热点4 沉淀溶解平衡的应用
【命题规律】
本专题的考查频率较高；本考点往往结合化学平衡移动综合考察，题型可以是填空题，也可以是选择题，难度中等。考查的核心素养以证据推理与模型认知为主。 【备考建议】
2020年高考备考的重点仍以K sp 的相关计算及应用为主，可能会与盐类水解的应用及溶液中微粒浓度关系相结合，以选择题的形式出现。 【限时检测】（建议用时：30分钟）
1.（2019·湖北省黄冈中学高考模拟）水垢中含有的CaSO 4，可先用Na 2CO 3溶液处理，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO 3。某化学兴趣小组用某浓度的Na 2CO 3溶液处理一定量的CaSO 4固体，测得所加Na 2CO 3溶液体积与溶液中-lgc(CO 32-)的关系如下。
已知Ksp(CaSO 4)=9×
10-6，Ksp(CaCO 3)=3×10-9，lg3=0.5，下列说法不正确的是（ ） A. 曲线上各点的溶液满足关系式：c(Ca 2+)·c(SO 42-)=Ksp(CaSO 4) B. CaSO 4(s)+CO 32-(aq) ? CaCO 3(s)+SO 42-(aq) K=3×103 C. 该Na 2CO 3溶液的浓度为1mol/L
D. 相同实验条件下，若将Na 2CO 3溶液的浓度改为原浓度的2倍，则上图曲线整体向上平移1个单位即可 【答案】D
【详解】A. CaSO 4的溶度积表达式K sp (CaSO 4)= c(Ca 2+)·c(SO 42-)，A 项正确； B. CaSO 4(s)+CO 32-(aq)?CaCO 3(s)+SO 42-(aq)的化学平衡常数
2-2-2+sp 43442-2-269
+33sp 3K (CaSO )c(SO )c(SO )c(Ca )=310c(CO )c(CO )c(Ca )K (CaCO )910310K --?====????，B 项正确；
C. 依据上述B 项分析可知，CaSO 4(s)+CO 32-(aq)?CaCO 3(s)+SO 42-(aq) K=3×103，每消耗1mol CO 32-会生成
1mol SO42-，在CaSO4完全溶解前溶液中的c(SO42-)等于Na2CO3溶液的浓度，设Na2CO3溶液的浓度为1mol/L，
则c(SO42-)=1mol/L，根据
2-
3 4
2-
3
c(SO)
K310
c(CO)
==?可得溶液中c(CO32-)=-3
1
10
3
?，-lg c(CO32-)=3.5，与图像相符，C项正确；
D. 依据题意可知，起始CaSO4的物质的量为0.02mol，相同实验条件下，若将Na2CO3溶液的浓度改为原浓度的2倍，则消耗碳酸钠的体积为10mL，在CaSO4完全溶解前溶液中的c(SO42-)=2mol/L，根据
2-
3
4
2-
3
c(SO)
K310
c(CO)
==?可得溶液中c(CO32-)=-3
2
10
3
?，-lg c(CO32-)=3.2，图像中的横纵坐标都要改变，D项错误。
2.（2019·新课标Ⅱ卷）绚丽多彩的无机颜料的应用曾创造了古代绘画和彩陶的辉煌。硫化镉(CdS)是一种难溶于水的黄色颜料，其在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是
A. 图中a和b分别为T1、T2温度下CdS在水中的溶解度
B. 图中各点对应的K sp的关系为：K sp(m)=K sp(n) C. 向m点的溶液中加入少量Na2S固体，溶液组成由m沿mpn线向p方向移动 D. 温度降低时，q点的饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动 【答案】B 【详解】A. CdS在水中存在沉淀溶解平衡：CdS(s)?Cd2+(aq)+S2-(aq)，其溶度积K sp=c(Cd2+)·c(S2-),在饱和溶液中，c(Cd2+)= c(S2-)，结合图象可以看出，图中a和b分别表示T1和T2温度下CdS的溶解度，A项正确； B. CdS的沉淀溶解平衡中的溶度积受温度影响，m、n和p点均在温度为T1条件下所测的对应离子浓度，则其溶度积相同，B项错误； C. m点达到沉淀溶解平衡，向其中加入硫化钠后，平衡向逆反应方向移动，c(Cd2+)减小，c(S2-)增大，溶液组成由m沿mnp向p方向移动，C项正确； D. 从图象中可以看出，随着温度的升高，离子浓度增大，说明CdS(s)?Cd 2+(aq)+S 2-(aq)为吸热反应，则温度降低时，q 点对应饱和溶液的溶解度下降，溶液中的c(Cd 2+)与c(S 2-)同时减小，会沿qp 线向p 点方向移动，D 项正确。 3.（2019·山东省德州市高考联考模拟）铍铜合金是综合性能良好的合金材料，广泛应用于制造高级弹性元件。以下是从某废旧铍铜元件(含BeO 约25％、CuS 约71％、少量FeS 和SiO 2)中回收铍和铜两种金属的流程： 已知：I ．铍、铝元素处于元素周期表中的对角线位置，化学性质相似； II ．常温下：K SP [Cu(OH)2]=2．2×10-20 K SP [Fe(OH)3]=2．8×l0-38K SP [Mn(OH)2]=2.1×10-13 （1）①中BeO 发生反应的化学方程式________________________________；固体D 的化学式为_____________________________。 （2）将BeCl 2溶液蒸干得到BeCl 2固体，应在HCl 气流中进行，其原因是 __________________(用离子方程式表示)。溶液C 中含NaC1、BeC12和少量HC1，为提纯BeCl 2溶液，选择最佳步骤依次为_________。 a ．通入过量的CO 2 b ．加入适量的HCl c ．加入过量的NaOH d ．加入过量的氨水 e ．过滤 f ．洗涤 （3）溶液E 中含c (Cu 2+)=2．2mol· L -1、c(Mn 2+)=0．21mol·L -1、c(Fe 3+)=0．0028mol·L -1，逐滴加入稀氨水调节pH ，产生沉淀的先后顺序是___________________，为使铜离子开始沉淀，常温下应调节溶液的pH 大于____________。 （4）取铍铜元件1kg ，最终获得Be 的质量为76．5g ，则产率约为________________。 【答案】（1）BeO+2NaOH=Na 2BeO 2+H 2O 或BeO+2NaOH+H 2O=Na 2［Be(OH)4］ H 2SiO 3(或H 4SiO 4) （2） Be 2++2H 2O Be(OH)2+2H + defb （3）Fe(OH)3、Cu(OH)2、Mn(OH)2 4 （4）85% 【分析】①BeO+2NaOH=Na 2BeO 2+H 2O 或BeO+2NaOH+H 2O=Na 2［Be(OH)4］，SiO 2+2NaOH=Na 2SiO 3+H 2O ，滤液A 主要含有Na 2BeO 2、Na 2SiO 3，滤渣B 为 CuS 、FeS ；②Na 2BeO 2+4HCl=2NaCl+BeCl 2+2H 2O 、 Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓或Na2SiO3+2HCl+H2O=2NaCl+H4SiO4↓，滤液C主要含有NaCl、BeCl2、HCl，固体D为H2SiO3（H4SiO4）；③CuS+MnO2+2H2SO4=CuSO4+MnSO4+S↓+2H2O、2FeS+3MnO2+6H2SO4= 3MnSO4+Fe2（SO4）3+2S↓+6H2O，溶液E为CuSO4、MnSO4、Fe2（SO4）3的混合溶液，固体主要为S。【详解】（1）①铍、铝元素处于元素周期表中的对角线位置，化学性质相似，则①中BeO发生反应的化学方程式BeO+2NaOH=Na2BeO2+H2O或者BeO+2NaOH+H2O=Na2［Be(OH)4］；②中发生反应Na2BeO2+4HCl=2NaCl+BeCl2+2H2O、Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓或者 Na2SiO3+2HCl+H2O=2NaCl+H4SiO4↓，则固体D为H2SiO3(或H4SiO4)； （2）BeCl 2为易挥发性强酸的弱碱盐，溶液蒸干时由于Be2++2H2O Be(OH)2+2H+，盐酸易挥发，使得水解正向进行，得不到BeCl2固体，应在HCl气流中进行抑制Be2+的水解；提纯BeCl2溶液步骤①先生成Be(OH)2沉淀便于分离，因为Be(OH)2溶于过量强碱，所以选择弱碱；②过滤、洗涤③加入适量盐酸 Be(OH)2+2HCl=BeCl2+H2O； （3）根据K sp计算开始生成沉淀所需pH: K SP[Cu(OH)2]=2.2×10-20 =c(Cu2+)×c（OH-）2得c（OH-）=10-10，pH=4； K SP[Fe(OH)3]=2.8×l0-38=c(Fe3+)×c（OH-）3得c（OH-）=10-35/3，pH≈2.3； K SP[Mn(OH)2]=2.1×10-13==c(Mn2+)×c（OH-）2得c（OH-）=10-6，pH=8； 则逐滴加入稀氨水调节pH，产生沉淀的先后顺序是Fe(OH)3、Cu(OH)2、Mn(OH)2，为使铜离子开始沉淀，常温下应调节溶液的pH大于4； （4）理论产量约为：1000×25%×9 25 =90g，则产率约为 76.5 100% 90 =85%； 4.高考题、名校高考模拟题精选 （1）（2019·东北育才学校科学高中部高考模拟）工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)母液生产重铬酸钾(K2Cr2O7)的工艺流程如图所示: ①通过冷却结晶能析出大量K2Cr2O7的原因是__________________。 ②上述流程中K2Cr2O7发生氧化还原反应后所得溶液中除含有Cr3+外,还含有一定浓度的Fe3+杂质,可通过加碱调pH的方法使两者转化为沉淀。已知c(Cr3+)=3×10-5 mol·L-1,则当溶液中开始析出Cr(OH)3沉淀时Fe3+是否沉淀完全?____(填“是”或“否”)。{已知: K sp[Fe(OH)3]=4.0×10-38, K sp[Cr(OH)3]=6.0×10-31} （2）（2019·宁夏银川一中高考模拟，节选） ①已知：H2S的电离常数K1=1.0×10?7，K2=7.0×10?15。0.1 mol/L NaHS的pH____7(填“＞”“＝”或“＜”），理由是________________________________________________________。 ②在废水处理领域中常用H2S将Mn2+转化为MnS除去，向含有0.020 mol·L?1 Mn2+废水中通入一定量的H2S气体，调节溶液的pH=a，当HS?浓度为1.0×10?4 mol·L?1时，Mn2+开始沉淀，则a=_____。[已知： K sp(MnS)=1.4×10?15] 【答案】（1）①低温条件下,K2Cr2O7的溶解度在整个体系中最小,且K2Cr2O7的溶解度随温度的降低而显著减小②是 （2）①.＞HS-的水解常数=10－14 /10－7=10-7，10-7＞7.0×10?15，水解程度大于电离程度，溶液显碱性，pH ＞7 ②5 【详解】（1）①Na2Cr2O7溶液加入KCl(s)，得到K2Cr2O7，说明低温下，K2Cr2O7的溶解度在整个体系中最小，且K2Cr2O7的溶解度随温度的降低而显著减小； ②Cr(OH)3开始出现沉淀时，溶液中c3(OH－)= 31 3 3+5 Ksp[Cr(OH)] 6.010 c(Cr)310 - - ? = ? =2×10－26，Fe3＋沉淀完全，c(Fe3 ＋)应小于10－5mol·L－1，Fe(OH)3沉淀完全时，溶液中c3(OH－) = 38 3 3+5 Ksp[Fe(OH)] 4.010 c(Fe) 1.010 - - ? = ? =4×10－33<2×10 －26，说明Fe3＋沉淀完全。 （2）①NaHS溶液中HS-既能水解又能电离，HS-的电离常数是7.0×10?15，HS-的水解常数是 ，水解大于电离，溶液呈碱性pH＞7； ②含有0.020 mol·L?1 Mn2+废水，Mn2+开始沉淀时S2-的浓度是7×10?14，此时HS?浓度为1.0×10?4 mol·L?1，根据，， 所以a=5。 5.（2019·新课标Ⅲ卷）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。回答下列问题： 相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L?1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： 金属离子 Mn 2+ Fe 2+ Fe 3+ Al 3+ Mg 2+ Zn 2+ Ni 2+ 开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9 （1）“滤渣1”含有S 和__________________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。 （2）“氧化”中添加适量的MnO 2的作用是将________________________。 （3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH 范围应调节为_______~6之间。 （4）“除杂1”的目的是除去Zn 2+和Ni 2+，“滤渣3”的主要成分是______________。 （5）“除杂2”的目的是生成MgF 2沉淀除去Mg 2+。若溶液酸度过高，Mg 2+沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。 （6）写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。 （7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi x Co y Mn z O 2，其中Ni 、Co 、Mn 的化合价分别为+2、+3、+4。当x =y = 1 3 时，z =___________。 【答案】（1）SiO 2（不溶性硅酸盐） MnO 2+MnS+2H 2SO 4=2MnSO 4+S+2H 2O （2）将Fe 2+氧化为Fe 3+ （3）4.7 （4）NiS 和ZnS （5）F ?与H +结合形成弱电解质HF ，MgF 2 Mg 2++2F ?平衡向右移动 （6）Mn 2++23HCO =MnCO 3↓+CO 2↑+H 2O (8). 1 3 【详解】（1）Si 元素以SiO 2或不溶性硅盐存在，SiO 2与硫酸不反应，所以滤渣I 中除了S 还有SiO 2；在硫酸的溶浸过程中，二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应，二氧化锰作氧化剂，硫化锰作还原剂，方程式为：MnO 2+MnS+2H 2SO 4=2MnSO 4+S+2H 2O ； （2）二氧化锰作为氧化剂，使得MnS 反应完全，且将溶液中Fe 2+氧化为Fe 3+； （3）由表中数据知pH 在4.7时，Fe 3+和Al 3+沉淀完全，所以应该控制pH 在4.7~6之间； （4）根据题干信息，加入Na 2S 除杂为了除去锌离子和镍离子，所以滤渣3是生成的沉淀ZnS 和NiS ； （5）由HF 垐?噲 ? H ++F -知，酸度过大，F -浓度减低，使得MgF 2垐?噲?Mg 2++2F -平衡向沉淀溶解方向移动，Mg 2+沉淀不完全； （6）根据题干信息沉锰的过程是生成了MnCO 3沉淀，所以反应离子方程式为： Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O； （7）根据化合物中各元素化合价代数和为0的规律得：1+2x+3y+4z=6，已知，x=y=1/3，带入计算得：z=1/3
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