高考化学鲁科一轮总复习检测第章 物质在水溶液中的行为 第节 沉淀溶解平衡 含答案.docx
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高考化学鲁科一轮总复习检测第章物质在水溶液中的行为第节沉淀溶解平衡含答案
第4节 沉淀溶解平衡
考纲定位
考情播报
1.了解难溶电解质的沉淀溶解平衡及沉淀转化的本质。
2.理解溶度积(Ksp)的含义,能进行相关的计算。
3.了解溶液的含义,了解溶解度、饱和溶液的概念。
4.了解溶解度曲线。
2016·全国乙卷T27(9)/全国丙卷T13(D)、T27(4)
2015·全国卷ⅠT10(D)、T28
(2)/全国卷ⅡT12、T26(4)
2014·全国卷ⅠT11、T13(A)/全国卷ⅡT28
2013·全国卷ⅠT11/全国卷ⅡT10(D)、T13、T27
(1)
考点1|沉淀溶解平衡及应用
[基础知识自查]
1.沉淀溶解平衡
(1)含义:
在一定温度下的水溶液中,当沉淀溶解和生成速率相等时,即建立了溶解平衡。
(2)沉淀溶解平衡的建立
固体溶质
溶液中的溶质
(3)沉淀溶解平衡的四大特征
等—动—定—变。
(4)沉淀溶解平衡的影响因素
2.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4左右,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
如CaCO3溶于盐酸,离子方程式为CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O。
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)沉淀的转化
①实质:
沉淀溶解平衡的移动。
②规律:
一般说来,溶解度小的沉淀容易转化成溶解度更小的沉淀。
沉淀的溶解度差别越大,越容易转化。
但溶解度小的沉淀在一定条件下也可以转化为溶解度大的沉淀。
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PbS转化为CuS,离子方程式为
Cu2+(aq)+PbS(s)===CuS(s)+Pb2+(aq)。
[应用体验]
1.以AgCl为例:
AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq) ΔH>0。
外界条件
移动方向
[Ag+]
Ksp
①升高温度
________
________
________
②加入少量的
AgNO3
________
________
________
③加入Na2S
________
________
________
④通入HCl
________
________
________
[提示] ①正向 增大 增大 ②逆向 增大 不变 ③正向 减小 不变 ④逆向 减小 不变
2.从沉淀溶解平衡的角度解释Mg(OH)2溶于醋酸铵溶液的原理。
[提示] Mg(OH)2在水中存在Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)平衡,加入醋酸铵,NH
与OH-结合为弱碱NH3·H2O,导致[OH-]减小,上述平衡向右移动,使Mg(OH)2逐渐溶解。
[考点多维探究]
角度1 沉淀溶解平衡及其影响因素
1.CaCO3是一种难溶性盐,下列有关CaCO3的溶解平衡的说法中,不正确的是( )
【导学号:
99682281】
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,其饱和溶液不导电,CaCO3是弱电解质
C.升高温度,CaCO3的溶解度增大
D.向CaCO3饱和溶液中加入纯碱固体,CaCO3的溶解度降低
B [虽然CaCO3难溶于水,其饱和溶液导电性较弱,但溶于水的部分能完全电离,CaCO3是强电解质。
]
2.(2017·江西景德镇调研)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( )
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.②③④⑥D.①②⑥⑦
A [向溶液中加Na2CO3,与Ca2+反应生成沉淀CaCO3,[Ca2+]减小,②错;③引入OH-,③错;恒温下,Ca(OH)2饱和溶液的浓度不变,pH不变,④错;加热,平衡左移,[OH-]减小,pH减小,⑤错;加NaOH,平衡左移,Ca(OH)2的质量增大,⑦错。
]
3.将AgCl分别加入盛有:
①5mL水;②6mL0.5mol·L-1NaCl溶液;③10mL0.2mol·L-1CaCl2溶液;
④50mL0.1mol·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________(填序号)。
[解析] 根据沉淀溶解平衡:
AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)知,溶液中[Cl-]越大,越利于平衡逆向移动,[Ag+]越小。
[Cl-]:
②>③>④>①,故[Ag+]:
②<③<④<①。
[答案] ①>④>③>②
(1)沉淀达到溶解平衡时,加水,沉淀溶解平衡右移,但沉淀剩余时,离子浓度不变。
(2)沉淀溶解达到平衡时,再加入该难溶物对平衡无影响。
(3)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1×10-5mol·L-1时,沉淀已经完全。
角度2 沉淀溶解平衡的应用
4.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
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,故选硫化物作为沉淀剂。
]
5.水是人类生存和发展的宝贵资源,而水质的污染问题却越来越严重。
目前,世界各国已高度重视这个问题,并积极采取措施进行治理。
(1)工业废水中常含有不同类型的污染物,可采用不同的方法处理。
以下处理措施和方法都正确的是________(填字母,下同)。
选项
污染物
处理措施
方法类别
A
废酸
加生石灰中和
物理法
B
Cu2+等重金属离子
加硫化物沉降
化学法
C
含纯碱的废水
加石灰水反应
化学法
(2)下图是某市污水处理的工艺流程示意图:
①下列物质中不可以作为混凝剂(沉降剂)使用的是________。
A.四羟基合铝酸钠 B.氧化铝
C.碱式氯化铝D.氯化铁
②混凝剂除去悬浮物质的过程是________。
A.物理变化
B.化学变化
C.既有物理变化又有化学变化
[答案]
(1)BC
(2)①B ②C
考点2|溶解度(S)与溶度积(Ksp)
[基础知识自查]
1.溶解度及其影响因素
(1)固体的溶解度(S)
在一定温度下,某固体物质在100_g溶剂(通常是水)里达到饱和状态时所溶解的质量,叫做这种物质在该溶剂里的溶解度,其单位为g。
固体物质溶解度(饱和溶液)S=
×100g。
影响溶解度大小的因素
①内因:
物质本身的性质(由结构决定)。
②外因
a.溶剂的影响(如NaCl易溶于水不易溶于汽油)。
b.温度的影响:
升温,大多数固体物质的溶解度增大,少数物质却相反,如Ca(OH)2;温度对NaCl的溶解度影响不大。
(2)气体的溶解度
通常指该气体(其压强为101kPa)在一定温度时溶解于1体积水里达到饱和状态时气体的体积,常记为1∶x。
如NH3、HCl、SO2、CO2等气体常温时的溶解度分别为1∶700、1∶500、1∶40、1∶1。
气体溶解度的大小与温度和压强有关,温度越高,溶解度越小;压强越大,溶解度越大。
(3)利用溶解度受温度影响不同除杂的方法
①溶解度受温度影响较小的物质(如NaCl)采取蒸发结晶的方法。
如NaCl溶液中含有KNO3,应采取蒸发结晶,趁热过滤的方法。
②溶解度受温度影响较大的物质(或带有结晶水)采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
如KNO3溶液中含有NaCl,应采取加热浓缩、冷却结晶、过滤的方法。
2.溶度积(Ksp)及其应用
(1)溶度积和浓度商
以AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)为例:
溶度积
浓度商
符号
Ksp
Q
表达式
Ksp(AmBn)=[An+]m[Bm-]n,式中的浓度都是平衡时浓度
Q(AmBn)=cm(An+)·cn(Bm-),式中的浓度是任意时刻的浓度
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)影响Ksp的因素
①内因:
难溶物质本身的性质,这是主要决定因素。
②外因
Ksp只与温度有关,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(选填“增大”“减小”或“不变”)。
[应用体验]
1.25℃时,AgCl在0.1mol/L的NaCl溶液中溶解度和在0.1mol/L的CaCl2溶液中溶解度谁大?
为什么?
[提示] 在0.1mol/L的NaCl溶液大,因为c(Cl-)小,对AgCl的溶解抑制程度小。
2.25℃时,AgCl的Ksp=1.80×10-10mol2·L-2,将0.002mol·L-1的NaCl和0.002mol·L-1的AgNO3溶液等体积混合,是否有AgCl沉淀生成?
写出分析过程。
[提示] Q=
mol·L-1×
mol·L-1=1×10-6mol2·L-2>Ksp,有沉淀生成。
[考点多维探究]
角度1 有关Ksp和S的计算和应用
1.已知Ksp(AgCl)=1.56×10-10mol2·L-2,Ksp(AgBr)=7.7×10-13mol2·L-2,Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12mol3·L-3。
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( )
A.Cl-、Br-、CrO
B.CrO
、Br-、Cl-
C.Br-、Cl-、CrO
D.Br-、CrO
、Cl-
C [利用沉淀溶解平衡原理,当Q>Ksp时,有沉淀析出。
溶液中Cl-、Br-、CrO
的浓度均为0.010mol·L-1,向该溶液中逐滴加入0.010mol·L-1的AgNO3溶液时,溶解度小的先满足Q>Ksp,有沉淀析出。
比较Ksp,AgBr、AgCl同类型,溶解度:
AgBr比较AgCl、Ag2CrO4的溶解度:
从数量级看,AgCl中[Ag+]=
=
,Ag2CrO4中,Ag2CrO4(s)2Ag++CrO
,设[CrO
]=x,则Ksp(Ag2CrO4)=[Ag+]2·[CrO
]=(2x)2·x=4x3,则x=
=
。
故Ag2CrO4中[Ag+]=2x=2
>
,故推知三种阴离子产生沉淀的先后顺序为Br-、Cl-、CrO
。
]
2.
(1)(2016·全国乙卷节选)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂,以AgNO3标准溶液滴定溶液中Cl-,利用Ag+与CrO
生成砖红色沉淀,指示到达滴定终点。
当溶液中Cl-恰好完全沉淀(浓度等于1.0×10-5mol·L-1)时,溶液中[Ag+]为________mol·L-1,此时溶液中[CrO
]等于________mol·L-1。
(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0×10-12mol3·L-3和2.0×10-10mol2·L-2)
(2)(2015·全国卷Ⅰ节选)大量的碘富集在海藻中,用水浸取后浓缩,该浓缩液中主要含有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)=1.8×10-10mol2·L-2,Ksp(AgI)=8.5×10-17mol2·L-2。
[解析]
(1)由AgCl的Ksp=[Ag+][Cl-],当溶液中Cl-恰好完全沉淀(浓度等于1.0×10-5mol·L-1)时,溶液中[Ag+]=
mol·L-1=2.0×10-5mol·L-1;由Ag2CrO4的Ksp=[Ag+]2[CrO
],此时溶液中[CrO
]=
mol·L-1=5.0×10-3mol·L-1。
(2)当AgCl开始沉淀时,溶液中
=
=
=
≈4.7×10-7。
[答案]
(1)2.0×10-5 5.0×10-3
(2)4.7×10-7
3.向50mL0.018mol·L-1的AgNO3溶液中加入50mL0.020mol·L-1的盐酸,生成沉淀。
已知该温度下AgCl的Ksp=1.0×10-10mol2·L-2,忽略溶液混合后体积的变化,请计算:
【导学号:
99682282】
(1)完全沉淀后,溶液中[Ag+]=________。
(2)完全沉淀后,溶液的pH=________。
(3)如果向完全沉淀后的溶液中继续加入50mL0.001mol·L-1的盐酸,是否有白色沉淀生成?
________(填“是”或“否”)。
(4)该温度下,AgCl饱和溶液的密度为1g/cm3,则该温度下,AgCl在水中的溶解度约为________g。
[解析]
(1)反应前,n(Ag+)=0.018mol·L-1×0.05L=0.9×10-3mol,n(Cl-)=0.020mol·L-1×0.05L=1×10-3mol;反应后剩余的Cl-为0.1×10-3mol,则混合溶液中,[Cl-]=1.0×10-3mol·L-1,[Ag+]=
=1.0×10-7mol·L-1。
(2)H+没有参与反应,沉淀完全后,[H+]=0.010mol·L-1,pH=2。
(3)因为加入的盐酸中[Cl-]和反应后所得溶液中的[Cl-]相同,[Cl-]没有改变,[Ag+]变小,所以Q=c(Ag+)·c(Cl-)(4)[AgCl]=[Ag+]=10-5mol/L,S≈
×100g=1.435×10-4g。
[答案]
(1)1.0×10-7mol/L
(2)2 (3)否 (4)1.435×10-4
(1)比较溶液的Q与Ksp的大小,判断溶液中有无沉淀析出。
(2)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。
角度2 与溶解度、溶度积有关的溶解平衡图像分析
4.(2014·全国卷Ⅰ)溴酸银(AgBrO3)溶解度随温度变化曲线如下图所示。
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6×10-4mol2·L-2
D.若硝酸钾中含有少量溴酸银,可用重结晶方法提纯
A [A.由题图可知,随着温度升高,溴酸银的溶解度逐渐增大,因此AgBrO3的溶解是吸热过程。
B.温度越高物质的溶解速率越快。
C.由溶解度曲线可知,60℃时AgBrO3的溶解度约为0.6g,则其物质的量浓度约为0.025mol·L-1,AgBrO3的Ksp=[Ag+][BrO
]≈0.025mol·L-1×0.025mol·L-1≈6×10-4mol2·L-2。
D.若KNO3中含有少量AgBrO3,可通过蒸发浓缩得到KNO3的饱和溶液,再冷却结晶获得KNO3晶体,而AgBrO3留在母液中。
]
5.(2017·北京模拟)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
B [因为NaCl的溶解度受温度的影响不大,所以将NaCl溶液蒸干可得NaCl固体,故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的溶解度随温度升高而增大且受温度影响变化较大,NaCl的溶解度随温度升高而减小且受温度影响较小,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。
]
6.T℃时,AgCl在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。
在该温度下,下列说法中不正确的是( )
A.a点和b点对应的Ksp(AgCl)相等
B.Ksp(AgCl)=2×10-10mol2·L-2
C.可采取蒸发溶剂的方法使溶液从c点变到b点
D.已知Ksp(AgI)=8.5×10-17mol2·L-2,向含KI和KCl的溶液中滴加AgNO3溶液,当AgCl开始沉淀时,溶液中
=4.25×10-7
C [难溶电解质的Ksp只与温度有关,温度一定时,沉淀溶解平衡曲线上任意一点的Ksp均相等,A项不符合题意;由图可知,当[Ag+]=1×10-5mol·L-1时,[Cl-]=2×10-5mol·L-1,Ksp(AgCl)=(1×10-5×2×10-5)mol2·L-2=2×10-10mol2·L-2,B项不符合题意;蒸发溶剂时,[Ag+]和[Cl-]同时增大,而图中c点到b点是[Ag+]增大,[Cl-]不变,C项符合题意;向含KI和KCl的溶液中滴加AgNO3溶液,先产生AgI沉淀,当AgCl开始沉淀时,溶液中存在2个沉淀溶解平衡:
AgIAg++I-,AgClAg++Cl-,故
=
=
=
=4.25×10-7,D项不符合题意。
]
7.一定温度下,三种碳酸盐MCO3(M:
Mg2+、Ca2+、Mn2+)的沉淀溶解平衡曲线如图所示。
已知:
pM=-lg[M],p(CO
)=-lg[CO
]。
下列说法正确的是( )
A.MgCO3、CaCO3、MnCO3的Ksp依次增大
B.a点可表示MnCO3的饱和溶液,且[Mn2+]=[CO
]
C.b点可表示CaCO3的饱和溶液,且[Ca2+]<[CO
]
D.c点可表示MgCO3的不饱和溶液,且c(Mg2+)>c(CO
)
B [结合沉淀溶解平衡曲线及溶度积常数进行分析。
碳酸盐MCO3的溶度积可表示为Ksp(MCO3)=[M2+][CO
],由图像可知,MgCO3、CaCO3、MnCO3的pM为一定值时,其p(CO
)逐渐增大,由溶度积表达式可知三种物质的Ksp逐渐减小,A错。
a点在MnCO3的沉淀溶解平衡曲线上,为其饱和溶液,结合MnCO3图中曲线可知,[CO
]=[Mn2+],B对。
b点在CaCO3的沉淀溶解平衡曲线上,为其饱和溶液,结合CaCO3图中曲线可知,[CO
]<[Ca2+],C错。
c点在MgCO3的沉淀溶解平衡曲线的上方,为其不饱和溶液,溶液中c(CO
)>c(Mg2+),D错。
]
沉淀溶解平衡图像题的分析
(1)沉淀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,均表示不饱和溶液。
(2)从图像中找到数据,根据Ksp公式计算得出Ksp的值。
[课堂小结·反馈达标1+1] 全新理念 探究高考 明确考向
1.一组判断,展示高考易误点
(1)(2016·全国丙卷)向AgCl、AgBr的饱和溶液中加入少量AgNO3,溶液中
不变。
( )
(2)(2015·全国卷Ⅱ)粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯。
( )
(3)(2014·全国卷Ⅰ)将Na2S与稀H2SO4反应生成的气体通入AgNO3与AgCl的溶液中,根据现象可得出Ksp(AgCl)>Ksp(Ag2S)。
( )
(4)(2013·全国卷Ⅱ)向FeCl3溶液中加入Mg(OH)2反应的方程式为3Mg(OH)2+2Fe3+===2Fe(OH)3+3Mg2+。
( )
(5)0.1molAgCl和0.1molAgI混合后加入1L水中,所得溶液中[Cl-]=[I-]。
( )
(6)已知Ksp(AgCl)>Ksp(Ag2CrO4)故溶解度S(AgCl)>S(Ag2CrO4)。
( )
(7)常温下,向BaCO3饱和溶液中加入Na2CO3固体,Ksp(BaCO3)减小。
( )
(8)AgCl(s)+I-AgI(s)+Cl-的化学平衡常数K=
。
( )
(9)(2013·安徽高考)室温下,AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度。
( )
(10)向NaOH溶液中加入几滴MgCl2溶液,溶液中有白色沉淀,然后再加入FeCl3溶液,又生成红褐色沉淀,可证明Ksp[Fe(OH)3]( )
[答案]
(1)√
(2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√ (9)× (10)×
2.一题串知,覆盖高考考什么
(2015·全国卷Ⅱ改编)有关数据如表所示:
(25℃)
化合物
Mg(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Zn(OH)2
Ksp近似值
10-11
mol3·L-3
10-17
mol3·L-3
10-39
mol4·L-4
10-17
mol3·L-3
(1)将Mg(OH)2溶于一定的水中形成Mg(OH)2的悬浊液。
悬浊液中存在Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)。
将悬浊液分为3份
①第一份加入NaOH溶液,[Mg2+]________(填“变大”、“变小”或“不变”,下同),m[Mg(OH)2]________。
②第二份加入FeCl3溶液,[OH-]________,m[Mg(OH)2]________。
③第三份加入NH4Cl固体,[Mg2+]________,平衡向________移动。
[考查沉淀溶解平衡及其影响因素]
(2)①写出Fe(OH)3的Ksp表达式为________,25℃Fe(OH)3溶于水形成的饱和溶液中[Fe3+]约为________。
②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1×10-5mol·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0.1mol·L-1)。
若上述过程不加H2O2后果是________________