2024苏教版新教材高中化学选择性必修1
第四单元 沉淀溶解平衡
基础过关练
题组一 沉淀的生成与溶解
1.(2021四川乐山期末)将足量的BaCO3粉末分别加入下列液体中,充分溶解。Ba2+的浓度最小的为( )
A.10 mL 0.2 mol/L Na2CO3溶液
B.40 mL水
C.50 mL 0.01 mol/L氯化钡溶液
D.100 mL 0.01 mol/L盐酸
2.(2021安徽肥东高级中学期中)一定温度下,在氢氧化钡的悬浊液中,存在溶解平衡:Ba(OH)2(s) Ba2+(aq)+2OH-(aq)。向此种悬浊液中加入少量的氧化钡粉末,下列叙述正确的是( )
A.溶液中氢氧根离子浓度增大
B.溶液中钡离子浓度减小
C.溶液中钡离子数目减少
D.pH减小
3.为使Fe3+、Fe2+较完全地形成氢氧化物沉淀,溶液的pH应分别为3.7、9.6左右。某硫酸锌酸性溶液中含有少量Fe3+、Fe2+,为制得纯净的硫酸锌,应加入的试剂是( )
A.NaOH溶液 B.氨水
C.KMnO4、ZnCO3 D.H2O2、ZnO
题组二 沉淀的转化
4.取1 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液进行如下实验(实验中所用试剂浓度均为0.1 mol·L-1)。
下列说法不正确的是( )
A.实验①中白色沉淀是难溶的AgCl
B.由实验②说明AgI比AgCl更难溶
C.若按①③顺序实验,看不到黑色沉淀
D.若按②①顺序实验,看不到白色沉淀
5.(2021江苏南京三模)室温下,通过下列实验探究沉淀的生成、转化与溶解。下列有关说法正确的是( )
实验 实验操作和现象
1 向2 mL 0.1 mol·L-1 NaCl溶液中滴加2滴0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,产生白色沉淀
2 向实验1的试管中滴加4滴0.1 mol·L-1 KI溶液,沉淀变为黄色
3 向实验2的试管中滴加8滴0.1 mol·L-1 Na2S溶液,沉淀变为黑色
4 向少量AgCl固体中滴加适量1 mol·L-1氨水,固体溶解,得到无色澄清溶液
A.实验1所得上层清液中有c(Na+)>c(N)>c(Cl-)
B.实验2说明Ksp(AgI)>Ksp(AgCl)
C.实验3所用的Na2S溶液中存在c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+2c(H2S)
D.实验4中反应的离子方程式为Ag++2NH3 [Ag(NH3)2]+
6.三种难溶金属硫化物的溶度积常数(25 ℃):
化学式 FeS CuS MnS
溶度积 6.3×10-18 1.3×10-36 2.5×10-13
下列有关说法中正确的是( )
A.25 ℃时,CuS的溶解度大于MnS的溶解度
B.25 ℃时,饱和CuS溶液中,Cu2+的浓度为1.3×10-36 mol·L-1
C.因为H2SO4是强酸,所以反应CuSO4+H2S CuS↓+H2SO4不能发生
D.除去某溶液中的Cu2+,可以选用FeS作沉淀剂
7.化工生产中常用MnS作沉淀剂除去工业废水中的Cu2+:Cu2+(aq)+ MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)。下列有关叙述中正确的是( )
A.该反应的平衡常数K=
B.MnS的Ksp小于CuS的Ksp
C.达到平衡时c(Mn2+)=c(Cu2+)
D.向溶液中加入少量Na2S固体后,溶液中c(Cu2+)、c(Mn2+)保持不变
题组三 溶度积常数与应用
8.(2021江苏南通期中)某温度下向含AgCl固体的AgCl饱和溶液中加少量稀盐酸,下列说法正确的是( )
A.AgCl的溶解量、Ksp均减小
B.AgCl的溶解量、Ksp均不变
C.AgCl的溶解量减小、Ksp不变
D.AgCl的溶解量不变、Ksp减小
9.(2021重庆万州第三中学期中)已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10, Ksp(AgBr)=7.7×10-11,Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12,某溶液中含有Cl-、Br-、Cr,浓度均为0.010 mol/L,向该溶液中逐滴加入0.010 mol/L的AgNO3溶液时,三种阴离子产生沉淀的先后顺序为( )
A.Cl-、Br-、Cr
B.Cr、Br-、Cl-
C.Br-、Cl-、Cr
D.Br-、Cr、Cl-
10.(2021江苏宿迁期末)室温下BaSO4沉淀溶解平衡曲线如图,下列结论正确的是( )
A.b点无BaSO4沉淀生成
B.蒸发可使溶液由a点到c点
C.曲线上任意点的Ksp相同
D.向a点加入BaCl2固体,溶液可达b点
11.根据题目提供的溶度积数据进行计算并回答下列问题:
(1)在Ca(NO3)2溶液中加入(NH4)2CO3溶液后过滤,若测得滤液中c(C)=10-3 mol·L-1,则Ca2+是否沉淀完全 (填“是”或“否”)。[已知c(Ca2+)≤10-5 mol·L-1时可视为沉淀完全;Ksp(CaCO3)=4.96×10-9]
(2)25 ℃时,Mg(OH)2饱和溶液 (填“能”或“不能”)使石蕊溶液变蓝色。{已知Ksp[Mg(OH)2]=4.0×10-12,lg5=0.7}
(3)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)=1.8×10-10, Ksp(AgI)=8.5×10-17]
12.在Cl-和Cr浓度都是0.100 mol·L-1的混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液(忽略体积改变)时,AgCl和Ag2CrO4中 先沉淀,当Ag2CrO4开始沉淀时,溶液中c(Cl-)为 mol·L-1。[Ksp(AgCl)=1.8×10-10, Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12]
题组四 沉淀溶解平衡的应用
13.常温下,以MnO2为原料制得的MnCl2溶液中常含有杂质离子Cu2+、Pb2+、Cd2+,通过添加过量的难溶电解质MnS,可使这些金属离子形成硫化物沉淀然后过滤除去,下列说法正确的是( )
A.加入MnS后生成CuS的离子方程式是Cu2++S2- CuS↓
B.滤渣中含有四种难溶电解质
C.加入过量MnS的目的是使MnS与Cu2+、Pb2+、Cd2+的反应正向移动
D.若CuS比PbS的Ksp小,则Cu2+先于Pb2+沉淀
14.(2021江苏盐城中学期中)已知一些难溶物的溶度积常数如下表:
物质 Ksp
FeS 6.3×10-18
CuS 1.3×10-36
PbS 3.4×10-28
HgS 6.4×10-53
Fe(OH)2 1.64×10-14
Cu(OH)2 2.2×10-20
Pb(OH)2 1×10-16
Hg(OH)2 3.6×10-26
某工业废水中含有Cu2+、Pb2+、Hg2+,要除去这些重金属离子,最适宜向工业废水中加入过量的( )
A.NaOH B.FeS
C.Na2S D.KOH
题组五 沉淀溶解平衡图像分析
15.AlPO4的沉淀溶解平衡曲线如图所示(T2>T1)。下列说法错误的是( )
A.AlPO4在b点对应的溶解度大于c点
B.AlPO4沉淀溶解是放热的过程
C.图中四个点的Ksp:a=c=d
16.某温度下,Fe(OH)3(s)、Cu(OH)2(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后,改变溶液pH,金属阳离子浓度的变化如图所示。据图分析,下列判断错误的是( )
A.Ksp[Fe(OH)3]
C.c、d两点代表的溶液中c(H+)与c(OH-)乘积相等
D.Fe(OH)3、Cu(OH)2分别在b、c两点代表的溶液中达到饱和
能力提升练
题组一 溶度积常数的应用
1.下列说法正确的是( )
A.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
B.0.1 mol K2Cr2O7被完全还原为Cr3+时,转移的电子数为1.806×1023
C.向AgCl、AgBr的饱和溶液中滴加少量AgNO3溶液,溶液中不变
D.一定条件下,反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)能自发进行,该反应的ΔH>0
2.(2021江苏南京第二十九中学阶段性测试)一种废料的主要成分是铁镍合金,还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备纯度较高的氢氧化镍工艺流程如下。已知常温下Ksp[Ni(OH)2]=1.0×10-15,当c(Ni2+)<1.0×10-5 mol·L-1时表明Ni2+沉淀完全。下列叙述错误的是( )
A.“除铁”时H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+
B.“除铜”时产生的滤渣的主要成分为CuS
C.除钙、镁过程中,为了提高钙、镁的去除率,氟化钠实际用量应该越多越好
D.“沉镍”过程中为了将镍沉淀完全,常温下,需调节溶液pH>9
3.(2022江苏扬州一模)镀镍废水中的Ni2+可用还原铁粉除去。25 ℃时,部分氢氧化物在废水中开始沉淀和沉淀完全的pH如表所示。
氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Ni(OH)2
开始沉 淀的pH 1.5 6.6 7.7
沉淀完 全的pH 3.3 9.9 9.2
(1)还原铁粉的制备:向FeSO4溶液中加入NaBH4(其中H为-1价)可得还原铁粉,同时生成H3BO3和H2。理论上制备1 mol Fe,需NaBH4的物质的量为 mol。
(2)还原铁粉除镍:向废水中加入还原铁粉,可置换出镍。某小组通过实验研究废水中镍的去除效果。
①取五份废水样品各100 mL,加酸或碱调节其初始pH不等,再加入等量且过量的铁粉,充分反应后测得废水中镍含量随溶液初始pH(本题中均在常温下测得)的变化如图1所示。pH较小时,残留的镍含量较高,原因是 ;pH>6.6时,残留的镍含量随溶液初始pH增大而增多的原因是 。
②取100 mL废水样品,向其中加入适量铁粉,测得Fe(Ⅱ)含量和总铁含量变化如图2所示,Fe(Ⅱ)表示溶液及沉淀中+2价的铁元素,总铁表示溶液及沉淀中化合态的铁元素。40~60 min内,溶液pH约为6.4,该时间段内引起Fe(Ⅱ)含量降低的反应的离子方程式为 。
图1
图2
③另取100 mL pH约为5.8的废水样品,加入FeCl3溶液,废水中镍含量也有明显降低,原因是 。
题组二 沉淀溶解平衡图像分析
4.在T ℃时,难溶物Ag2CrO4在水溶液中的溶解平衡曲线如下图所示,又知T ℃时AgCl的Ksp=1.8×10-10。下列说法错误的是( )
A.T ℃时,Ag2CrO4的Ksp为1×10-11
B.T ℃时,Y点和Z点的Ag2CrO4的Ksp相等
C.T ℃时,X点的溶液不稳定,会自发转变到Z点
D.T ℃时,将0.01 mol·L-1的AgNO3溶液逐滴滴入20 mL 0.01 mol·L-1的KCl和0.01 mol·L-1的K2CrO4混合溶液中,Cl-先沉淀
5.已知:pAg=-lgc(Ag+)。某温度下Ksp(AgCl)=1×10-10,Ksp(AgI)=1× 10-17。如图是向10 mL AgNO3溶液中加入0.1 mol/L NaCl溶液时,溶液的pAg随着加入NaCl溶液的体积变化的图像(实线)。根据图像所得下列结论正确的是( )
A.原AgNO3溶液的物质的量浓度为0.1 mol/L
B.图中X点表示溶液中c(Ag+)=c(Cl-)
C.图中X点的坐标为(10,5)
D.把NaCl溶液换成0.1 mol/L的NaI溶液,则图像可用图中虚线表示
6.(2022江苏扬州邗江期中)常温下,用AgNO3溶液分别滴定浓度均为0.01 mol/L的KCl、K2C2O4溶液,所得的沉淀溶解平衡图像如图所示(Xa-表示Cl-或C2,不考虑C2的水解)。下列说法正确的是( )
A.Ksp(Ag2C2O4)的数量级为10-7
B.n点表示AgCl的不饱和溶液
C.向c(Cl-)=c(C2)的混合液中滴入AgNO3溶液时,先生成Ag2C2O4 沉淀
D.Ag2C2O4(s)+2Cl-(aq) 2AgCl(s)+C2(aq)的平衡常数为109.04
答案全解全析
基础过关练
1.A A项,将足量BaCO3粉末加入10 mL 0.2 mol/L Na2CO3溶液中,由于碳酸根离子的浓度较大,抑制碳酸钡的溶解,则Ba2+的浓度很小;B项,BaCO3粉末加入40 mL水中,充分溶解,存在BaCO3(s) Ba2+(aq)+C(aq),则溶液中存在一定浓度的Ba2+,但浓度较小;C项,将足量BaCO3粉末加入50 mL 0.01 mol/L氯化钡溶液中,氯化钡电离产生 Ba2+,则Ba2+的浓度较大;D项,将足量BaCO3粉末加入100 mL 0.01 mol/L盐酸中,碳酸钡与盐酸反应生成BaCl2,则Ba2+的浓度较大;显然A中Ba2+的浓度最小。
2.C 反应后仍为Ba(OH)2饱和溶液,溶液中c(OH-)、c(Ba2+)不变,A、B项错误;加入氧化钡粉末,消耗水,由于原溶液已达到饱和,溶液中Ba2+数目减少,C项正确;反应后仍为饱和溶液,溶液中c(OH-)不变,则c(H+)也不变,pH不变,D项错误。
3.D 为使Fe3+、Fe2+较完全地形成氢氧化物沉淀,溶液的pH应分别为3.7、9.6左右,所以要除去硫酸锌酸性溶液中含有的少量Fe3+、Fe2+,应该把Fe2+氧化为Fe3+,H2O2是绿色氧化剂不会引入杂质,所以用H2O2把Fe2+氧化为Fe3+,再加入氧化锌调节溶液的pH,使Fe3+转化为沉淀除去。
4.C AgNO3溶液中加入NaCl溶液,发生反应Ag++Cl- AgCl↓,即实验①中白色沉淀是AgCl,A项正确;实验②中加入过量KI溶液,出现黄色沉淀,说明产生AgI,即发生反应AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq),AgI比AgCl更难溶,B项正确;实验③得到黑色沉淀,该黑色沉淀为Ag2S,Ag2S比AgI更难溶,按①③顺序实验,能观察到黑色沉淀,C项错误;按照②①顺序实验,无法观察到白色沉淀,D项正确。
5.C 由于NaCl的物质的量远远大于AgNO3,则实验1所得上层清液中c(Cl-)>c(N),A错误;实验2中AgCl沉淀转化为AgI,说明Ksp(AgI)
7.A 反应的平衡常数K===,A正确;化学式相似的物质,溶度积大的沉淀可以转化为溶度积小的沉淀,MnS的Ksp比CuS的Ksp大,B错误;该反应达到平衡时各离子的浓度保持不变,但不一定相等,C错误;增大硫离子的浓度,平衡逆向移动,所以c(Cu2+)、c(Mn2+)均减小,D错误。
8.C 在含AgCl固体的AgCl饱和溶液中存在沉淀溶解平衡:AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq),当加入少量稀盐酸时,c(Cl-)增大,平衡逆向移动,c(Ag+)减小,溶解的氯化银质量减小;AgCl的Ksp只受温度影响,温度不变,AgCl的Ksp不变,C项正确。
9.C 浓度均为0.010 mol/L的Cl-、Br-、Cr,产生沉淀时,所需c(Ag+)分别为 mol/L=1.8×10-8 mol/L、 mol/L=7.7×10-9 mol/L, mol/L=3.0×10-5 mol/L;阴离子产生沉淀时,所需c(Ag+)越小,越先生成沉淀,所以三种阴离子产生沉淀的先后顺序为Br-、Cl-、Cr,C项正确。
10.C 曲线上的点为溶解平衡点,b点横坐标与纵坐标的乘积大于Ksp,则b点有BaSO4沉淀生成,A错误;蒸发可使硫酸根离子、钡离子浓度均增大,可使溶液由a点到b点,B错误;BaSO4的溶度积常数只与温度有关,则曲线上任意点的Ksp相同,C正确;向a点加入BaCl2固体,使钡离子浓度增大,BaSO4的溶解平衡逆向移动,硫酸根离子浓度减小,则不能使溶液由a点到b点,D错误。
11.答案 (1)是 (2)能 (3)4.7×10-7
解析 (1)根据Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(C)=4.96×10-9,得c(Ca2+)= mol·L-1=4.96×10-6 mol·L-1<10-5 mol·L-1,可视为沉淀完全。
(2)设Mg(OH)2饱和溶液中Mg2+的物质的量浓度为x mol·L-1,则4x3= 4.0×10-12,x=1.0×10-4,c(OH-)=2.0×10-4 mol·L-1,c(H+)=mol·L-1= 5×10-11 mol·L-1,pH=-lg(5×10-11)=11-lg5=10.3,所以Mg(OH)2饱和溶液能使石蕊溶液变蓝色。
(3)当AgCl开始沉淀时,溶液中===≈4.7×10-7。
12.答案 AgCl 1.9×10-5
解析 AgCl开始沉淀所需c(Ag+)== mol·L-1=1.8× 10-9 mol·L-1,Ag2CrO4开始沉淀所需c(Ag+)== mol·L-1≈ 9.5×10-6 mol·L-1,因此AgCl先沉淀。当Ag2CrO4开始沉淀时:c(Ag+)=9.5×10-6 mol·L-1,此时,c(Cl-)== mol·L-1≈ 1.9×10-5 mol·L-1。
13.B 加入MnS后生成CuS的离子方程式是Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq),A项错误;滤渣中含有生成的CuS、PbS、CdS及过量的MnS四种难溶电解质,B项正确;通过添加过量的难溶电解质MnS,除去Cu2+、Pb2+、Cd2+等离子,是利用CuS、PbS、CdS比MnS更难溶于水的原理进行沉淀的转化,C项错误;若CuS比PbS的Ksp小,则等浓度时Cu2+先于Pb2+沉淀,D项错误。
14.B 由Ksp数据可以看出,硫化物比氢氧化物更难溶,FeS本身难溶于水,Na2S可溶于水,会引入杂质Na+、S2-,故选用FeS,B项正确。
15.B 由题图计算知,b点Ksp大于c点Ksp,则AlPO4在b点对应的溶解度大于c点,A项正确;升高温度,Ksp增大,则该沉淀溶解为吸热的过程,B项错误;由题图可知,四个点的Ksp:a=c=d
能力提升练
1.C 将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连为外加电流的阴极保护法,A项错误;1 mol K2Cr2O7被完全还原为Cr3+时,转移电子的物质的量为6 mol,则0.1 mol K2Cr2O7被完全还原为Cr3+时,转移电子数为3.612×1023,B项错误;AgCl、AgBr的饱和溶液中==,温度不变,不变,C项正确;一定条件下,反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)能自发进行,说明该温度下ΔH-TΔS<0,该反应为熵减小的反应,则ΔH<0,D项错误。
2.C H2O2具有强氧化性,加入H2O2将Fe2+全部氧化为Fe3+,进而生成黄钠铁矾沉淀除去,A项正确;向除铁后的滤液中通入H2S气体,发生反应H2S+Cu2+ CuS↓+2H+,产生的滤渣的主要成分为CuS,B项正确;根据流程图可知除铜后的滤液应显酸性,若NaF的用量过大,会生成有毒物质HF,污染环境,危害工人的身体健康,而且还会浪费原料、增加成本,氟化钠的用量不是越多越好,C项错误;Ksp[Ni(OH)2]= c(Ni2+)·c2(OH-)=1.0×10-15,当c(Ni2+)<1.0×10-5 mol·L-1时表明Ni2+沉淀完全,则c(OH-)=1.0×10-5 mol·L-1,c(H+)=1.0×10-9 mol·L-1,则“沉镍”过程中为了将镍沉淀完全,常温下需调节溶液pH>9,D项正确。
3.答案 (1)0.5 (2)①铁粉与H+反应 生成的Fe(OH)2覆盖在铁粉表面不利于Fe置换出Ni
②4Fe2++O2+10H2O 4Fe(OH)3↓+8H+
③生成的Fe(OH)3有吸附性
解析 (1)由题意知Fe元素的化合价降低2价,H元素的化合价升高1价,1 mol NaBH4失去4 mol电子,而生成1 mol Fe需得到2 mol电子,由得失电子守恒可知,制备1 mol Fe,需NaBH4的物质的量为0.5 mol。(2)①pH较小时,溶液中氢离子与Fe反应生成氢气和亚铁离子,难发生Fe与Ni2+的置换反应,所以溶液中残留的镍含量较高;pH>6.6时,亚铁离子转化为Fe(OH)2,Fe(OH)2会覆盖在铁粉表面,阻碍铁粉与Ni2+的置换反应,所以溶液中残留的镍含量会增多。②40~60 min内,溶液pH约为6.4,Fe2+被空气中氧气氧化生成Fe(OH)3,反应的离子方程式为4Fe2++O2+10H2O 4Fe(OH)3↓+8H+。③pH约为5.8的废水样品,加入FeCl3溶液,Fe3+会水解生成Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3有吸附性,能吸附Ni2+,所以废水中镍含量也有明显降低。
4.C 曲线上的点均处于沉淀溶解平衡状态,Ag2CrO4(s) 2Ag+(aq)+Cr(aq),Ksp=c2(Ag+)·c(Cr)=(10-3)2×10-5=10-11,A项正确;溶度积常数随温度变化,不随浓度变化,B项正确;T ℃时,X点是过饱和溶液,变为饱和溶液的过程中,银离子与铬酸根离子浓度均减小,不会自发转变到Z点,C项错误;将AgNO3溶液滴入20 mL 0.01 mol·L-1 KCl和0.01 mol·L-1的K2CrO4的混合溶液中,Ag2CrO4开始沉淀所需c(Ag+)= mol·L-1=10-4.5 mol·L-1,AgCl开始沉淀所需c(Ag+)= mol·L-1=1.8×10-8 mol·L-1,所以先析出AgCl,D项正确。
5.B 图中原点处pAg=0,因此c(Ag+)=100 mol/L=1 mol/L,即原AgNO3溶液中溶质的物质的量浓度为1 mol/L,A项错误;X点c(Ag+)= 10-5 mol/L,c(Cl-)= mol/L=1×10-5 mol/L,因此c(Ag+)=c(Cl-),B项正确;X点c(Ag+)=10-5 mol/L,沉淀完全,那么n(NaCl)=n(AgNO3)= 0.01 L×1 mol/L=0.01 mol,则V(NaCl)==0.1 L=100 mL,因此X点的坐标为(100,5),C项错误;由于Ksp(AgI)
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