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第2课时 沉淀溶解平衡的应用
1.沉淀的生成。
利用生成沉淀可达到 分离或除去某些离子 的目的。常用的方法有调节pH法和加沉淀剂法。
(1)调节pH法。
例如除去氯化铵固体中的杂质氯化铁:将固体溶于水,向溶液中加入 氨水 调节pH,使Fe3+转化为 Fe(OH)3沉淀 而除去。反应的离子方程式为
Fe3++3NH3·H2O ══ Fe(OH)3↓+3 。
(2)加沉淀剂法。
例如以Na2S作沉淀剂,可除去工业废水中的Cu2+、Hg2+等离子,生成极难溶的 CuS、HgS 等沉淀而除去。反应的离子方程式为 Cu2++S2- ══ CuS↓,Hg2++S2- ══ HgS↓ 。
2.沉淀的溶解。
(1)沉淀溶解的原理。
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平衡体系中的相应离子,Q
(3)沉淀溶解的方法。
①酸溶解法:用强酸溶解的难溶电解质有CaCO3、FeS、Al(OH)3、Ca(OH)2等。
②盐溶液溶解法:Mg(OH)2难溶于水,能溶于盐酸、NH4Cl溶液中。溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为
3.沉淀的转化。
(1)实验探究AgCl、AgI、Ag2S的转化。
实验结论:AgCl沉淀转化为AgI沉淀,AgI沉淀又转化为Ag2S沉淀,说明溶解度由小到大的顺序为 Ag2S
由Ksp值可看出AgI的溶解度远比AgCl的溶解度小。
当向AgCl沉淀中滴加KI溶液时,Q(AgI)>Ksp(AgI)导致AgCl溶解、AgI生成,反应的离子方程式可表示为:
反应向正反应方向进行完全,即AgCl沉淀可转化为AgI沉淀。
(2)实验探究Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化。
实验结论:Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀,说明溶解度:
Fe(OH)3
①实质:沉淀的转化是指由一种难溶物转化为另一种难溶物的过程,其实质是沉淀溶解平衡的移动。
②条件:两种沉淀的溶解度不同。一般溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现,两者的溶解度差别越大,转化越容易。
(4)应用。
①锅炉除水垢。先用Na2CO3溶液处理水垢,使难溶于盐酸的CaSO4转化为疏松且易溶于盐酸的CaCO3,再用盐酸溶解。有关反应的离子方程式为
CaSO4(s)+ (aq) ==== CaCO3(s)+ (aq) , CaCO3+2H+ ==== Ca2++H2O+CO2↑ 。
②自然界中矿物的转化。CuSO4溶液遇闪锌矿(ZnS)转化为铜蓝(CuS),转化反应的离子方程式为
Cu2+(aq)+ZnS(s)====CuS(s)+Zn2+(aq) 。
微思考 水垢中含有CaCO3和Mg(OH)2,为什么不是MgCO3和Ca(OH)2
提示:MgCO3和Ca(OH)2属于微溶物,CaCO3和Mg(OH)2属于难溶物,溶解度小。
微判断 (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。( )
(4)为减少洗涤过程中BaSO4固体的损耗,最好选用稀硫酸代替H2O洗涤。( )
×
√
√
√
微训练1 .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:在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中存在平衡
ZnS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq),加入CuSO4溶液后,因为Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),平衡正向移动,白色固体逐渐变为黑色。
2.Mg(OH)2固体在水中存在下列沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),欲减少Mg(OH)2固体的量,可以加入少量的( )。
A.NaOH固体
B.NaCl固体
C.MgSO4固体
D.NaHSO4固体
答案:D
解析:A项,加NaOH固体,会使c(OH-)增大,平衡左移,Mg(OH)2固体的量增加,错误;B项,加NaCl固体,平衡不移动,错误;C项,加MgSO4会使c(Mg2+)增大,平衡左移,Mg(OH)2固体的量增加,错误;D项,加NaHSO4固体,发生反应,c(OH-)减小,平衡右移, Mg(OH)2固体减少,正确。
3.已知溶度积Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgBr)=5.4×10-13,现将AgCl与AgBr的饱和溶液等体积混合,是否有沉淀析出,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。
一、沉淀反应的应用
问题探究
1.可溶性钡盐(如BaCl2等)误作食盐食用,会造成钡中毒。中毒患者常用5.0%的Na2SO4溶液洗胃的原因是什么
提示:中毒后用5.0%的Na2SO4溶液洗胃, 与Ba2+结合生成BaSO4沉淀,可缓解Ba2+对人体的毒害。
2.常温下,已知不同金属离子在溶液中沉淀时,溶液的pH不同。
物质 Fe3+ Cu2+ Zn2+
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2
沉淀完全pH 3.2 6.7 8.2
根据信息分析除去CuCl2溶液中的FeCl3可选什么试剂,溶液pH的调节范围是多少,原理是什么。
提示:因FeCl3发生水解反应:Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+,故可选择CuO或CuCO3,消耗Fe3+水解生成的H+,调节溶液pH在3.2~4.2之间,从而促进Fe3+完全以Fe(OH)3形式沉淀出来,并通过过滤除去Fe(OH)3及过量的CuO或CuCO3。
归纳总结
1.沉淀的生成。
(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。
(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。
通过加入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 BaCO3。
(2)当一种试剂能与溶液中几种离子生成沉淀时,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。
特别提醒 1.对于化学式中阴、阳离子的个数比相同,且含有相同离子的难溶电解质,如AgCl、AgBr、AgI,向含有Cl-、Br-、I-的溶液中滴入AgNO3溶液,不一定先析出AgI沉淀,最后析出AgCl沉淀,这要看溶液中Cl-、Br-、I-的浓度大小。
2.计算使某金属离子沉淀完全时所需溶液的pH。中学化学中一般认为当离子浓度小于10-5 mol·L-1时即沉淀完全,因此可依据金属氢氧化物的Ksp求出当金属离子沉淀完全时溶液的pH。
典例剖析
【例1】 化工生产中含Cu2+的废水常用MnS(s)作沉淀剂,其反应原理为Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)。一定温度下,下列有关该反应的推理正确的是( )。
A.该反应达到平衡时,c(Cu2+)=c(Mn2+)
B.平衡体系中加入少量CuS(s)后,c(Mn2+)变小
C.平衡体系中加入少量Cu(NO3)2(s)后,c(Mn2+)变大
C
学以致用
1.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)=8.0×10-28]( )。
A.NaCl B.Na2S
C.Na2SO4 D.Na2CO3
答案:B
解析:由题意可知PbS的溶解度最小,用S2-沉淀废水中的Pb2+最完全。
2.某些离子的氢氧化物溶度积常数如表所示。
离子 Fe3+ Zn2+ Cu2+ Fe2+
Ksp 1.0×10-39 1.0×10-17 2.2×10-20 4.9×10-17
(1)常温下,要除去0.1 mol·L-1 ZnSO4溶液中混有的Fe3+,可以通过调节溶液的pH来实现,试通过计算确定,当调节溶液的pH为 时可认为Fe3+沉淀完全。
(2)常温下,除去ZnSO4溶液中混有的Fe2+,可先加入 ,再加入 ,并调节溶液的pH即可。
答案:(1)2.7≤pH<6 (2)H2O2(答案合理即可,下同) ZnO
解析:(1)Fe3+恰好沉淀完全时,
Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=10-5·c3(OH-)=1.0×10-39,
(2)先加入氧化剂如H2O2把Fe2+氧化成Fe3+,再加入ZnO调节溶液的pH大于2.7。
二、沉淀溶解平衡图像分析
问题探究
在T ℃时,AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。
1.A点是否有沉淀析出 B点是否有沉淀析出
提示:A点:QKsp,有沉淀析出。
2.采取什么措施可以使溶液由C点到D点 该过程中Ksp(AgBr)是否变化
提示:增大c(Br-);Ksp(AgBr)不变化。
归纳总结
1.曲线上任一点均为饱和溶液,可根据Q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lg c(X)=a,则c(X)=10a。
4.当坐标表示浓度的负对数(-lg X=pX)时,pX越大,c(X)越小,c(X)=10-pX。
典例剖析
【例2】已知p(Ba2+)=-lg c(Ba2+)、
p(X2-)=-lg c(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( )。
C
解析:由图像信息知Ksp(BaSO4)c( ),A项错误,C项正确;M点时,Q(BaCO3)
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1×10-8
D.图中a= ×10-4
C
解析: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项正确;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项正确;曲线上的点都是沉淀溶解平衡点,Ag2CrO4的沉淀溶解平衡为
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
答案:B
解析: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汽加热到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
A
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 ,C项错误;由金属的活动性Fe>Cu知,D项错误。
3.实验:①0.1 mol·L-1 MgCl2溶液和0.2 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合得到悬浊液a,取少量悬浊液a过滤得到滤液b和白色沉淀c;②向悬浊液a中滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,出现红褐色沉淀。下列分析不正确的是( )。
A.滤液b的pH=7
B.②中颜色变化说明Mg(OH)2转化为Fe(OH)3
C.滤液b的pH>7
D.悬浊液a中存在沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)
A
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
Y点变到Z点
B.加入少量水,平衡右移,Cl-浓度减小
C.Z点没有AgCl沉淀生成
D.Y点对应的Ksp等于X点对应的Ksp
D
解析:A项,加入AgNO3,c(Ag+)增大,c(Cl-)减小,而Y、Z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, Z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,X、Y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.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,改变溶液的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
B
解析:比较b、c两点,金属阳离子的浓度相同,对应的pH分别为1.3、4.4,即前者c(OH-)小,根据Ksp的表达式可得Ksp[Fe(OH)3]
难溶电解质 CaCO3 CaSO4 MgCO3
Ksp 2.8×10-9 9.1×10-6 6.8×10-6
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100 mL 0.1 mol·L-1的CaCl2溶液中加入100 mL 0.1 mol·L-1的Na2SO4溶液,立即有白色沉淀生成。
②向上述悬浊液中加入固体Na2CO3 3 g,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Ksp越大,表示电解质的溶解能力越 (填“大”或“小”)。
(2)写出第②步发生反应的化学方程式:
。
(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
(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,表示电解质的溶解能力越大,溶解能力大的沉淀会向溶解能力小的沉淀转化,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。
第2课时 沉淀溶解平衡的应用
1.沉淀的生成。
利用生成沉淀可达到 分离或除去某些离子 的目的。常用的方法有调节pH法和加沉淀剂法。
(1)调节pH法。
例如除去氯化铵固体中的杂质氯化铁:将固体溶于水,向溶液中加入 氨水 调节pH,使Fe3+转化为 Fe(OH)3沉淀 而除去。反应的离子方程式为
Fe3++3NH3·H2O ══ Fe(OH)3↓+3 。
(2)加沉淀剂法。
例如以Na2S作沉淀剂,可除去工业废水中的Cu2+、Hg2+等离子,生成极难溶的 CuS、HgS 等沉淀而除去。反应的离子方程式为 Cu2++S2- ══ CuS↓,Hg2++S2- ══ HgS↓ 。
2.沉淀的溶解。
(1)沉淀溶解的原理。
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平衡体系中的相应离子,Q
(3)沉淀溶解的方法。
①酸溶解法:用强酸溶解的难溶电解质有CaCO3、FeS、Al(OH)3、Ca(OH)2等。
②盐溶液溶解法:Mg(OH)2难溶于水,能溶于盐酸、NH4Cl溶液中。溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为
3.沉淀的转化。
(1)实验探究AgCl、AgI、Ag2S的转化。
实验结论:AgCl沉淀转化为AgI沉淀,AgI沉淀又转化为Ag2S沉淀,说明溶解度由小到大的顺序为 Ag2S
由Ksp值可看出AgI的溶解度远比AgCl的溶解度小。
当向AgCl沉淀中滴加KI溶液时,Q(AgI)>Ksp(AgI)导致AgCl溶解、AgI生成,反应的离子方程式可表示为:
反应向正反应方向进行完全,即AgCl沉淀可转化为AgI沉淀。
(2)实验探究Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化。
实验结论:Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀,说明溶解度:
Fe(OH)3
①实质:沉淀的转化是指由一种难溶物转化为另一种难溶物的过程,其实质是沉淀溶解平衡的移动。
②条件:两种沉淀的溶解度不同。一般溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现,两者的溶解度差别越大,转化越容易。
(4)应用。
①锅炉除水垢。先用Na2CO3溶液处理水垢,使难溶于盐酸的CaSO4转化为疏松且易溶于盐酸的CaCO3,再用盐酸溶解。有关反应的离子方程式为
CaSO4(s)+ (aq) ==== CaCO3(s)+ (aq) , CaCO3+2H+ ==== Ca2++H2O+CO2↑ 。
②自然界中矿物的转化。CuSO4溶液遇闪锌矿(ZnS)转化为铜蓝(CuS),转化反应的离子方程式为
Cu2+(aq)+ZnS(s)====CuS(s)+Zn2+(aq) 。
微思考 水垢中含有CaCO3和Mg(OH)2,为什么不是MgCO3和Ca(OH)2
提示:MgCO3和Ca(OH)2属于微溶物,CaCO3和Mg(OH)2属于难溶物,溶解度小。
微判断 (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。( )
(4)为减少洗涤过程中BaSO4固体的损耗,最好选用稀硫酸代替H2O洗涤。( )
×
√
√
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微训练1 .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:在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中存在平衡
ZnS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq),加入CuSO4溶液后,因为Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),平衡正向移动,白色固体逐渐变为黑色。
2.Mg(OH)2固体在水中存在下列沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),欲减少Mg(OH)2固体的量,可以加入少量的( )。
A.NaOH固体
B.NaCl固体
C.MgSO4固体
D.NaHSO4固体
答案:D
解析:A项,加NaOH固体,会使c(OH-)增大,平衡左移,Mg(OH)2固体的量增加,错误;B项,加NaCl固体,平衡不移动,错误;C项,加MgSO4会使c(Mg2+)增大,平衡左移,Mg(OH)2固体的量增加,错误;D项,加NaHSO4固体,发生反应,c(OH-)减小,平衡右移, Mg(OH)2固体减少,正确。
3.已知溶度积Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgBr)=5.4×10-13,现将AgCl与AgBr的饱和溶液等体积混合,是否有沉淀析出,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。
一、沉淀反应的应用
问题探究
1.可溶性钡盐(如BaCl2等)误作食盐食用,会造成钡中毒。中毒患者常用5.0%的Na2SO4溶液洗胃的原因是什么
提示:中毒后用5.0%的Na2SO4溶液洗胃, 与Ba2+结合生成BaSO4沉淀,可缓解Ba2+对人体的毒害。
2.常温下,已知不同金属离子在溶液中沉淀时,溶液的pH不同。
物质 Fe3+ Cu2+ Zn2+
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2
沉淀完全pH 3.2 6.7 8.2
根据信息分析除去CuCl2溶液中的FeCl3可选什么试剂,溶液pH的调节范围是多少,原理是什么。
提示:因FeCl3发生水解反应:Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+,故可选择CuO或CuCO3,消耗Fe3+水解生成的H+,调节溶液pH在3.2~4.2之间,从而促进Fe3+完全以Fe(OH)3形式沉淀出来,并通过过滤除去Fe(OH)3及过量的CuO或CuCO3。
归纳总结
1.沉淀的生成。
(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。
(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。
通过加入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 BaCO3。
(2)当一种试剂能与溶液中几种离子生成沉淀时,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。
特别提醒 1.对于化学式中阴、阳离子的个数比相同,且含有相同离子的难溶电解质,如AgCl、AgBr、AgI,向含有Cl-、Br-、I-的溶液中滴入AgNO3溶液,不一定先析出AgI沉淀,最后析出AgCl沉淀,这要看溶液中Cl-、Br-、I-的浓度大小。
2.计算使某金属离子沉淀完全时所需溶液的pH。中学化学中一般认为当离子浓度小于10-5 mol·L-1时即沉淀完全,因此可依据金属氢氧化物的Ksp求出当金属离子沉淀完全时溶液的pH。
典例剖析
【例1】 化工生产中含Cu2+的废水常用MnS(s)作沉淀剂,其反应原理为Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)。一定温度下,下列有关该反应的推理正确的是( )。
A.该反应达到平衡时,c(Cu2+)=c(Mn2+)
B.平衡体系中加入少量CuS(s)后,c(Mn2+)变小
C.平衡体系中加入少量Cu(NO3)2(s)后,c(Mn2+)变大
C
学以致用
1.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)=8.0×10-28]( )。
A.NaCl B.Na2S
C.Na2SO4 D.Na2CO3
答案:B
解析:由题意可知PbS的溶解度最小,用S2-沉淀废水中的Pb2+最完全。
2.某些离子的氢氧化物溶度积常数如表所示。
离子 Fe3+ Zn2+ Cu2+ Fe2+
Ksp 1.0×10-39 1.0×10-17 2.2×10-20 4.9×10-17
(1)常温下,要除去0.1 mol·L-1 ZnSO4溶液中混有的Fe3+,可以通过调节溶液的pH来实现,试通过计算确定,当调节溶液的pH为 时可认为Fe3+沉淀完全。
(2)常温下,除去ZnSO4溶液中混有的Fe2+,可先加入 ,再加入 ,并调节溶液的pH即可。
答案:(1)2.7≤pH<6 (2)H2O2(答案合理即可,下同) ZnO
解析:(1)Fe3+恰好沉淀完全时,
Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=10-5·c3(OH-)=1.0×10-39,
(2)先加入氧化剂如H2O2把Fe2+氧化成Fe3+,再加入ZnO调节溶液的pH大于2.7。
二、沉淀溶解平衡图像分析
问题探究
在T ℃时,AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。
1.A点是否有沉淀析出 B点是否有沉淀析出
提示:A点:Q
2.采取什么措施可以使溶液由C点到D点 该过程中Ksp(AgBr)是否变化
提示:增大c(Br-);Ksp(AgBr)不变化。
归纳总结
1.曲线上任一点均为饱和溶液,可根据Q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lg c(X)=a,则c(X)=10a。
4.当坐标表示浓度的负对数(-lg X=pX)时,pX越大,c(X)越小,c(X)=10-pX。
典例剖析
【例2】已知p(Ba2+)=-lg c(Ba2+)、
p(X2-)=-lg c(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( )。
C
解析:由图像信息知Ksp(BaSO4)
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1×10-8
D.图中a= ×10-4
C
解析: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项正确;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项正确;曲线上的点都是沉淀溶解平衡点,Ag2CrO4的沉淀溶解平衡为
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
答案:B
解析: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汽加热到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
A
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 ,C项错误;由金属的活动性Fe>Cu知,D项错误。
3.实验:①0.1 mol·L-1 MgCl2溶液和0.2 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合得到悬浊液a,取少量悬浊液a过滤得到滤液b和白色沉淀c;②向悬浊液a中滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,出现红褐色沉淀。下列分析不正确的是( )。
A.滤液b的pH=7
B.②中颜色变化说明Mg(OH)2转化为Fe(OH)3
C.滤液b的pH>7
D.悬浊液a中存在沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)
A
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
Y点变到Z点
B.加入少量水,平衡右移,Cl-浓度减小
C.Z点没有AgCl沉淀生成
D.Y点对应的Ksp等于X点对应的Ksp
D
解析:A项,加入AgNO3,c(Ag+)增大,c(Cl-)减小,而Y、Z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, Z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,X、Y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.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,改变溶液的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
B
解析:比较b、c两点,金属阳离子的浓度相同,对应的pH分别为1.3、4.4,即前者c(OH-)小,根据Ksp的表达式可得Ksp[Fe(OH)3]
难溶电解质 CaCO3 CaSO4 MgCO3
Ksp 2.8×10-9 9.1×10-6 6.8×10-6
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100 mL 0.1 mol·L-1的CaCl2溶液中加入100 mL 0.1 mol·L-1的Na2SO4溶液,立即有白色沉淀生成。
②向上述悬浊液中加入固体Na2CO3 3 g,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Ksp越大,表示电解质的溶解能力越 (填“大”或“小”)。
(2)写出第②步发生反应的化学方程式:
。
(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
(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,表示电解质的溶解能力越大,溶解能力大的沉淀会向溶解能力小的沉淀转化,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。
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