2020版高中化学 第3章 水溶液中的离子平衡 第4节 难溶电解质的溶解平衡 课时2 沉淀反应的应用

1课时2沉淀反应的应用和沉淀溶解平衡图像目标与素养：1.理解沉淀溶解平衡的应用——沉淀的生成、溶解和转化。(变化观念与平衡思想)2.理解沉淀溶解平衡的图像。(宏观辨识与科学探究)沉淀反应的应用1．沉淀的生成(1)调节pH法加入氨水调节pH至7～8，可除去氯化铵中的杂质氯化铁。反应离子方程式：Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH＋4。(2)加沉淀剂法以Na2S、H2S等作沉淀剂，使Cu2＋、Hg2＋等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀。反应的离子方程式如下：Cu2＋＋S2－===CuS↓；Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋；Hg2＋＋H2S===HgS↓＋2H＋。2．沉淀的溶解(1)原理：根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，只要不断减少溶解平衡体系中的相应离子，平衡就向沉淀溶解的方向移动，从而使沉淀溶解。(2)溶解沉淀的试剂类型①用强酸溶解：例如，溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等难溶电解质。②用某些盐溶液溶解：例如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液，化学方程式为Mg(OH)2＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3·H2O。3．沉淀的转化(1)实质：溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀。两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀越容易转化。(2)应用①锅炉除水垢水垢[CaSO4(s)]――→Na2CO3CaCO3(s)――→盐酸Ca2＋(aq)其反应的化学方程式如下：CaSO4(s)＋Na2CO3(aq)===CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)、CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。2②自然界中矿物的转化原生铜的硫化物―――――→氧化、淋滤CuSO4溶液―――――――――→渗透，加闪锌矿ZnS和方铅矿PbSCuS。第2步反应的离子方程式如下：Cu2＋＋ZnS===CuS＋Zn2＋、Cu2＋＋PbS===CuS＋Pb2＋。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)向CaCl2溶液中通入CO2可生成CaCO3沉淀。()(2)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。()(3)AgCl(s)＋I－(aq)AgI(s)＋Cl－(aq)的K＝KspAgClKspAgI。()[答案](1)×(2)√(3)√2．已知：Ksp(ZnS)Ksp(CuS)，在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中滴加适量CuSO4溶液，产生的实验现象是()A．固体逐渐溶解，最后消失B．固体由白色变为黑色C．固体颜色变化但质量不变D．固体逐渐增多，但颜色不变[答案]B3．已知溶度积Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgBr)＝5.0×10－13，现将AgCl与AgBr的饱和溶液等体积混合，能否有沉淀析出，若有沉淀析出，可能是什么？为什么？[答案]有，应是AgBr。因为AgBr的溶度积小，两种饱和溶液等体积混合后，相对于AgCl溶液，Ag＋的浓度减小了，而相对于AgBr溶液，Ag＋的浓度增大了，所以应有AgBr沉淀析出。沉淀反应的应用1．沉淀生成(1)沉淀生成时沉淀剂的选择原则①使生成沉淀的反应进行得越完全越好(被沉淀离子形成沉淀的Ksp尽可能地小，即沉淀溶解度越小越好)。②不能影响其他离子的存在，由沉淀剂引入溶液的杂质离子要便于除去或不引入新的杂质离子。3(2)常用的沉淀方法①调节pH法通过调节溶液的pH，使溶液中的杂质离子转化成沉淀而除去。如用CuO调节CuCl2溶液(含Fe3＋)的酸碱性以除去Fe3＋。②直接沉淀法通过沉淀剂除去溶液中的某种指定离子或获取该难溶电解质。2．沉淀的溶解沉淀溶解时的关键步骤是加入的试剂能与产生沉淀的离子发生反应，生成挥发性物质(气体)或弱电解质(弱酸、弱碱或水)，使平衡向沉淀溶解的方向移动，使沉淀溶解的常用方法主要有三种：①生成弱电解质，②发生氧化还原反应，③生成配合物。3．沉淀的转化(1)沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。一般是溶解度小的沉淀会转化生成溶解度更小的沉淀。但是，溶解度较小的沉淀在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀。如：BaSO4――――――→饱和Na2CO3BaCO3。(2)当一种试剂能沉淀溶液中几种离子时，生成沉淀所需试剂离子浓度越小的越先沉淀；如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大，就能分步沉淀，从而达到分离离子的目的。1．已知：Ksp(CuS)＝1.3×10－36，Ksp(MnS)＝2.6×10－13。工业生产中常用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．反应达平衡后，继续加入MnS，废水中的Cu2＋的去除率增加B．该反应可将工业废水中的Cu2＋沉淀完全C．往平衡体系中加入少量CuSO4固体后，c(Mn2＋)变大D．该反应的平衡常数K＝2.0×1023A[A项，达到平衡后，增加MnS的使用量，平衡不移动，废水中的Cu2＋的去除率不再改变，故A错误；B项，利用此反应可将工业废水中的Cu2＋沉淀完全，故B项正确；C项，c(Cu2＋)增大，平衡正向移动，所以c(Mn2＋)变大，故C正确；D项，该反应的平衡常数K＝cMn2＋cCu2＋＝KspMnSKspCuS＝2.0×1023，故D正确。]2．要想除去废水中的Pb2＋，最好选用下列哪种试剂[已知：Ksp(PbCl2)＝1.9×10－14；Ksp(PbSO4)＝1.06×10－8；Ksp(PbCO3)＝3.3×10－14；Ksp(PbS)＝3.4×10－28]()A．NaClB．Na2SC．Na2SO4D．Na2CO34B[由题意可知PbS的溶解度最小，用S2－沉淀废水中的Pb2＋最完全。]沉淀溶解平衡图像分析【典例】已知p(Ba2＋)＝－lgc(Ba2＋)、p(X2－)＝－lgc(X2－)，常温下BaSO4、BaCO3的沉淀溶解平衡曲线如图所示，下列叙述中正确的是()A．p(Ba2＋)＝a时，两种盐的饱和溶液中离子浓度c(SO2－4)c(CO2－3)B．M点对应的溶液中Ba2＋、CO2－3能形成BaCO3沉淀C．相同条件下，SO2－4比CO2－3更易与Ba2＋结合形成沉淀D．BaSO4不可能转化为BaCO3C[由图像信息知Ksp(BaSO4)Ksp(BaCO3)，当p(Ba2＋)＝a时，二者的饱和溶液中c(CO2－3)c(SO2－4)，A错误、C正确；M点时，Qc(BaCO3)Ksp(BaCO3)，故无法形成BaCO3沉淀，B错误；因两种盐的Ksp相差不大，故在一定条件下二者之间可能相互转化，D错误。]证据推理：沉淀溶解平衡图像分析模式(1)曲线上任一点均为饱和溶液，线外的点为非饱和溶液，可根据Qc与Ksp的大小判断。(2)求Ksp时可找曲线上合适的一点确定离子浓度进行计算，曲线上任一点的Ksp相同。(3)当坐标表示浓度的对数时，要注意离子浓度的换算，如lgc(X)＝a，则c(X)＝10a。(4)当坐标表示浓度的负对数(－lgX＝pX)时，pX越大，c(X)越小，c(X)＝10－pX。3．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。下列说法中不正确的是()A．T℃时，在Y点和Z点，Ag2CrO4的Ksp相等B．向饱和Ag2CrO4溶液中加入固体K2CrO4不能使溶液由Y点变为X点C．T℃时，Ag2CrO4的Ksp为1×10－8D．图中a＝2×10－45C[一定温度下溶度积是常数，所以T℃时，Y点和Z点Ag2CrO4的Ksp相等，A正确；在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4固体仍为饱和溶液，点仍在曲线上，不能使溶液由Y点变为X点，B正确；曲线上的点都是沉淀溶解平衡点，Ag2CrO4的沉淀溶解平衡为Ag2CrO4(s)2Ag＋(aq)＋CrO2－4(aq)，Ksp＝c2(Ag＋)·c(CrO2－4)＝(1×10－3)2×1×10－5＝10－11，C错误；Ksp(Ag2CrO4)＝c2(Ag＋)·c(CrO2－4)＝1×10－11，Z点时c(CrO2－4)＝5×10－4，c2(Ag＋)＝2×10－8，所以a＝2×10－4，D正确。]1．下列现象不能用沉淀溶解平衡移动原理解释的是()A．相同温度下，AgCl在水中的溶解度大于在氯化钠溶液中的溶解度B．浓FeCl3溶液滴入沸水中继续加热形成红褐色透明液体C．自然界地表层原生铜矿变成CuSO4溶液向下层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变为铜蓝(CuS)D．加入少量AgCl固体可以除去氯化钠溶液中的少量硫化钠杂质B[B项为胶体的形成，不能用沉淀溶解平衡移动原理解释。]2．已知在pH为4～5的环境中，Cu2＋、Fe2＋几乎不水解，而Fe3＋几乎完全水解。工业上制CuCl2溶液是将浓盐酸用蒸气加热到80℃左右，再慢慢加入粗氧化铜(含少量杂质FeO)，充分搅拌使之溶解。欲除去溶液中的杂质离子，下述方法中可行的是()A．向溶液中通入Cl2，再加入纯净的CuO粉末调节pH为4～5B．向溶液中通入H2S使Fe2＋沉淀C．向溶液中通入Cl2，再通入NH3，调节pH为4～5D．加入纯Cu将Fe2＋还原为FeA[根据题干信息，A项中的操作可将Fe2＋先转化为Fe3＋再转化为Fe(OH)3而除去，A正确；在酸性溶液中H2S与Fe2＋不反应，而H2S与Cu2＋生成CuS沉淀，B错误；C项中的操作会引入新的杂质NH＋4，C错误；由金属的活动性FeCu知，D错误。]3．实验：①0.1mol·L－1MgCl2溶液和0.2mol·L－1NaOH溶液等体积混合得到浊液a，取少量浊液a过滤得到滤液b和白色沉淀c；②向浊液a中滴加0.1mol·L－1FeCl3溶液，出现红褐色沉淀。下列分析不正确的是()A．滤液b的pH＝7B．②中颜色变化说明Mg(OH)2转化为Fe(OH)3C．滤液b的pH7D．浊液a中存在沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋62OH－(aq)A[根据题意，发生的反应为Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；3Mg(OH)2(s)＋2Fe3＋(aq)===3Mg2＋(aq)＋2Fe(OH)3(s)。由于存在Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，所以滤液b的pH应大于7，A项错误。]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．加入少量水，平衡右移，Cl－浓度减小C．d点没有AgCl沉淀生成D．c点对应的Ksp等于a点对应的KspD[A项，加入AgNO3，c(Ag＋)增大，c(Cl－)减小，而c、d点c(Cl－)相同，错误；B项，加入少量水，平衡右移，但c(Cl－)不变，错误；C项，d点处c(Ag＋)大，此时c(Ag＋)和c(Cl－)乘积大于溶度积，有氯化银沉淀生成，错误；D项，温度不变，Ksp不变，a、c点是相同温度下的溶解沉淀平衡曲线上的点，Ksp相同，正确。]5．常温下，几种物质的溶度积常数见下表：物质Cu(OH)2Fe(OH)3CuClCuIKsp2.2×10－202.6×10－391.7×10－71.3×10－12(1)某酸性CuCl2溶液中含少量的FeCl3，为制得纯净CuCl2溶液，宜加入________调至溶液pH＝4，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，此时溶液中的c(Fe3＋)＝________。(2)过滤后，将所得滤液经过________，________操作，可得到CuCl2·2H2O晶体。[解析](1)加入CuO或Cu2(OH)2CO3、Cu(OH)2，与Fe3＋水解产生的H＋反应；使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，当pH＝4时，由Fe(OH)3的Ksp计算c(Fe3＋)。[答案](1)CuO[或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3]2.6×10－9mol·L－1(2)蒸发浓缩冷却结晶