高考化学大一轮复习 第34讲 难溶电解质的溶解平衡优选.docx
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高考化学大一轮复习第34讲难溶电解质的溶解平衡优选
第34讲 难溶电解质的溶解平衡
考纲要求
考情分析
命题趋势
1.了解难溶电解质的溶解平衡。
2.理解溶度积的含义及其表达式,能进行相关的计算。
2017,全国卷Ⅲ,13T
2017,江苏卷,12T
2016,全国卷乙,27T
2016,全国卷丙,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2019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:
3~6分
考点一 难溶电解质的溶解平衡及其应用(见学用讲义P171)
1.沉淀溶解平衡
(1)概念
在__一定温度__下,当难溶电解质溶于水形成__饱和溶液__时,__沉淀溶解__速率和__沉淀生成__速率相等的状态。
(2)溶解平衡的建立
固体溶质
溶液中的溶质
(3)表示
AgCl在水溶液中的电离方程式为__AgCl===Ag++Cl-__。
AgCl的溶解平衡方程式为__AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)__。
2.沉淀溶解平衡的影响因素
(1)内因
难溶电解质本身的__性质__。
(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__
3.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Hg2+的离子方程式为__Hg2++H2S===HgS↓+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++CO2↑+H2O__。
②盐溶解法:
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Cu(OH)2溶于NH3·H2O溶液,离子方程式为__Cu(OH)2+4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O__。
(3)沉淀的转化
①实质:
__沉淀溶解平衡__的移动。
②特征
a.一般说来,溶解度小的沉淀转化为溶解度__更小__的沉淀容易实现。
如:
AgNO3
AgCl
AgI
Ag2S。
b.沉淀的溶解度差别__越大__,越容易转化。
③应用
a.锅炉除垢:
将CaSO4转化为CaCO3,离子方程式为__CaSO4(s)+CO
(aq)===CaCO3(s)+SO
(aq)__。
b.矿物转化:
CuSO4溶液遇ZnS(闪锌矿)转化为CuS的离子方程式为__Cu2+(aq)+ZnS(s)===CuS(s)+Zn2+(aq)__。
用饱和Na2CO3处理重晶石(BaSO4)制备可溶性钡盐的离子方程式为__BaSO4+CO
===BaCO3↓+SO
__,__BaCO3+2H+===Ba2++H2O+CO2↑__。
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”。
(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
。
( × )
(4)Ksp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耗,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。
( × )
2.已知Ca(OH)2的饱和溶液中存在平衡:
Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq) ΔH<0。
下列有关该平衡体系的说法正确的是( A )
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 ④恒温下向溶液中加入CaO,溶液的pH升高 ⑤给溶液加热,溶液的pH升高 ⑥向溶液中加入Na2CO3溶液,其中固体质量增加 ⑦向溶液中加入少量NaOH固体,Ca(OH)2固体质量不变
A.①⑥ B.①⑥⑦
C.②③④⑥ D.①②⑥⑦
(1)溶度积(Ksp)反映难溶电解质在水中的溶解能力。
对同类型的电解质而言,Ksp数值越大,电解质在水中的溶解度越大;Ksp数值越小,难溶电解质的溶解度也越小。
(2)绝大多数难溶电解质的溶解度随温度的升高而增大,但Ca(OH)2却刚好相反。
沉淀法的应用
1.沉淀的方法
(1)加入沉淀剂法:
如除去NaCl中少量的Na2SO4杂质,可加入过量BaCl2沉淀剂除去SO
,再加入Na2CO3溶液除去剩余的Ba2+,过滤,在滤液中加入适量的盐酸。
(2)调节pH法:
如工业原料氯化铵中常含有杂质氯化铁,可将样品溶于水,再加入氨水,调节溶液pH,将Fe3+转化为Fe(OH)3除去。
反应为Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH
。
2.不同沉淀方法的应用
(1)直接沉淀法:
除去指定溶液中某种离子或获取该难溶电解质。
(2)分步沉淀法:
鉴别溶液中的离子或分别获得不同的难溶电解质。
(3)共沉淀法:
加入合适的沉淀剂,除去一组中某些性质相似的离子。
(4)氧化还原法:
改变某种离子的存在形式,促使其转变为溶解度更小的难溶电解质便于分离。
如除去溶液中的Fe2+时,可以将铁元素以碱的形式沉淀出来,但Fe(OH)2的溶解度比Fe(OH)3大,所以先加入氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,再用碱与Fe3+反应生成Fe(OH)3而将其除去。
[例1]有关数据如表所示:
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__Fe3+__,加碱调节至pH为__2.7__时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为__6__时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1mol·L-1)。
若上述过程不加H2O2后果是__无法将Zn2+和Fe2+分离__,原因是__Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近__。
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-),则有c(OH-)=
≈10-11.3mol·L-1,则溶液的pH=2.7。
Zn(OH)2的Ksp=c(Zn2+)·c2(OH-),则有c(OH-)=
=10-8mol·L-1,则溶液的pH=6。
Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近,不加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,很难将Zn2+和Fe2+分开。
[例1]下列实验中,对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是( )
选项
实验
现象
结论
A
将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液
有气体生成,溶液呈血红色
稀硝酸将Fe
氧化为Fe3+
B
将铜粉加入1.0mol·L-1Fe2(SO4)3溶液中
溶液变蓝,有黑色固体出现
金属铁比铜活泼
C
用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热
熔化后的液态铝滴落下来
金属铝的熔点较低
D
将0.1mol·L-1MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生,再滴加0.1mol·L-1CuSO4溶液
先有白色沉淀生成,后变为浅蓝色沉淀
Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小
[答题送检]来自阅卷名师报告
错误
致错原因
扣分
A
思维定势,没有注意Fe粉过量导致没有Fe3+产生
-6
C
铝箔在酒精灯上加热,铝与氧气反应生成Al2O3,Al2O3熔点高,不会熔化
-6
[解析]将稀硝酸加入过量铁粉中得到硝酸亚铁溶液,同时得到NO气体和水,因此向反应后的溶液中滴加KSCN溶液,溶液不会呈血红色,A项错误;将铜粉加入硫酸铁溶液中发生氧化还原反应,生成硫酸铜和硫酸亚铁,因此可看到溶液变蓝色,但不会出现黑色固体,B项错误;用坩埚钳夹住铝箔在酒精灯上加热,铝表面生成一层致密且熔点高的氧化铝薄膜,因此现象为铝熔化但不滴落,C项错误;将MgSO4溶液滴入NaOH溶液中至不再有沉淀产生时,NaOH全部转化为Mg(OH)2,然后滴入CuSO4溶液后白色Mg(OH)2沉淀转化为蓝色的Cu(OH)2沉淀,说明Mg(OH)2、Cu(OH)2二者的Ksp相比,前者大,D项正确。
[答案]D
1.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( B )
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
解析由题干信息知,AgNO3溶液和NaCl溶液恰好反应:
AgNO3+NaCl===AgCl↓+NaNO3,沉淀c为AgCl(白色),滤液b为NaNO3溶液,AgCl虽然为难溶性物质,但在水中仍有少量溶解,故滤液b中仍有极少量的Ag+,当加入KI溶液时,Ag++I-===AgI↓,生成了溶解度更小的AgI沉淀。
故可判定B项错误,其他选项正确。
沉淀洗涤是否干净的标准
取少许最后一次洗涤滤液,滴入少量××××××溶液(试剂),若××××××(现象),表示已经洗涤干净。
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”。
(1)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。
( √ )
(2)0.1molAgCl和0.1molAgI混合后加入1L水中,所得溶液中c(Cl-)=c(I-)。
( × )
(3)(2016·天津卷)在同浓度的盐酸中,ZnS可溶而CuS不溶,说明CuS的溶解度比ZnS的小。
( √ )
(4)(2016·江苏卷)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)<Ksp(CaSO4)。
( × )
2.(2016·海南卷)向含有MgCO3固体的溶液中滴加少许稀盐酸(忽略体积变化),下列数值变小的是( A )
A.c(CO
) B.c(Mg2+)
C.c(H+) D.Ksp(MgCO3)
解析含MgCO3固体的溶液中存在溶解平衡:
MgCO3Mg2+(aq)+CO
(aq),加入少量稀盐酸,H+可与CO
反应,促使溶解平衡正向移动,故溶液中c(CO
)减小,c(Mg2+)及c(H+)增大,Ksp(MgCO3)只与温度有关,不变。
考点二 溶度积常数及其应用(见学用讲义P173)
1.溶度积和浓度商
以AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)为例:
溶度积
浓度商
概念
沉淀溶解的平衡常数
溶液中有关离子浓度幂的乘积
符号
Ksp
Q
表达式
Ksp(AmBn)=[c(An+)]m·[c(Bm-)]n,式中的浓度都是平衡浓度
Q(AmBn)=__[c(An+)]m·[c(Bm-)]n__,式中的浓度是任意浓度
应用
判断在一定条件下沉淀能否生成或溶解:
①Q__>__Ksp:
溶液过饱和,有沉淀析出。
②Q__=__Ksp:
溶液饱和,处于平衡状态。
③Q__<__Ksp:
溶液未饱和,无沉淀析出
2.Ksp的影响因素
(1)内因:
难溶物质本身的性质是主要决定因素。
(2)外因
①浓度:
加水稀释,平衡向__溶解__方向移动,但Ksp__不变__。
②温度:
绝大多数难溶盐的溶解是__吸热__过程,升高温度,平衡向__溶解__方向移动,Ksp__增大__。
③其他:
向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶物质或更难电离物质或气体的离子时,平衡向__溶解__方向移动,但Ksp不变。
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”。
(1)Ksp(AB2)小于Ksp(CD),则AB2的溶解度小于CD的溶解度。
( × )
(2)不可能使要除去的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1.0×10-5mol·L-1时,沉淀已经完全。
( √ )
(3)在一定条件下,溶解度较小的沉淀也可以转化成溶解度较大的沉淀。
( √ )
(4)常温下,向BaCO3饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小。
( × )
(5)溶度积常数Ksp只受温度影响,温度升高,Ksp增大。
( × )
2.关于沉淀溶解平衡和溶度积常数,下列说法不正确的是( B )
A.Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,而与溶液中的离子浓度无关
B.将饱和Na2SO4溶液加入到饱和石灰水中,有白色沉淀产生,说明Ksp[Ca(OH)2]大于Ksp(CaSO4)
C.已知25℃时Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,则该温度下反应Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数K=4.0×104
D.已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,在MgCl2溶液中加入氨水调混合液的pH=11,产生沉淀,则此时溶液中的c(Mg2+)=1.8×10-5mol·L-1
一 关于Ksp计算的四种类型
1.已知溶度积求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp=a的饱和AgCl溶液中c(Ag+)=
mol·L-1。
2.已知溶度积、溶液中某离子的浓度,求溶液中的另一种离子的浓度,如某温度下AgCl的Ksp=a,在0.1mol·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10amol·L-1。
3.计算反应的平衡常数,如对于反应Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq),Ksp(MnS)=c(Mn2+)·c(S2-),Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),而平衡常数K=
=
。
4.开始沉淀和沉淀完全时的pH的求解,对于M(OH)n(s)Mn+(aq)+nOH-(aq)判断开始沉淀与沉淀完全时的pH。
(1)开始沉淀时的pH求法:
c(OH-)=
,c(H+)=
,从而确定pH。
(2)沉淀完全时的pH求法:
当该离子的浓度小于1.0×10-5mol·L-1时,认为已经沉淀完全,c(OH-)=
mol·L-1,结合Kw求出c(H+),从而确定pH。
[例1]已知:
Ksp[Al(OH)3]=1×10-33,Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39,pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀。
室温下,除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其浓度均小于1×10-6mol·L-1),需调节溶液pH范围为__5.0解析由Al(OH)3和Fe(OH)3的Ksp知,使Al3+完全沉淀时,Fe3+肯定已完全沉淀。
Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)·c3(OH-),c3(OH-)=
=10-27,c(OH-)=10-9mol·L-1,pH=5.0,为了不使Mn2+沉淀,所以pH要小于7.1。
二 沉淀溶解平衡图像题的解题策略
沉淀溶解平衡图像更为复杂,也是学习中的难点和易错点,现将破解方法解析如下。
第一步:
观察纵、横坐标表示的何种变量。
第二步:
观察坐标中点、线段的变化及含义。
第三步:
利用Ksp进行相应换算、推断,根据沉淀溶解平衡原理分析曲线变化。
需注意以下几点:
1.溶解平衡曲线类似于溶解度曲线,曲线上任一点都表示饱和溶液,曲线上方的任一点均表示过饱和,此时有沉淀析出,曲线下方的任一点均表示不饱和。
如下图,AgCl沉淀溶解平衡曲线。
2.从图像中找到数据,根据Ksp公式计算得出Ksp的值。
3.比较溶液的Q与Ksp的大小,然后判断溶液中有无沉淀析出。
4.涉及Q的计算时,所代入的离子浓度一定是混合溶液中的离子浓度,因此计算离子浓度时,所代入的溶液体积也必须是混合溶液的体积。
[例2](2017·全国卷Ⅲ)在湿法炼锌的电解循环溶液中,较高浓度的Cl-会腐蚀阳极板而增大电解能耗。
可向溶液中同时加入Cu和CuSO4,生成CuCl沉淀从而除去Cl-。
根据溶液中平衡时相关离子浓度的关系图,下列说法错误的是( C )
A.Ksp(CuCl)的数量级为10-7
B.除Cl-反应为Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl
C.加入Cu越多,Cu+浓度越高,除Cl-效果越好
D.2Cu+===Cu2++Cu平衡常数很大,反应趋于完全
解析A项,Ksp(CuCl)=c(Cu+)·c(Cl-),当横坐标为1时,纵坐标1g
大于-6而小于-5,即c(Cl-)=10-1mol/L时,10-6mol·L-1,由图中数据可知,K较大,反应趋于完全,正确。
三 四大平衡常数的比较
化学平衡常数(K)
电离常数(Ka、Kb)
水的离子积常数(Kw)
难溶电解质的溶度积常数(Ksp)
概念
在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数
在一定条件下达到电离平衡时,弱电解质电离形成的各种离子的浓度的乘积与溶液中未电离的分子的浓度之比是一个常数,这个常数称为电离常数
一定温度下,水或稀的水溶液中c(OH-)与c(H+)的乘积
在一定温度下,在难溶电解质的饱和溶液中,各离子浓度幂之积为一常数
表达式
对于一般的可逆反应:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),
在一定温度下达到平衡时:
K=
(1)对于一元弱酸HA:
HAH++A-,电离常数Ka=
(2)对于一元弱碱BOH:
BOHB++OH-,电离常数Kb=
Kw=c(OH-)·c(H+)
MmAn的饱和溶液:
Ksp=
cm(Mn+)·cn(Am-)
影响因素
只与温度有关
只与温度有关,升高温度,K值增大
只与温度有关,升高温度,Kw增大
只与难溶电解质的性质和温度有关
[例3](2016·全国卷丙)下列有关电解质溶液的说法正确的是( D )
A.向0.1mol·L-1CH3COOH溶液中加入少量水,溶液中
减小
B.将CH3COONa溶液从20℃升温至30℃,溶液中
增大
C.向盐酸中加入氨水至中性,溶液中
>1
D.向AgCl、AgBr的饱和溶液中加入少量AgNO3,溶液中
不变
解析CH3COOH溶液中存在电离平衡:
CH3COOHCH3COO-+H+,
=
,加水平衡正向移动,Ka不变,而c(CH3COO-)减小,则
增大,A项错误;CH3COONa溶液中存在水解平衡:
CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-,水解反应属于吸热反应,升高温度,水解平衡常数增大,即
增大,则
减小,B项错误;根据电荷守恒:
c(NH
)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),溶液呈中性,则c(H+)=c(OH-),c(NH
)=c(Cl-),所以c(NH
)与c(Cl-)的比值为1,C项错误;向AgCl、AgBr的饱和溶液中加入AgNO3后Ag+浓度不变,由于Ksp不变,故c(Cl-)与c(Br-)的比值也不变,D项正确。
[例1]溴酸银(AgBrO3)溶解度随温度变化曲线如图所示,下列说法错误的是( )
A.溴酸银的溶解是放热过程
B.温度升高时溴酸银溶解速度加快
C.60℃时溴酸银的Ksp约等于6×10-4
D.若硝酸钾中含有少量溴酸银,可用重结晶方法提纯
[答题送检]来自阅卷名师报告
错误
致错原因
扣分
D
从图像中应该可以发现,温度从20℃上升到90℃,AgBrO3的溶解度由0.15g增大到1.3g,说明温度升高时,AgBrO3溶解度变化不大。
类比KNO3和NaCl的提纯方法,KNO3与AgBrO3也可考虑应用相同方法
-6
[解析]A项,由图中可知温度越高,溴酸银在水中的溶解度越大,所以溶解过程是吸热反应,错误;B项,由曲线变化知20~40℃时,溴酸银的溶解度增大约0.1g,40~60℃时,溴酸银的溶解度增大0.3g,60~80℃时,溴酸银的溶解度增大约0.4g,所以温度越高,溴酸银在水中溶解度增大的幅度越大,正确;C项,60℃时,溴酸银的溶解度约为0.6g,设此温度下形成的100gAgBrO3饱和溶液的体积约为100mL,则c(AgBrO3)=
=2.5×10-2mol/L,Ksp(AgBrO3)=c(Ag+)·c(BrO
)=(2.5×10-2)2≈6×10-4,正确;D项,KNO3在水中的溶解度大,AgBrO3在水中的溶解度不大,可用重结晶的方法提纯,正确。
[答案]A
1.已知Ksp(AgCl)=1.56×10-10,Ksp(AgBr)=7.7×10-13,Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12。
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( C )
A.Cl-、Br-、CrO
B.CrO
、Br-、Cl-
C.Br-、Cl-、CrO
D.Br-、CrO
、Cl-
解析同类型难溶物的Ksp越小越容易沉淀,故Br-比Cl-先沉淀。
已知Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO
),CrO
沉淀所需的c(Ag+)最大,CrO
最后沉淀。
故三种离子沉淀的先后顺序为Br-、Cl-、CrO
,C项正确。
1.(2017·海南卷节选)向含有BaSO4固体的溶液中滴加Na2CO3溶液,当有BaCO3沉淀生成时溶液中
=__23.6__。
[已知:
Ksp(BaCO3)