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- 2021-07-09 发布
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第4讲 难溶电解质的溶解平衡
学习指导意见
核心素养
1.了解难溶电解质的沉淀溶解平衡,了解沉淀的形成、溶解与转化
2.理解溶度积(Ksp)的含义,能进行相关的计算
1.变化观念与平衡思想:能多角度、动态地分析难溶电解质的溶解平衡,并运用溶解平衡原理解决实际问题(利用沉淀生成处理污水等)。
2.科学探究与创新意识:能提出有关难溶电解质的溶解平衡的判断问题;设计探究方案,进行沉淀转化等实验探究。
考点一 沉淀溶解平衡及应用
[学在课内]
1.沉淀溶解平衡
(1)定义:在一定温度下,当沉淀溶解速率和沉淀生成速率相等时,形成饱和溶液,达到平衡状态,这种平衡称为沉淀溶解平衡。
(2)沉淀溶解平衡的建立。
①v(溶解)>v(沉淀),固体溶解。
②v(溶解)=v(沉淀),溶解平衡。
③v(溶解)④>③>② B.①>④>②>③
C.④>①>③>② D.④>①>②>③
答案 D
3.现将足量的AgCl分别放入下列物质中,AgCl的溶解度由大到小的顺序是( )
①30 mL 0.03 mol·L-1 AgNO3溶液
②30 mL 0.02 mol·L-1 CaCl2溶液
③30 mL 0.03 mol·L-1氨水
④30 mL蒸馏水
A.③>④>①>② B.③>④>②>①
C.④>③>①>② D.④>③>②>①
解析 AgCl溶于水,存在AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),加入AgNO3溶液,CaCl2溶液,平衡左移溶解度减小,由于[Cl-]>[Ag+],故CaCl2溶液影响较大,而加入氨水,由于Ag++2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]++2H2O平衡右移溶解度增大。
答案 A
4.将AgCl与AgBr的饱和溶液等体积混合,再加入足量浓AgNO3溶液,则下列说法正确的是( )
A.只有AgBr沉淀生成
B.AgCl和AgBr沉淀等量生成
C.生成的AgCl沉淀少于AgBr沉淀
D.生成的AgCl沉淀多于AgBr沉淀
解析 由于浓AgNO3溶液是足量的,Cl-和Br-都会与过量的Ag+结合形成沉淀,但Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr),AgBr的溶解度相对更小,混合液中[Cl-]远大于[Br-],所以生成的AgCl沉淀多于AgBr沉淀,D项正确。
答案 D
[能力点提升]
5.25 ℃时,PbCl2固体在不同浓度盐酸中的溶解度曲线如图。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,为了减少PbCl2固体的溶解,应选择1.00 mol·L-1盐酸来洗涤PbCl2固体。
答案 B
6.为研究沉淀的生成及转化,某小组进行如下实验。关于该实验的分析不正确的是( )
A.①浊液中存在平衡:AgSCN(s)Ag+(aq)+SCN-(aq)
B.②中颜色变化说明上层清液中含有SCN-
C.③中颜色变化说明有AgI生成
D.该实验可以证明AgI比AgSCN更难溶
解析 A项,根据信息,白色沉淀是AgSCN,存在溶解平衡:AgSCN(s)Ag+(aq)+SCN-(aq),正确;B项,取上层清液,加入Fe3+溶液变红,说明生成Fe(SCN)3,说明溶液中含有SCN-,正确;C项,产生黄色沉淀说明有AgI产生,正确;D项,在①中Ag+有剩余,可能是Q=(I-)·[Ag+]>Ksp,出现沉淀,错误。
答案 D
7.工业上采用湿法炼锌过程中,以ZnSO4为主要成分的浸出液中,含有Fe3+、Fe
2+、Cu2+、Cl-等杂质,这些杂质对锌的电解工序有妨碍,必须事先除去。
现有下列试剂可供选择:①酸性KMnO4溶液 ②NaOH溶液 ③ZnO ④H2O2溶液 ⑤Zn ⑥Fe ⑦AgNO3 ⑧Ag2SO4
下列说法不正确的是( )
A.用酸性KMnO4溶液将Fe2+氧化成Fe3+,再转化为Fe(OH)3沉淀除去
B.用ZnO调节浸出液的酸碱性,可使某些离子形成氢氧化物沉淀
C.在实际生产过程中,加入Ag2SO4可除去Cl-,是利用了沉淀转化的原理
D.也可以用ZnCO3代替ZnO调节溶液的酸碱性
解析 用酸性KMnO4溶液氧化Fe2+时,会引入K+、Mn2+等新的杂质,这些离子在后续反应中难以除去,影响生产。生产中应该使用H2O2溶液氧化Fe2+,然后加入ZnO或ZnCO3调节溶液的pH,使Fe3+等离子形成沉淀。
答案 A
8.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( )
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,根据CuCl(s)Cu+(aq)+Cl-(aq)可知Ksp(CuCl)=c(Cu+)·c(Cl-),从Cu+图像中任取一点代入计算可得Ksp(CuCl)≈10-7,正确;B项,由题干中“可向溶液中同时加入Cu和CuSO4,生成CuCl沉淀从而除去Cl-”可知Cu、Cu2+与Cl― 可以发生反应生成CuCl沉淀,正确;C项,Cu(s)+Cu2+(aq)2Cu+(aq),固体对平衡无影响,故增加固体Cu的物质的量,平衡不移动,Cu+
的浓度不变,错误;D项,2Cu+(aq)Cu(s)+Cu2+(aq),反应的平衡常数K=,从图中两条曲线上任取横坐标相同的c(Cu2+)、c(Cu+)两点代入计算可得K≈106,反应平衡常数较大,反应趋于完全,正确。
答案 C
9.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
解析 A项,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,错误;B项,由图像曲线可知,温度升高斜率增大,因此AgBrO3的溶解速度加快,正确;C项,由溶解度曲线可知,60 ℃时AgBrO3的溶解度约为0.6 g,则其物质的量浓度为0.025 mol·L-1,AgBrO3的Ksp=c(Ag+)·c(BrO)=0.025×0.025≈6×10-4,正确;D项,由于温度对KNO3的溶解度的影响程度远大于AgBrO3,故可用重结晶的方法提纯含有少量AgBrO3的KNO3,正确。
答案 A
考点二 沉淀溶解平衡常数及其应用
[学在课内]
1.溶度积和离子积
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)=[An+]m·[Bm-]n,式中的浓度都是平衡浓度
Q(AmBn)=cm(An+)·cn(Bm-),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
[名师点拨]
对相同配比构型的物质,Ksp越大,溶解能力越大(溶解度越大)。不同配比构型的物质,Ksp大,溶解度不一定大。
2.Ksp的影响因素
(1)内因:难溶物质本身的性质,这是主要决定因素。
(2)外因
温度:温度是影响Ksp的唯一外因。
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。其他条件的改变,平衡可能发生移动(或不移动)但Ksp不变。Ca(OH)2的溶解过程放热,升高温度,平衡左移,Ksp减小。
3.溶解平衡曲线
以AgCl溶于水为例分析:
[考在课外]
教材延伸
判断正误
(1)Cu(OH)2的Ksp=[Cu2+]·[OH-](×)
(2)Ksp既与难溶电解质的性质和温度有关,也与沉淀的量和溶液中离子浓度有关(×)
(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)已知:Ksp(Ag2CrO4)Ksp[Mg(OH)2](×)
(7)向2支盛有2 mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液,其中一支试管中产生黄色沉淀,另一支试管中无明显现象,说明Ksp(AgI)AgCl>AgBr (2)2.7×10-3 (3)b
思维探究
已知25 ℃时,Ksp(CaSO4)=9×10-6,现向该条件下的100 mL CaSO4饱和溶液中加入400 mL 0.01 mol·L-1 Na2SO4溶液是否有沉淀生成?
答案 无沉淀生成,加入400 mL 0.01 mol·L-1 Na2SO4溶液时,[Ca2+]==6×10-4 mol·L-1
[SO]==8.6×10-3 mol·L-1
Q=[Ca2+]·[SO]=5.16×10-6<9×10-6,无沉淀析出。
[基础点巩固]
1.化工生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2+:Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq)。下列说法错误的是( )
A.MnS的Ksp比CuS的Ksp大
B.该反应达平衡时[Mn2+]=[Cu2+]
C.往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,[Mn2+]变大
D.该反应的平衡常数K=
解析 根据一般情况下沉淀转化向溶度积小的方向进行可知,Ksp(MnS)>Ksp(CuS),A项正确;该反应达平衡时[Mn2+]、[Cu2+]保持不变,但不一定相等,B项错误;往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,平衡向正反应方向移动,[Mn2+]变大,C项正确;该反应的平衡常数K===,D项正确。
答案 B
2.工业上用化学法除锅炉的水垢时,先向锅炉中注入饱和Na2CO3溶液浸泡,将水垢中的CaSO4转化为CaCO3,再用盐酸除去[已知:Ksp(CaCO3)=1×10-10,Ksp(CaSO4)=9×10-6]。
下列说法错误的是( )
A.温度升高,Na2CO3溶液的Kw和[OH-]均会增大
B.沉淀转化的离子方程式为CO(aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+SO(aq)
C.该条件下,CaCO3的溶解度约为1×10-3 g
D.CaCO3和CaSO4共存的悬浊液中,=9×104
解析 温度升高,水的电离平衡右移,Kw增大,Na2CO3的水解平衡右移,[OH-]增大,A项正确;B项中沉淀转化的离子方程式也正确;由Ksp(CaCO3)=1×10-10,可得[Ca2+]=[CO]=1×10-5 mol·L-1,设溶液为1 L,溶解的CaCO3的质量为1×10-5 mol·L-1×1 L×100 g·mol-1=10-3 g,所以100 g水中溶解的CaCO3
的质量为10-4 g,C项错误;CaCO3和CaSO4共存的悬浊液中,===9×104,D项正确。
答案 C
3.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0.010 mol·L-1,向该溶液中逐滴加入0.010 mol·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-
解析 要产生AgCl沉淀,[Ag+]≥ mol·L-1=1.56×10-8 mol·L-1;要产生AgBr沉淀,[Ag+]≥ mol·L-1=7.7×10-11 mol·L-1;要产生Ag2CrO4,需[Ag+]2·[CrO]≥Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12,即[Ag+]≥ mol·L-1=3.0×10-5 mol·L-1;显然沉淀的顺序为Br-、Cl-、CrO。
答案 C
4.AlPO4的沉淀溶解平衡曲线如图所示(T2>T1)。下列说法正确的是( )
A.图像中四个点的Ksp:a=b>c>d
B.AlPO4在b点对应的溶解度大于c点
C.AlPO4(s)Al3+(aq)+PO(aq) ΔH<0
D.升高温度可使d点移动到b点
解析 由图像可知,温度越高溶度积常数越大,则图像中四个点的Ksp:a=c=d0,C项错误;升高温度,阴阳离子浓度均增大,不可能使d点移动到
b点,D项错误。
答案 B
[能力点提升]
5.向含MgCl2和CuCl2的溶液中逐滴加入0.1 mol·L-1的NaOH溶液,沉淀的质量(m)与加入NaOH溶液体积(V)的关系如图所示,已知V2=3V1,下列说法正确的是( )
A.原溶液中MgCl2和CuCl2的物质的量浓度相等
B.该实验不能证明Cu(OH)2的Ksp比Mg(OH)2的Ksp小
C.水的电离程度:A>B>C
D.若向Cu(OH)2悬浊液中加入MgCl2溶液,一定会有Mg(OH)2生成
解析 由题图可知,O~A段生成的蓝色沉淀为Cu(OH)2,A~B段生成的沉淀为Mg(OH)2,V2=3V1,说明n[Mg(OH)2]=2n[Cu(OH)2],故原溶液中MgCl2和CuCl2的物质的量浓度不相等,A项错误;CuCl2的物质的量浓度小且Cu2+先沉淀,说明Cu(OH)2的Ksp比Mg(OH)2的Ksp小,B项错误;A点溶液中溶质为NaCl和MgCl2,B点溶液中溶质为NaCl,C点溶液中溶质为NaCl和NaOH,镁离子水解促进水的电离,NaOH抑制水的电离,NaCl对水的电离无影响,故水的电离程度:A>B>C,C项正确;若要生成沉淀,则必须满足Q>Ksp,题中未给出相关离子的浓度,故无法判断是否生成沉淀,D项错误。
答案 C
6.常温下,Fe(OH)3和Cu(OH)2沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.Ksp[Fe(OH)3]>Ksp[Cu(OH)2]
B.a、b、c、d四点的Kw不同
C.在Fe(OH)3饱和溶液中加入适量硝酸钾晶体可使a点变到b点
D.d点时的Cu(OH)2溶液为不饱和溶液
解析 根据图示,b点[Fe3+]与c点[Cu2+]相等,而b点[OH-]=10-12.7 mol·L-1, c点[OH-]=10-9.6 mol·L-1,根据Ksp[Fe(OH)3]=[Fe3+]·[OH-]3,Ksp[Cu(OH)2]=[Cu2+]·[OH-]2,显然Ksp[Fe(OH)3][Br-]b=[Ag+]b,两者等体积混合后,混合溶液中[Ag+]·[Cl-]=([Ag+]a·[Ag+]b)·[Cl-]a<[Ag+]a·[Cl-]aKh==10-14/4.1,故在溶液中KHCrO4以电离为主,溶液呈酸性。Ka2=10-5.9,故电离程度较小。综上所述,离子浓度由大到小的顺序为[K+]>[HCrO]>[H+]>[CrO]>[OH-]。
答案 (1)酸式 5.0×107
(2)[K+]>[HCrO]>[H+]>[CrO]>[OH-]
8.(1)工业上利用硫化氢除去滤液A中少量的Pb2+,发生的反应为Pb2++H2SPbS↓+2H+,该反应的平衡常数为________。(H2S的Ka1=1.5×10-7,Ka2=7.0×10-15,PbS的Ksp=8.4×10-28)
(2)T ℃时,碳酸镧的溶解度为1.0×10-7mol·L-1,HCO的电离平衡常数为6.0×10-11。请计算反应2LaCl3+3NaHCO3La2(CO3)3↓+3NaCl+3HCl的平衡常数K=________。
解析 (1)该反应的平衡常数K===
==1.25×106。
(2)由反应方程式2LaCl3+3NaHCO3La2(CO3)3↓+3NaCl+3HCl可知离子方程式为2La3++3HCOLa2(CO3)3↓+3H+,故平衡常数表达式为K=====200。
答案 (1)1.25×106 (2)200
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