专题3 第四单元 第2课时Word文档格式.docx
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===Mg2++2NH3·
H2O。
沉淀反应的应用
(1)沉淀的生成和溶解是两个方向相反的过程,控制离子浓度,可以使反应向我们需要的方向转化。
(2)利用生成沉淀除去某种离子,首先要使生成沉淀的反应能够发生,其次沉淀生成的反应进行得越完全越好。
(3)根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,如果能设法不断地移去溶解平衡体系中的相应离子,使平衡向沉淀溶解的方向移动,就可以使沉淀溶解。
如常用强酸溶解CaCO3、FeS等难溶电解质。
例1
(2018·
大连月考)已知相同温度下,Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2的溶解度,且随pH的升高,Fe(OH)3首先析出。
为除去MgCl2酸性溶液中的Fe3+,可以在加热搅拌的条件下,加入一种试剂,过滤后再加入适量盐酸,这种试剂不可以是( )
A.NH3·
H2OB.MgO
C.Mg(OH)2D.MgCO3
答案 A
解析 加NH3·
H2O会引入新的杂质离子NH
MgO消耗Fe3+水解生成的H+,促使Fe3+水解生成Fe(OH)3而除去,同时MgO转化为MgCl2,不会引入新的杂质,即使MgO过量,由于MgO难溶于水,过滤即可除去。
加Mg(OH)2和MgCO3的原理与加MgO原理相同。
考点
沉淀的溶解与生成
题点
沉淀的生成——调pH法
相关链接
沉淀剂选择的原则
(1)要能除去溶液中指定的离子,又不能影响其他离子的存在,并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子还要便于除去,如沉淀NaNO3溶液中的Ag+,可用NaCl作沉淀剂。
(2)溶液中沉淀物的溶解度越小,离子沉淀越完全,如沉淀Cu2+,可将其转化成CuCO3、CuS或Cu(OH)2沉淀,但这三种沉淀中CuS的溶解度最小,因此,沉淀是CuS时Cu2+除去得最完全。
(3)多种弱碱阳离子的混合溶液中的某种离子或离子分离时,常通过控制溶液的pH使溶解度最小的物质最先沉淀除去,而被提纯的离子不能生成沉淀,还要注意除杂时不能引入新的杂质。
例2
如图表示的是难溶氢氧化物在不同pH下的溶解度(S),下列说法正确的是( )
A.pH=3时溶液中铁元素的主要存在形式是Fe3+
B.若Ni(NO3)2溶液中含有少量的Co2+杂质,可通过调节溶液pH的方法除去
C.若要分离溶液中的Fe3+和Cu2+,可调节溶液的pH为4
D.若向含有Cu2+和Ni2+的溶液中加入烧碱,Ni(OH)2优先沉淀
答案 C
解析 当pH=3时,Fe3+已沉淀完全,A项错误;
由于Ni2+和Co2+完全沉淀时的pH相差不大,故不宜通过调节溶液pH的方法除去,B项错误;
根据图可知向含有Cu2+和Ni2+的溶液中加入烧碱,Cu(OH)2优先沉淀,D项错误。
例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0.010mol·
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-
解析 要产生AgCl沉淀,c(Ag+)>
mol·
L-1=1.56×
10-8mol·
L-1;
要产生AgBr沉淀,c(Ag+)>
L-1=7.7×
10-11mol·
要产生Ag2CrO4,需c2(Ag+)·
c(CrO
)>Ksp(Ag2CrO4)=9.0×
10-12,
即c(Ag+)>
L-1=3.0×
10-5mol·
显然产生沉淀的顺序为Br-、Cl-、CrO
沉淀的生成——沉淀的先后
思维启迪——沉淀的顺序
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。
沉淀的溶解、生成是沉淀溶解平衡移动的结果,可借助相关物质的Qc与Ksp的相对大小判断,然后改变适当的条件来完成。
(1)沉淀的生成
当Qc>Ksp时,沉淀溶解平衡向左移动,会生成沉淀。
常用方法:
①调节溶液的pH,②加入合适沉淀剂。
(2)沉淀的溶解
当Qc<Ksp时,沉淀溶解平衡向右移动,沉淀会溶解。
①酸、碱溶解法,②盐溶法,③配位溶解法,④氧化还原溶解法。
二、沉淀的转化
1.Ag+的沉淀物的转化实验探究
根据下列图示完成实验,将观察到的现象填在空格内:
(1)写出各步反应的离子方程式:
①Ag++Cl-===AgCl↓,
②AgCl(s)+I-(aq)AgI(s)+Cl-(aq),
③2AgI(s)+S2-(aq)Ag2S(s)+2I-(aq)。
(2)由上述实验得出的结论是溶解能力小的沉淀能转化为溶解能力更小的沉淀。
2.Mg(OH)2与Fe(OH)3转化实验探究
实验步骤
实验现象
产生白色沉淀
产生红褐色沉淀
化学方程式
MgCl2+2NaOH===
Mg(OH)2↓+2NaCl
3Mg(OH)2(s)+2FeCl3(aq)
2Fe(OH)3(s)+3MgCl2(aq)
实验结论
Fe(OH)3比Mg(OH)2溶解能力小
3.沉淀转化的实质
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转化成溶解度更小的沉淀容易实现。
两种沉淀的溶解度差别越大,沉淀转化越容易。
4.沉淀转化的应用
(1)锅炉除水垢
水垢CaSO4(s)
CaCO3(s)
Ca2+(aq)
有关化学方程式:
CaSO4(s)+Na2CO3(aq)CaCO3(s)+Na2SO4(aq)、CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑。
(2)自然界中矿物的转化
如原生铜硫化物
CuSO4(溶液)
CuS(铜蓝)
ZnS(s)+CuSO4(aq)CuS(s)+ZnSO4(aq),PbS(s)+CuSO4(aq)CuS(s)+PbSO4(s)。
(3)工业废水处理
工业废水处理过程中,重金属离子可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。
用FeS除去Hg2+的离子方程式:
FeS(s)+Hg2+(aq)HgS(s)+Fe2+(aq)。
沉淀转化的规律
(1)组成类型相同的难溶电解质,Ksp较大的难溶电解质容易转化为Ksp较小的难溶电解质。
(2)Ksp相差不大的难溶电解质,Ksp较小的难溶电解质在一定条件下可以转化为Ksp较大的难溶电解质。
如在BaSO4饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液,也可以转化成Ksp较大的BaCO3。
例4
向5mLNaCl溶液中滴入一滴AgNO3溶液,出现白色沉淀,继续滴加一滴KI溶液并振荡,沉淀变为黄色,再滴入一滴Na2S溶液并振荡,沉淀又变成黑色,根据上述变化过程,分析此三种沉淀物的溶解度关系为( )
A.AgCl=AgI=Ag2SB.AgCl<
AgI<
Ag2S
C.AgCl>
AgI>
Ag2SD.AgI>
AgCl>
解析 沉淀溶解平衡总是向更难溶的方向转化,由转化现象可知三种沉淀物的溶解度关系为AgCl>
Ag2S。
沉淀的转化
沉淀转化的实质
例5
已知25℃:
难溶电解质
CaCO3
CaSO4
MgCO3
Ksp
2.8×
10-9
9.1×
10-6
6.8×
某学习小组欲探究CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀的可能性,实验步骤如下:
①向0.1mol·
L-1的CaCl2溶液100mL中加入0.1mol·
L-1的Na2SO4溶液100mL,立即有白色沉淀生成。
②向上述悬浊液中加入固体Na2CO33g,搅拌,静置沉淀后弃去上层清液。
③再加入蒸馏水搅拌,静置后再弃去上层清液。
④。
(1)由题中信息知Ksp越大,表示电解质的溶解度越(填“大”或“小”)。
(2)写出第②步发生的化学反应方程式:
。
(3)设计第③步的目的是。
(4)请补充第④步操作及发生的现象:
(5)请写出该原理在实际生活、生产中的一个应用:
答案
(1)大
(2)Na2CO3(aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+Na2SO4(aq) (3)洗去沉淀中附着的SO
(4)向沉淀中加入足量的盐酸,沉淀完全溶解,并放出无色无味的气体 (5)将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3,再用盐酸除去
解析 Ksp越大,表示电解质的溶解度越大,溶解度大的沉淀会向溶解度小的沉淀转化,要证明CaSO4完全转化为CaCO3,可以加入盐酸,因为CaSO4不和盐酸反应,而CaCO3可完全溶于盐酸。
在实际生活、生产中利用此反应可以将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3再用盐酸除去。
沉淀转化的应用
1.(2018·
河南平顶山联考)T℃时,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×
10-20,Ksp[Fe(OH)3]=1.1×
10-38。
此温度下要除去CuCl2溶液中的少量FeCl3,可以边搅拌边加入一种试剂,这种试剂是( )
A.CuOB.NaOH溶液
C.氨水D.CuSO4溶液
解析 根据溶度积常数可知氢氧化铜的溶度积大于氢氧化铁的溶度积,因此要除去混在CuCl2溶液中的FeCl3,可加入氢氧化铜粉末,CuO或CuCO3,通过调节溶液的pH,促进铁离子水解生成氢氧化铁沉淀而除去,且不引入新的杂质,本题选A。
2.(2018·
包头高二月考)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 B
解析 ZnS和CuS的阴、阳离子个数比为1∶1,且Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),可得ZnS溶解度大于CuS,因此在ZnS饱和溶液中加CuSO4会使ZnS沉淀转化生成黑色CuS。
沉淀转化的现象与分析
3.已知如下物质的溶度积常数:
Ksp(FeS)=6.3×
10-18,Ksp(CuS)=6.3×
10-36。
下列说法正确的是( )
A.同温度下,CuS的溶解度大于FeS的溶解度
B.同温度下,向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体后,Ksp(FeS)变小
C.向含有等物质的量的FeCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液,最先出现的沉淀是FeS
D.除去工业废水中的Cu2+,可以选用FeS作沉淀剂
答案 D
解析 A项,由于FeS的Ksp大,且FeS与CuS的Ksp表达式是相同类型的,因此FeS的溶解度比CuS的大;
B项,Ksp不随浓度变化而变化,它只与温度有关;
C项,先达到CuS的Ksp,先出现CuS沉淀;
D项,向含有Cu2+的工业废水中加入FeS,FeS会转化为更难溶的CuS,故可以用FeS作沉淀剂。
4.已知CuSO4溶液分别与Na2CO3溶液、Na2S溶液的反应情况如下:
(1)CuSO4+Na2CO3
主要:
Cu2++CO
+H2O===Cu(OH)2↓+CO2↑
次要:
===CuCO3↓
(2)CuSO4+Na2S
Cu2++S2-===CuS↓
Cu2++S2-+2H2O===Cu(OH)2↓+H2S↑
下列几种物质的溶解度大小的比较中,正确的是( )
A.CuS<Cu(OH)2<CuCO3
B.CuS>Cu(OH)2>CuCO3
C.Cu(OH)2>CuCO3>CuS
D.Cu(OH)2<CuCO3<CuS
解析 沉淀反应中,生成物的溶解度越小,沉淀反应越容易发生,CuSO4+Na2CO3中主要发生Cu2++CO
+H2O===Cu(OH)2↓+CO2↑,次要发生Cu2++CO
===CuCO3↓,可说明Cu(OH)2的溶解度小于CuCO3的溶解度;
CuSO4+Na2S中主要发生Cu2++S2-===CuS↓,次要发生Cu2++S2-+2H2O===Cu(OH)2↓+H2S↑,可说明CuS的溶解度小于Cu(OH)2的溶解度,则溶解度CuS<Cu(OH)2<CuCO3。
A项正确。
5.(2018·
郑州一中质检)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( )
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 A项,在浊液a中,存在AgCl的沉淀溶解平衡,正确;
B项,在滤液b中,仍含有少量Ag+,故在b中加入KI溶液生成了AgI沉淀,错误;
由于AgI比AgCl更难溶解,向c中加入0.1mol·
L-1KI溶液,能发生沉淀的转化,生成黄色的AgI,C项和D项都正确。
6.已知:
Ksp[Mg(OH)2]=1.8×
10-11,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×
10-20。
向浓度为0.01mol·
L-1的Cu2+和Mg2+的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量,下列说法正确的是( )
A.较先出现的沉淀是Mg(OH)2
B.两种离子开始沉淀时,Cu2+所需溶液的pH较大
C.当两种沉淀共存时,说明溶液中完全不存在c(Cu2+)、c(Mg2+)
D.当两种沉淀共存时,溶液中
≈8.2×
108
解析 由于Ksp[Cu(OH)2]较Ksp[Mg(OH)2]小,所以Cu2+先沉淀,其所需OH-的浓度较小,即溶液的pH较小,故A、B错误;
绝对不溶的物质是不存在的,故C项错误;
当两种沉淀共存时,由于Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·
c2(OH-),Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·
c2(OH-),所以
=
108,D项正确。
7.
(1)已知Ksp(BaSO4)=1.0×
10-10,Ksp(BaCO3)=2.5×
10-9,某同学设想用下列流程得到BaCl2溶液,
BaSO4
BaCO3
BaCl2
则①的离子方程式为,
该反应的平衡常数K=。
(2)向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr,当两种沉淀共存时,
=。
[Ksp(AgBr)=5.4×
10-13,Ksp(AgCl)=1.8×
10-10]
答案
(1)BaSO4(s)+CO
(aq)BaCO3(s)+SO
(aq) 0.04
(2)3×
10-3
解析
(1)BaSO4转化为BaCO3的离子方程式为BaSO4(s)+CO
(aq)。
平衡常数K=
=0.04。
(2)AgCl、AgBr共存时AgCl(s)+Br-(aq)AgBr(s)+Cl-(aq),反应达到平衡,所以
=3×
10-3。
沉淀转化平衡及应用
题组一 沉淀的生成与溶解
1.当氢氧化镁固体在水中达到溶解平衡Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)时,为使Mg(OH)2固体的量减少,需加入少量的( )
A.NH4NO3B.NaOH
C.MgSO4D.Na2SO4
解析 要使Mg(OH)2固体的量减小,应使Mg(OH)2的溶解平衡右移,可减小c(Mg2+)或c(OH-)。
NH4NO3电离出的NH
能结合OH-,使平衡右移。
2.某pH=1的ZnCl2和HCl的混合溶液中含有FeCl3杂质,为了除去FeCl3杂质,需将溶液调至pH=4。
在调节溶液pH时,应选用的试剂是( )
A.NaOHB.ZnO
C.ZnSO4D.Fe2O3
解析 溶液中含有FeCl3杂质,将溶液调至pH=4,可使Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀而除去,注意不能引入新的杂质,可加入ZnO和酸反应调节溶液pH,使铁离子全部沉淀。
3.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4~5
B.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4~5
D.加入纯Cu将Fe2+还原为Fe
解析 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项正确;
在酸性溶液中H2S与Fe2+不反应,而H2S与Cu2+生成CuS沉淀,B项错误;
C项中的操作会引入新的杂质离子NH
,C项错误;
由金属的活动性Fe>Cu知,D项错误。
4.要使工业废水中的重金属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,选用的沉淀剂最好为( )
A.硫化物B.硫酸盐
C.碳酸盐D.以上沉淀剂均可
解析 要将Pb2+沉淀,就要形成溶解度更小的物质,由表中数据可知,PbS的溶解度最小,故沉淀剂最好为硫化物。
沉淀的生成——加沉淀剂法
题组二 沉淀的转化
5.已知:
25℃时,Ksp[Mg(OH)2]=5.61×
10-12,Ksp(MgF2)=7.42×
10-11。
A.25℃时,饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比,前者的c(Mg2+)大
B.25℃时,Mg(OH)2的悬浊液加入少量的NH4Cl固体,c(Mg2+)增大
C.25℃时,Mg(OH)2固体在20mL0.01mol·
L-1氨水中的Ksp比在20mL0.01mol·
L-1NH4Cl溶液中的Ksp小
D.25℃时,在Mg(OH)2的悬浊液中加入NaF溶液后,Mg(OH)2不可能转化为MgF2
解析 A项,Mg(OH)2与MgF2同属于AB2型沉淀,Ksp[Mg(OH)2]比Ksp(MgF2)小,说明饱和Mg(OH)2溶液中的c(Mg2+)更小;
B项,Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),NH
与OH-反应,而使平衡右移,c(Mg2+)增大;
C项,Ksp只与温度有关;
D项,Mg(OH)2的Ksp与MgF2的Ksp数量级接近,若F-浓度足够大,Mg(OH)2也能转化为MgF2。
6.25℃时,已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(Ksp)分别为Ksp(FeS)=6.3×
10-18;
Ksp(CuS)=1.3×
10-36;
Ksp(ZnS)=1.6×
10-24。
下列关于常温时的有关叙述正确的是( )
A.硫化锌、硫化铜、硫化亚铁的溶解度依次增大
B.将足量的ZnSO4晶体加入到0.1mol·
L-1的Na2S溶液中,Zn2+的浓度最大只能达到1.6×
10-23mol·
L-1
C.除去工业废水中含有的Cu2+,可采用FeS固体作为沉淀剂
D.向饱和的FeS溶液中加入FeSO4溶液后,混合液中c(Fe2+)变大、c(S2-)变小,但Ksp(FeS)变大
解析 化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时,Ksp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强,由Ksp可知,常温下,CuS的溶解度最小,故A错;
将足量的ZnSO4晶体加入到0.1mol·
L-1的Na2S溶液中,c(S2-)将减至非常小,而Zn2+的浓度远远大于1.6×
因CuS比FeS更难溶,FeS沉淀可转化为CuS沉淀;
温度不变,Ksp(FeS)不变。
7.下列说法不正确的是( )
A.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
B.向ZnS
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