(1)该硫酸工厂排放的废水中硫酸的物质的量浓度c(H2SO4)=__________mol·L-1。
(2)写出难溶物Ca3(AsO4)2的Ksp表达式:
Ksp[Ca3(AsO4)2]=____________。若混合溶液中Al3+、Fe3+的浓度均为1.0×
10-4 mol·L-1,c(As)最大是________mol·L-1。
(3)工厂排放出的酸性废水中的三价砷(H3AsO3为弱酸)不易沉降,可投入MnO2先将其氧化成五价砷(H3AsO4为弱酸),写出该反应的离子方程式: __。
(4)在处理含砷废水时采用分段式,先向废水中投入生石灰调节pH到2,再投入生石灰将pH调节到8左右使五价砷以Ca3(AsO4)2的形式沉降。
①将pH调节到2时废水中有大量沉淀产生,沉淀主要成分的化学式为__________。
②Ca3(AsO4)2在pH调节到8左右才开始沉淀的原因为 _______________。
【解析】(1)H2SO4的浓度为28.42 g·L-1,转化为物质的量浓度为c==0.29 mol·L-1。
(2)Ksp的表达式为离子浓度幂的乘积。Ksp小的物质先生成沉淀,所以Fe3+先沉淀,c(As)== mol·L-1
=5.7×10-17mol·L-1。
(3)由题意,MnO2可以将酸性废水中的三价砷氧化为五价砷,故反应的离子方程式为2H++MnO2+H3AsO3H3AsO4+Mn2++H2O。
(4)①当Ca2+的浓度增大时,Ca2+与S可生成CaSO4沉淀。②酸与碱发生中和反应,c(As)增大,当Ca2+与As浓度幂的乘积达到Ca3(AsO4)2的Ksp时,开始沉淀。
答案:(1)0.29
(2)c3(Ca2+)·c2(As) 5.7×10-17
(3)2H++MnO2+H3AsO3H3AsO4+Mn2++H2O
(4)①CaSO4
②H3AsO4是弱酸,当溶液中pH调节到8左右时As浓度增大,Ca3(AsO4)2开始沉淀
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