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文档介绍
2018届高考一轮复习人教版水溶液中的离子平衡难溶电解质的溶解平衡学案(2)
第四讲 难溶电解质的溶解平衡 [2017高考导航] 考纲要求 真题统计 命题趋势 1.了解难溶电解质的溶解平衡。 2．了解溶度积的含义及其表达式，能进行相关的计算。 2015，卷Ⅰ 10T(D)、28T(2)； 2015，卷Ⅱ 26T(4)； 2014，卷Ⅰ 11T、13T(A)； 2014，卷Ⅱ 28T(5)； 2013，卷Ⅰ 11T； 2013，卷Ⅱ 10T(D)、13T 高考在本部分的考查点主要有沉淀溶解平衡的建立和移动，溶度积的应用及其影响因素，沉淀反应在生产、科研、环保中的应用等，题型有选择题和非选择题。预计2017年高考将主要考查溶度积以及沉淀的生成、溶解和转化，分值将会有所增加。复习备考时，注意化学平衡的思想在沉淀反应中的应用等。 考点一 沉淀溶解平衡及其应用[学生用书P194] 一、沉淀溶解平衡 1．沉淀溶解平衡的概念 在一定温度下，当难溶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．沉淀溶解平衡的建立 固体溶质溶液中的溶质 3．沉淀溶解平衡的特点 二、沉淀溶解平衡的影响因素 1．难溶电解质本身的性质是内因，是决定因素。电解质在水中的溶解类型分类： 20 ℃时，电解质在水中的溶解度与溶解性存在如下关系： 2．其他影响因素 (1)浓度(Ksp不变) ①加水稀释，平衡向溶解的方向移动； ②向平衡体系中加入难溶物相应的离子，平衡逆向移动； ③向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶或更难电离或气体的离子时，平衡向溶解的方向移动。 (2)温度：绝大多数难溶电解质的溶解是吸热过程，升高温度，平衡向溶解的方向移动，Ksp增大。 三、沉淀溶解平衡的应用 1．沉淀的生成 (1)调节pH法 如除去CuCl2溶液中的杂质FeCl3，可以向溶液中加入CuO，调节溶液的pH，使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀而除去。离子方程式为Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋、CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O。 (2)沉淀剂法 如用H2S沉淀Cu2＋，离子方程式为H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。 2．沉淀的溶解 (1)酸溶解法 如CaCO3溶于盐酸，离子方程式为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑。 (2)盐溶液溶解法 如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液，离子方程式为Mg(OH)2＋2NH===Mg2＋＋2NH3·H2O。 (3)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。 如MgCl2溶液Mg(OH)2Fe(OH)3，则Ksp[Mg(OH)2]>Ksp[Fe(OH)3]。 (2)规律：一般说来，溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现，沉淀的溶解度差别越大，越容易转化。 (3)应用 锅炉除垢：将CaSO4转化为CaCO3，离子方程式为CaSO4＋CO===CaCO3＋SO。 矿物转化：CuSO4溶液遇ZnS转化为CuS，离子方程式为ZnS＋Cu2＋===CuS＋Zn2＋。 1．(教材改编)下列有关沉淀溶解平衡的说法中，正确的是( ) A．Ksp(AB2)小于Ksp(CD)，说明AB2的溶解度小于CD的溶解度 B．在氯化银的沉淀溶解平衡体系中加入蒸馏水，氯化银的Ksp增大 C．在碳酸钙的沉淀溶解平衡体系中加入稀盐酸，沉淀溶解平衡不移动 D．向氯化银沉淀溶解平衡体系中加入碘化钾固体，氯化银沉淀可转化为碘化银沉淀 解析：选D。不同类型的物质不能根据Ksp比较其溶解度相对大小，A错；温度不变Ksp为一常数，B错；碳酸钙沉淀溶解平衡体系中加入稀盐酸促进了碳酸钙的溶解，C错。 2．(2016·无锡联考)要使工业废水中的Pb2＋沉淀，可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂，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，沉淀剂最好选用( ) A．硫化物 B．硫酸盐 C．碳酸盐 D．以上沉淀剂均可 解析：选A。沉淀工业废水中的Pb2＋时，生成沉淀的反应进行得越完全越好，由于PbS的溶解度最小，故最好选硫化物作为沉淀剂。 名师点拨 (1)难溶电解质不一定是弱电解质，如BaSO4、AgCl等都是强电解质。 (2)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 mol·L－1时，沉淀已经完全。 把Ca(OH)2放入蒸馏水中，一段时间后达到平衡：Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)。下列说法正确的是( ) A．恒温下向溶液中加入CaO，溶液的pH升高 B．给溶液加热，溶液的c(OH－)增大 C．向溶液中加入Na2CO3溶液，其中固体质量增加 D．向溶液中加入少量NaOH固体，Ca(OH)2固体质量不变 [解析] 恒温下Ksp不变，加入CaO后，溶液仍为Ca(OH)2的饱和溶液，pH不变，A错误；加热，Ca(OH)2的溶解度减小，溶液的c(OH－)减小，B错误；加入Na2CO3溶液，沉淀溶解平衡向右移动，Ca(OH)2固体转化为 CaCO3 固体，固体质量增加，C正确；加入NaOH固体，溶液中c(OH－)增大，平衡向左移动，Ca(OH)2固体质量增加，D错误。 [答案] C 已知Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq) ΔH<0，判断对该平衡体系的下列说法是否正确。 (1)升高温度，平衡逆向移动。( ) (2)向溶液中加入少量碳酸钠粉末能增大钙离子浓度。( ) (3)除去氯化钠溶液中混有的少量钙离子，可以向溶液中加入适量的NaOH溶液。( ) 答案：(1)√ (2)× (3)× (1)绝大多数固体的溶解度随温度的升高而增大，但有少数物质的溶解度随着温度的升高而减小，如Ca(OH)2。 (2)沉淀溶解平衡是化学平衡的一种，沉淀溶解平衡的移动也同样遵循勒夏特列原理。 (3)复分解反应总是向着某些离子浓度减小的方向进行，若生成难溶电解质，则向着生成溶度积较小的难溶电解质的方向进行。 题组一 沉淀溶解平衡及其影响因素 1．(教材改编)下列说法正确的是( ) ①难溶电解质达到沉淀溶解平衡时，溶液中各种离子的溶解(或沉淀)速率都相等 ②难溶电解质达到沉淀溶解平衡时，增加难溶电解质的量，平衡向溶解方向移动 ③向Na2SO4溶液中加入过量的BaCl2溶液，则SO沉淀完全，溶液中只含Ba2＋、Na＋和Cl－，不含SO ④Ksp小的物质其溶解能力一定比Ksp大的物质的溶解能力小 ⑤为减少洗涤过程中固体的损失，最好选用稀H2SO4代替H2O来洗涤BaSO4沉淀 ⑥洗涤沉淀时，洗涤次数越多越好 A．①②③ B．①②③④⑤⑥ C．⑤ D．①⑤⑥ 答案：C 2．下列说法错误的是( ) A．(2015·高考全国卷Ⅰ，10－D)将0.1 mol·L－1 MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生，再滴加0.1 mol·L－1 CuSO4溶液，先有白色沉淀生成，后变为浅蓝色沉淀，则Cu(OH)2的溶度积比 Mg(OH)2 的小 B．(2014·高考安徽卷)根据“溶解度小的沉淀易向溶解度更小的沉淀转化”推出结论“ZnS沉淀中滴加CuSO4溶液可以得到CuS沉淀” C．(2014·高考重庆卷)Ca(HCO3)2 溶液与过量NaOH溶液反应可得到Ca(OH)2 D．(2014·高考重庆卷) 25 °C时Cu(OH)2在水中的溶解度大于其在Cu(NO3)2溶液中的溶解度 解析：选C。A.向MgSO4溶液中加入NaOH溶液发生反应：MgSO4＋2NaOH===Na2SO4＋Mg(OH)2↓，有白色沉淀产生，再滴加CuSO4溶液，白色沉淀转化为浅蓝色沉淀，发生反应为CuSO4＋Mg(OH)2===Cu(OH)2＋MgSO4，因为 Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的溶度积小，发生了沉淀的转化，A正确；B.根据溶解平衡可知，溶解度小的沉淀易向溶解度更小的沉淀转化，硫化铜比硫化锌更难溶，因此ZnS沉淀中滴加CuSO4溶液可以得到CuS沉淀，B正确；C.碳酸氢钙溶液与过量的氢氧化钠溶液反应生成碳酸钙沉淀、碳酸钠和水，反应的离子方程式为Ca2＋＋2HCO＋2OH－===CO＋2H2O＋CaCO3↓，得不到氢氧化钙，C错误；D.氢氧化铜在溶液中存在溶解平衡Cu(OH)2(s)Cu2＋(aq)＋2OH－(aq)，硝酸铜溶液中铜离子浓度大，抑制氢氧化铜的溶解，因此Cu(OH)2在水中的溶解度大于其在硝酸铜溶液中的溶解度，D正确。 题组二 沉淀溶解平衡在工农业生产中的应用 3．已知25 ℃时，FeS、CuS的溶度积常数分别为 6.3×10－18、6.3×10－36。下列说法正确的是( ) A．向H2S的饱和溶液中通入少量SO2气体，溶液的酸性增强 B．将足量的CuSO4溶解在0.1 mol·L－1的H2S溶液中，溶液中Cu2＋的最大浓度为6.3×10－35 mol·L－1 C．因为H2SO4是强酸，所以反应：CuSO4＋H2S===CuS↓＋H2SO4不能发生 D．除去工业废水中的Cu2＋可以选用FeS作沉淀剂 解析：选D。向H2S的饱和溶液中通入少量SO2气体，发生反应2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O，溶液酸性减弱，A项错误；B项忽视了H2S为弱酸，在溶液中不能完全电离出S2－，错误；因为CuS难溶于水，也难溶于硫酸，故可发生反应CuSO4＋H2S===CuS↓＋H2SO4，C项错误；向含Cu2＋的工业废水中加入FeS时，FeS电离出的S2－与Cu2＋结合生成沉淀，导致FeS的溶解平衡右移，可有效地除去废水中的Cu2＋，D项正确。 4．(1)金属氢氧化物在酸中溶解度不同，因此可以利用这一性质，控制溶液的pH，达到分离金属离子的目的。难溶金属氢氧化物在不同pH下的溶解度S(mol·L－1)如图。 ①pH＝3时溶液中铜元素的主要存在形式是________________________________________________________________________。 ②若要除去CuCl2溶液中少量的Fe3＋，应该控制溶液的pH______________。 A．<1 B．在4左右 C．>6 (2)已知常温下一些难溶物的溶度积常数如表： 物质 FeS MnS CuS PbS HgS ZnS Ksp 6.3×10－18 2.5×10－13 1.3×10－36 3.1×10－28 6.1×10－53 1.6×10－21 某工业废水中含有Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋，最适宜向此工业废水中加入过量的________除去它们。 A．NaOH B．FeS C．Na2S 解析：(1)①由题图可以看出pH＝3时，不产生Cu(OH)2沉淀，铜元素主要是以Cu2＋的形式存在。 ②由题图可知pH<1时，Fe3＋不产生沉淀；pH在2.5～4.5之间，Fe3＋沉淀完全而Cu2＋不产生沉淀；pH>6时Cu2＋沉淀完全，故应控制pH在4左右。 (2)根据几种硫化物的溶度积可知CuS、PbS、HgS的溶解度比FeS小得多；加入FeS可将Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋转化为硫化物沉淀，而过量的FeS不溶解，所以FeS为最佳试剂，而NaOH、Na2S过量时都会存在于废水中。 答案：(1)①Cu2＋ ②B (2)B (1)一定温度下，沉淀溶解平衡曲线上的任意一点都代表指定温度下的饱和溶液，由对应的离子浓度可求Ksp。 (2)并非Ksp越小，其物质的溶解度就越小。对于阴、阳离子的个数比相同的难溶电解质，它们的溶解能力可以直接用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，它们的溶解能力就不能直接用Ksp的大小来比较。 考点二 溶度积常数及其应用[学生用书P196] 1．表达式 对于溶解平衡MmAn(s)mMn＋(aq)＋nAm－(aq)，Ksp＝cm(Mn＋)·cn(Am－)。 2．意义 溶度积(Ksp)反映了物质在水中的溶解能力。 3．影响因素 溶度积常数只与难溶电解质的性质和温度有关，而与沉淀的量和溶液中离子的浓度无关。 4．溶度积规则 某难溶电解质的溶液中任一情况下有关离子浓度的乘积Qc(离子积)与Ksp的关系： 1．下列有关Ksp的叙述中正确的是( ) ①Ksp大的电解质，其溶解度一定大 ②Ksp只与电解质的本性有关，而与外界条件无关 ③Ksp表示难溶电解质在水中达到沉淀溶解平衡时，溶液中离子浓度计量数次幂之积 ④Ksp的大小与难溶电解质的性质和温度有关 A．①③ B．②④ C．③④ D．①② 解析：选C。对于不同类型的难溶电解质，Ksp大的，其溶解度不一定大；Ksp的大小与难溶电解质的性质以及温度有关。 2．已知：25 ℃时，Ksp[Mg(OH)2]＝5.61×10－12，Ksp(MgF2)＝7.42×10－11。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c(Mg2＋)大 B．25 ℃时，在Mg(OH)2的悬浊液中加入少量的NH4Cl固体，c(Mg2＋)增大 C．25 ℃时，Mg(OH)2固体在20 mL 0.01 mol·L－1氨水中的Ksp比在20 mL 0.01 mol·L－1 NH4Cl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 解析：选B。A项，Mg(OH)2与MgF2同属于AB2型沉淀，可根据Ksp的大小比较离子浓度，Ksp[Mg(OH)2]比Ksp(MgF2)小，说明饱和Mg(OH)2溶液中的c(Mg2＋)更小；B项，因Mg(OH)2＋2NH===Mg2＋＋2NH3·H2O，而使 c(Mg2＋) 增大；C项，Ksp不随浓度的改变而改变；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也可能转化为MgF2。 名师点拨 (1)对于溶解平衡：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。 (2)与化学平衡常数一样，Ksp与温度有关。不过温度改变不大时，Ksp变化也不大，常温下的计算可不考虑温度的影响。 (2016·河南中原名校摸底)①已知t ℃时AgCl的Ksp＝2×10－10；②在t ℃时，Ag2CrO4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．在t ℃时，Ag2CrO4的Ksp为1×10－8 B．在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4可使溶液由Y点变成X点 C．在t ℃时，以0.01 mol·L－1 AgNO3溶液滴定20 mL 0.01 mol·L－1KCl和0.01 mol·L－1 K2CrO4的混合溶液(溶液体积不变)，CrO先沉淀 D．在t ℃时，反应Ag2CrO4(s)＋2Cl－(aq)2AgCl(s)＋CrO(aq)的平衡常数K＝2.5×108 [解析] 在t ℃时，Ag2CrO4(s)2Ag＋(aq)＋CrO(aq)的Ksp＝(10－3)2×10－5＝10－11，A错误；在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4，即增大了c(CrO)，可使溶液由Y点变成Z点，B 错误；沉淀0.01 mol·L－1 Cl－需Ag＋2×10－8 mol·L－1，沉淀0.01 mol·L－1 CrO需Ag＋ 10－4.5 mol·L－1，因此Cl－先沉淀，C错误；K＝＝＝＝2.5×108，D正确。 [答案] D 某温度时AgCl的Ksp＝1.80×10－10，将0.002 mol·L－1的NaCl和0.002 mol·L－1的AgNO3溶液等体积混合，是否有AgCl沉淀生成？写出推断过程。 答案：Qc＝c(Cl－)·c(Ag＋)＝0.001×0.001＝10－6>Ksp，有沉淀生成。 溶度积图像是沉淀溶解平衡理论的难点，溶度积图像突破方法： 第一步，识图像。认识图像横坐标、纵坐标表示什么，如表示离子浓度、pM等；曲线上的点表示达到平衡状态，曲线上方的点代表“过饱和溶液”，曲线下方的点代表“不饱和溶液”。 第二步，想原理。涉及的原理主要有溶度积表达式书写、影响沉淀溶解平衡的因素以及溶度积常数的影响因素。如浓度不会改变溶度积，溶度积只与温度有关，多数情况下，温度越高，溶度积越大。 第三步，找联系。即将图像与溶度积原理联系起来，分析题目设置的问题，如求离子浓度、判断沉淀溶解平衡状态等。 题组一 关于Ksp的概念考查 1．(教材改编)下列有关溶度积常数Ksp的说法正确的是( ) A．常温下，向BaCO3饱和溶液中加入Na2CO3固体，BaCO3的Ksp减小 B．溶度积常数Ksp只受温度影响，温度升高Ksp减小 C．溶度积常数Ksp只受温度影响，温度升高Ksp增大 D．常温下，向Mg(OH)2饱和溶液中加入NaOH固体，Mg(OH)2的Ksp不变 解析：选D。温度不变，溶度积常数不变，故A项不正确；大多数物质的Ksp随温度升高而增大，但也有少数物质(如氢氧化钙)相反，故B、C均不正确。 2．[2015·高考全国卷Ⅰ，28－(1)(2)]碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题： (1)大量的碘富集在海藻中，用水浸取后浓缩，再向浓缩液中加MnO2和H2SO4，即可得到I2。该反应的还原产物为________。 (2)上述浓缩液中主要含有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。 解析：(1)浓缩液中碘元素以I－的形式存在，I－具有还原性，可将MnO2还原为Mn2＋。 (2)当AgCl开始沉淀时，溶液中＝＝＝≈4.7×10－7。 答案：(1)MnSO4(或Mn2＋) (2)4.7×10－7 题组二 有关Ksp的计算及图像题 3．[2015·高考全国卷Ⅱ，26－(4)]酸性锌锰干电池是一种一次性电池，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： 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：Fe与稀H2SO4反应生成FeSO4，再被H2O2 氧化转化为Fe2(SO4)3。Fe(OH)3的Ksp＝c(Fe3＋)·c3 (OH－)，则Fe3＋恰好沉淀完全时，c(OH－)＝ ≈10－11.3mol·L－1，则溶液的pH＝2.7。Zn(OH)2的Ksp＝c(Zn2＋)·c2(OH－)，则Zn2＋开始沉淀时，c (OH－)＝ ＝10－8 mol·L－1，溶液的pH＝6。Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近，不加入H2O2将Fe2＋转化为Fe3＋，很难将Zn2＋和Fe2＋分开。 答案：Fe3＋ 2.7 6 Zn2＋和Fe2＋分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近 4．(2016·中学生化学报选粹)几种金属硫化物的溶度积如图所示： 已知pM＝－lg c(M2＋)，pS＝－lg c(S2－)。 下列说法正确的是( ) A．相同温度下，溶解度：S(HgS)>S(CuS)>S(FeS) B．硫化铜难溶于稀硫酸，而硫化汞易溶于稀硫酸 C．a点对应的硫化铜悬浊液中溶度积常数为Ksp(CuS)＝1×10－36 D．MS溶解的条件是c(M2＋)·c(S2－)>Ksp(MS) 解析：选C。审题关键：(1)从图像看，pM越大，c(M2＋)越小；pS越大，c(S2－)越小。(2)HgS、CuS、FeS的沉淀类型相同，都是AB型。(3)溶度积越大，溶解度越大。(4)曲线上每一点都代表“对应物质的饱和溶液”，即达到沉淀溶解平衡状态。A项，硫化汞溶度积最小，硫化亚铁溶度积最大，它们组成类型相同，溶度积越大，溶解度越大，所以，硫化汞溶解度最小，硫化亚铁溶解度最大，错误；B项，根据c(M2＋)·c(S2－)与Ksp(MS)的关系知，如果硫化铜难溶于稀硫酸，则硫化汞更难溶于稀硫酸，错误；C项，曲线上每个点对应的金属硫化物都处在沉淀溶解平衡状态，pCu＋pS＝－[lg c(Cu2＋)＋lg c(S2－)]，Ksp(CuS)＝10－(pCu＋pS)，正确；D项，硫化物溶解的条件是c(M2＋)·c(S2－)查看更多