2018届一轮复习人教版难溶电解质的溶解平衡学案(1)
第31讲 难溶电解质的溶解平衡
考纲要求
1.了解难溶电解质的溶解平衡及影响因素。
2.了解沉淀溶解平衡的应用。
3.了解溶度积的含义及其表达式,能进行相关的计算。
考点一 沉淀溶解平衡及其应用
1.物质的溶解度
(1)定义
在一定温度下,某固体物质在100 g溶剂中形成饱和溶液时,溶解的溶质质量为该物质在该温度下的溶解度,用S表示。
(2)在20 ℃时,物质的溶解度与溶解性的关系
(3)固体物质的溶解度的变化规律
绝大多数固体物质的溶解度随温度的升高而增大,如Na2SO4;少数固体物质的溶解度随温度的改变变化不大,如NaCl;个别固体物质随温度的升高溶解度减小,如Ca(OH)2。
2.沉淀的溶解平衡
(1)概念
在一定温度下,当难溶强电解质溶于水形成饱和溶液时,溶解速率和生成沉淀速率相等的状态。
(2)建立
(3)特征
3.影响沉淀溶解平衡的因素
(1)内因:难溶电解质本身的性质,这是决定因素。
(2)外因:[以AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq) ΔH>0为例]。
外界条件
移动方向
平衡后c(Ag+)
平衡后c(Cl-)
Ksp
升高温度
正向
增大
增大
增大
加水稀释
正向
不变
不变
不变
加入少量AgNO3
逆向
增大
减小
不变
通入HCl
逆向
减小
增大
不变
通入H2S
正向
减小
增大
不变
4.沉淀溶解平衡的应用
(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:Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH。
②沉淀剂法
如用H2S沉淀Cu2+,离子方程式为:Cu2++H2S===CuS↓+2H+。
(2)沉淀的溶解
①酸溶解法:用离子方程式表示难溶于水的CaCO3可溶于盐酸CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O。
②盐溶液溶解法:用离子方程表示Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液Mg(OH)2+2NH===Mg2++2NH3·H2O。
③氧化还原溶解法
如:不溶于盐酸的硫化物Ag2S溶于稀HNO3。
④配位溶解法
如:AgCl溶于氨水,离子方程式为AgCl+2NH3·H2O===Ag(NH3)+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大,越容易转化)。
②应用
a.锅炉除垢
将CaSO4转化为CaCO3,离子方程式为:CaSO4+CO===CaCO3+SO。
b.矿物转化
CuSO4溶液遇ZnS转化为CuS,离子方程式为:ZnS+Cu2+===CuS+Zn2+。
1.(RJ选修4·P67,4改编)将AgCl与AgBr的饱和溶液等体积混合,
再加入足量浓AgNO3溶液,发生的反应为( )
A.只有AgBr沉淀生成
B.AgCl和AgBr沉淀等量生成
C.AgCl和AgBr沉淀都有,但以AgCl沉淀为主
D.AgCl和AgBr沉淀都有,但以AgBr沉淀为主
答案: C
2.(LK选修4·P97,1改编)将AgCl分别加入盛有:①5 mL水;②6 mL 0.5 mol·L-1NaCl溶液;③10 mL 0.2 mol·L-1 CaCl2溶液;④50 mL 0.1 mol·L-1盐酸的烧杯中,均有固体剩余,各溶液中c(Ag+)从大到小的顺序排列正确的是( )
A.④③②① B.②③④①
C.①④③② D.①③②④
答案: C
3.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)沉淀达到溶解平衡状态,溶液中各离子浓度一定相等( )
(2)升高温度,沉淀溶解平衡一定正向移动( )
(3)某物质的溶解性为难溶,则该物质不溶于水( )
(4)因溶解度小的沉淀易向溶解度更小的沉淀转化,故ZnS沉淀中滴加CuSO4溶液可以得到CuS沉淀( )
(5)室温下,AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度( )
(6)AgCl沉淀易转化为AgI沉淀且K(AgX)=c(Ag+)·c(X-),故K(AgI)
Ksp:溶液过饱和,有沉淀析出
②Qc=Ksp:溶液饱和,处于平衡状态
③Qc1.80×10-10,所以有沉淀生成。
考向一 溶度积的应用
1.在25 ℃时,FeS的Ksp=6.3×10-18,CuS的Ksp=1.3×10-36,ZnS的Ksp=1.3×10-24。下列有关说法中正确的是( )
A.25 ℃时,CuS的溶解度大于ZnS的溶解度
B.25 ℃时,饱和CuS溶液中Cu2+的浓度为1.3×10-36 mol·L-1
C.向物质的量浓度相同的FeCl2、ZnCl2的混合液中加入少量Na2S,只有FeS沉淀生成
D.除去某溶液中的Cu2+,可以选用FeS作沉淀剂
答案: D
2.[2015·新课标全国卷Ⅱ,26(4)]有关数据如下表所示:
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-17
10-17
10-39
用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2SO4和H2O2溶解,铁变为__________,加碱调节至pH为__________时,
铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为__________时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1 mol·L-1)。若上述过程不加H2O2后果是________,原因是______________。
解析: 在H2O2存在下,铁被氧化为Fe3+;根据表格数据,Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=10-39,则c(OH-)= ×10-11 mol·L-1,c(H+)=2×10-3mol·L-1,pH=2.7;Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)·c2(OH-)=10-17,则c(OH-)=10-8 mol·L-1,所以控制 pH为6时,Zn2+开始沉淀,如果不加H2O2,Fe2+不能被氧化,根据Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相同,在pH=6时,两者将同时沉淀,则无法除去Zn2+中的Fe2+。
答案: Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近
考向二 溶度积的相关计算
3.(2016·福建龙海质检)已知:难溶电解质Cu(OH)2在常温下的Ksp=2×10-20,则常温下:
(1)某CuSO4溶液里c(Cu2+)=0.02 mol·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 mol·L-1 CuSO4溶液中的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-)===10-9 mol·L-1,c(H+)=10-5 mol·L-1,pH=5,所以要生成Cu(OH)2沉淀,应调整pH使之大于5。
(2)要使Cu2+浓度降至=2×10-4 mol·L-1,c(OH-)==10-8 mol·L-1,c(H+)=10-6 mol·L-1,此时溶液的pH=6。
答案: (1)5 (2)6
考向三 沉淀溶解平衡曲线
4.(2016·江西景德镇质检)某温度时,BaSO4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.通过加水稀释可以使溶液由b点变到a点
B.加入适量BaCl2(固体)可以使溶液由d点变到c点
C.d点无BaSO4沉淀生成
D.a点对应的Ksp等于c点对应的Ksp
解析: A项,加水稀释时钡离子和硫酸根离子的浓度均降低,所以不能使溶液由b点变到a点,错误;B项,d点在曲线下方,属于不饱和溶液,加入适量BaCl2(固体)可增大钡离子浓度,使溶液由d点变到c点,正确;C项,d点在曲线下方,属于不饱和溶液,因此d点无BaSO4沉淀生成,正确;D项,溶度积常数只与温度有关,则a点对应的Ksp等于c点对应的Ksp,正确。
答案: A
5.(2016·湖北七市联考)常温下,取一定量的PbI2固体配成饱和溶液,T时刻改变某一条件,离子的浓度变化如图所示[注:第一次平衡时c(I-)=2×10-3 mol·L-1,c(Pb2+)=1×10-3 mol·L-1]。下列有关说法正确的是( )
A.常温下,Ksp(PbI2)=2×10-6
B.温度不变,向PbI2饱和溶液中加入少量硝酸铅浓溶液,PbI2的溶解度不变,c(Pb2+)不变
C.T时刻改变的条件是升高温度,PbI2的Ksp增大
D.常温下Ksp(PbS)=8×10-28,向PbI2的悬浊液中加入Na2S溶液,反应PbI2(s)+S2-(aq) PbS(s)+2I-(aq)的化学平衡常数为5×1018
解析: A项,PbI2(s) Pb2+(aq)+2I-(aq),Ksp(PbI2)=c(Pb2+)·c2(I-)=1×10-3×4×10-6=4×10-9,错误;B项,PbI2(s) Pb2+(aq)+2I-(aq),加入硝酸铅浓溶液,反应向逆反应方向进行,PbI2的溶解度不变,c(Pb2+)增大,错误;C项,T时刻升高温度,根据图象知c(I-)降低,说明反应向逆反应方向进行,PbI2的溶解度降低,错误;D项,K=====5×1018,正确。
答案: D
6.(2016·江苏连云港赣榆期末)在T ℃时,铬酸银(Ag2CrO4)在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.T ℃时,在Y点和Z点,Ag2CrO4的Ksp相等
B.在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4,不能使溶液由Y点变为X点
C.T ℃时,Ag2CrO4的Ksp为1×10-8
D.图中a=×10-4
解析: Ksp只与温度有关,故温度不变,Y、Z两点的Ksp相等,A项正确;在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4,所得溶液仍为饱和Ag2CrO4溶液,点仍在曲线上,B项正确;T ℃时Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO)=(1×10-3)2×1×10-5=1×10-11,C项错误;a点的值为 =×10-4,D项正确。
答案: C
[2015·全国卷Ⅱ]酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:
溶解度/(g/100 g水)
温度/℃
化合物
0
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-17
10-17
10-39
[高考还可以这样考]
(1)Fe(OH)3沉淀溶解平衡常数(Ksp)的表达式为
________________________________________________________________________。
(2)Fe(OH)3________溶于稀硫酸(填“能”或“否”),试用沉淀溶解平衡理论解释:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)①常温下,若使FeCl3溶液中的Fe3+沉淀完全,
需加入NaOH溶液调整溶液的pH为__________。(离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,即可认为该离子沉淀完全)
②常温下若使0.1 mol·L-1的ZnCl2溶液中的Zn2+开始沉淀,应加入NaOH溶液调整溶液的pH为
________________________________________________________________________。
(4)向等物质的量浓度的Zn2+、Fe3+的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先产生的沉淀是
________________________________________________________________________。
(5)若在ZnCl2溶液中混有少量的Fe2+,应如何除去?
________________________________________________________________________。
答案: (1)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)
(2)能 在沉淀溶解平衡Fe(OH)3(s) Fe3+(aq)+3OH-(aq)中加入稀H2SO4时,H+与OH-发生中和反应,上述平衡右移,故Fe(OH)3可溶于稀硫酸
(3)①Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=1×10-5×c3(OH-)=1×10-39,c(OH-)=≈10-11.3,则溶液pH=2.7
②Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)·c2(OH-)=0.1×c2(OH-)=1×10-17,c(OH-)=1×10-8,pH=6
(4)Fe(OH)3
(5)先向混合溶液中加入适量稀盐酸和H2O2溶液,再加入ZnO或Zn(OH)2或ZnCO3,调节ZnCl2溶液的pH
[课堂随笔]
课时训练 难溶电解质的溶解平衡
1.下列化学原理的应用,主要用沉淀溶解平衡原理来解释的是( )
①热纯碱溶液洗涤油污的能力强 ②误将钡盐[BaCl2、Ba(NO3)2]当作食盐混用后,常用0.5%的Na2SO4溶液解毒 ③溶洞、珊瑚的形成 ④碳酸钡不能作“钡餐”而硫酸钡则能 ⑤泡沫灭火器灭火的原理
A.②③④ B.①②③
C.③④⑤ D.①②③④⑤
答案: A
2.在100 mL 0.01 mol·L-1的KCl溶液中,加入1 mL 0.01 mol·L-1的AgNO3溶液,下列说法正确的是(已知AgCl的Ksp=1.8×10-10)( )
A.有AgCl沉淀析出 B.无AgCl沉淀析出
C.无法确定 D.有沉淀但不是AgCl
解析: Qc=c(Cl-)·c(Ag+)=0.01 mol·L-1×× mol·L-1≈10-6>1.8×10-10=Ksp,故有AgCl沉淀生成。
答案: A
3.25 ℃时,PbCl2固体在不同浓度的盐酸中的溶解度如图所示。在制备PbCl2的实验中,洗涤PbCl2固体最好选用( )
A.蒸馏水 B.1.00 mol·L-1盐酸
C.5.00 mol·L-1盐酸 D.10.00 mol·L-1盐酸
解析: 观察题图知,PbCl2固体在浓度为1.00 mol·L-1的盐酸中,溶解度最小。
答案: B
4.某温度时,AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.加入AgNO3,可以使溶液由c点变到d点
B.加入固体NaCl,则AgCl的溶解度减小,Ksp也减小
C.d点有AgCl沉淀生成
D.c点对应的Ksp小于a点对应的Ksp
解析: A项,当加入AgNO3时,溶液中的c(Ag+)增大,而c(Cl-)减小,即溶液不能由c点变到d点,错;B项,加入固体NaCl,则AgCl的溶解度减小,但Ksp不变,错;C项,d点时的c(Ag+)·c(Cl-)>Ksp,有沉淀生成,正确;D项,曲线上的点对应的是溶解平衡时的离子浓度关系,而当温度一定时,Ksp不变,即c点对应的Ksp与a点对应的Ksp相等,错。
答案: C
5.(创新题)已知25 ℃时一些难溶物质的溶度积常数如下:
化学式
Zn(OH)2
ZnS
AgCl
Ag2S
MgCO3
Mg(OH)2
溶度积
5×10-17
2.5×10-22
1.8×10-10
6.3×10-50
6.8×10-6
1.8×10-11
根据上表数据,判断下列化学方程式不正确的是( )
A.2AgCl+Na2S===2NaCl+Ag2S
B.MgCO3+H2OMg(OH)2+CO2↑
C.ZnS+2H2O===Zn(OH)2↓+H2S↑
D.Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O
解析: 根据溶度积常数可知,溶解度:ZnSKsp(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,平衡向正方向移动,c(Mn2+)变大,C对;该反应的平衡常数K===,D对。
答案: B
8.
某温度下,Fe(OH)3(s)、Cu(OH)2(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后,改变溶液的pH,金属阳离子浓度的变化如图所示。据图分析,下列判断错误的是( )
A.Ksp[Fe(OH)3]c(Ag+),错误;C项,两者共存的溶液中,存在:Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=1.56×10-10,Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO)=9.0×10-12,故==,错误;D项,Ag2CrO4溶解度大于AgCl,难溶物质有向更难溶物质转化的趋势,故Ag
2CrO4能转化为AgCl,错误。
答案: A
11.(2016·河北冀州统考)某同学为了探究沉淀的溶解平衡原理并测定某温度下PbI2的溶度积常数,设计了如下实验:
Ⅰ.取100 mL蒸馏水,加入过量的PbI2固体(黄色),搅拌、静置,过滤到洁净的烧杯中,得到滤液a;
Ⅱ.取少量滤液a于试管中,向其中加入几滴0.1 mol/L的KI溶液,观察现象;
Ⅲ.另准确量取10.00 mL滤液,与离子交换树脂(RH)发生反应:2RH+Pb2+===R2Pb+2H+,交换完成后,流出液用中和滴定法测得n(H+)=3.000×10-5 mol。分析过程,下列说法错误的是 ( )
A.步骤Ⅰ中搅拌的目的是使碘化铅充分溶解
B.步骤Ⅱ中观察到的现象是产生黄色沉淀
C.此实验温度下,PbI2的溶度积常数Ksp=1.350×10-8
D.若步骤Ⅰ盛装滤液的烧杯中有少量的水,Ksp的测定结果不受影响
解析: 溶解过程中,搅拌可使固体充分溶解,故A正确;滤液是碘化铅的饱和溶液,加入几滴0.1 mol·L-1的KI溶液,增加了碘离子浓度,生成碘化铅沉淀,所以观察到的现象是产生黄色沉淀,故B正确;根据2RH+Pb2+===R2Pb+2H+,n(Pb2+)=n(H+)=×3.000×10-5 mol=1.500×10-5 mol,c(Pb2+)==1.500×10-3 mol·L-1,c(I-)=2c(Pb2+)=1.500×10-3 mol·L-1×2=3.000×10-3 mol·L-1,Ksp(PbI2)=1.500×10-3×(3.000×10-3)2=1.350×10-8,故C正确;若步骤Ⅰ盛装滤液的烧杯中有少量的水,则滤液被稀释,导致10.00 mL滤液中Pb2+量减小,Ksp的测定结果将偏小,故D错误。
答案: D
12.(2016·江西红色六校联考)下表是25 ℃时某些盐的溶度积常数和弱酸的电离平衡常数,下列说法正确的是( )
化学式
AgCl
Ag2CrO4
CH3COOH
HClO
H2CO3
Ksp或Ka
Ksp=
1.8×10-10
Ksp=
2.0×10-12
Ka=
1.8×10-5
Ka=3.0×10-8
Ka1=4.1×10-7
Ka2=5.6×10-11
A.相同浓度CH3COONa和NaClO的混合液中,各离子浓度的大小关系是c(Na+)>c(ClO-)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
B.向0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中滴加NaOH溶液至c(CH3COOH)∶c(CH3COO-)=5∶9,此时溶液pH=5
C.碳酸钠溶液中滴加少量氯水的离子方程式为CO+Cl2+H2O===HCO+Cl-+HClO
D.向浓度均为1×10-3 mol·L-1的KCl和K2CrO4混合液中滴加1×10-3 mol·L-1的AgNO3溶液,CrO先形成沉淀
解析: A项,根据表中醋酸和次氯酸的电离平衡常数得出酸性强弱关系为CH3COOH>HClO,根据盐类水解规律:组成盐的酸根对应的酸越弱,该盐的水解程度越大,故相同浓度CH3COONa和NaClO的混合液中,各离子浓度的大小关系是c(Na+)>c(CH3COO-)>c(ClO-)>c(OH-)>c(H+),错误;B项,向0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中滴加NaOH溶液至c(CH3COOH)∶c(CH3COO-)=5∶9,根据电离平衡常数知,Ka==1.8×10-5,c(H+)==10-5 mol·L-1,则pH=5,正确;C项,酸性:HCl>H2CO3>HClO>HCO,碳酸钠溶液中滴加少量氯水的离子方程式为2CO+Cl2+H2O===2HCO+Cl-+ClO-,错误;D项,根据AgCl和Ag2CrO4的Ksp判断,向浓度均为1×10-3 mol·L-1的KCl和K2CrO4混合液中滴加AgNO3溶液,Cl-沉淀所需的Ag+浓度为= mol·L-1=1.8×10-7 mol·L-1,CrO沉淀所需的Ag+浓度为= mol·L-1=4.47×10-5 mol·L-1,Cl-先形成沉淀,错误。
答案: B
13.沉淀的生成、溶解和转化在无机物制备和提纯以及科研等领域有广泛应用。已知25 ℃时,Ksp(BaSO4)=1×10-10,Ksp(BaCO3)=1×10-9。
(1)将浓度均为0.1 mol·L-1的BaCl2溶液与Na2SO4溶液等体积混合,充分搅拌后过滤,滤液中c(Ba2+)=____________mol·L-1。
(2)医学上进行消化系统的X射线透视时,常使用BaSO4作内服造影剂。胃酸酸性很强(pH约为1),但服用大量BaSO4仍然是安全的,BaSO4不溶于酸的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(用溶解平衡原理解释)。万一误服了少量BaCO3,应尽快用大量0.5 mol·L-1的Na2SO4溶液给患者洗胃,如果忽略洗胃过程中Na2SO4溶液浓度的变化,残留在胃液中的Ba2+浓度仅为__________mol·L-1。
(3)长期使用的锅炉需要定期除水垢,否则会降低燃料的利用率。水垢中含有的CaSO4,可先用Na2CO3溶液处理,使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3,而后用酸除去。
①CaSO4转化为CaCO3的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②请分析CaSO4转化为CaCO3的原理
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________________________________________________________________________。
答案: (1)1×10-5
(2)对于溶解平衡BaSO4(s) Ba2+(aq)+SO(aq),H+不能减少Ba2+或SO的浓度,平衡不能向溶解方向移动 2×10-10
(3)①CaSO4(s)+CO(aq)===CaCO3(s)+SO(aq)
②CaSO4存在沉淀溶解平衡,加入Na2CO3溶液后,CO与Ca2+结合生成更难溶的CaCO3沉淀,Ca2+浓度减小,使CaSO4的沉淀溶解平衡向溶解方向移动