沉淀溶解平衡的应用

1．工业废水中常含有不同类型的污染物，可采用不同的方法处理。以下处理措施和方法都正确的是( )

【答案】D

【解析】废酸与碱中和属于化学法，A项错；Cu2＋不能用SO2－4沉降，B项错；活性炭无法吸附苯，C项错；

Na2CO3＋ Ca(OH)2===CaCO3↓＋ 2NaOH，是复分解法，属于化学法，D项正确。

2．25 ℃时，已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(K sp)分别为K sp(FeS)＝6.3×10－18 mol2·L－2；K sp(CuS)＝1.3×10－36 mol2·L－2；K sp(ZnS)＝1.6×10－24 mol2·L－2。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0.1 mol·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固体后，混合液中[Fe2＋]变大、[S2－]变小，但K sp(FeS)变大

【答案】C

【解析】化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时，K sp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强，由K sp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0.1 mol·L－1的Na2S 溶液中，S2－的浓度将减至非常小，而Zn2＋的浓度远远大于1.6×10－23mol·L－1；因CuS比FeS更难溶，FeS沉淀可转化为CuS沉淀；温度不变，K sp(FeS)不变。

3．已知：25 ℃时，K sp[Mg(OH)2]＝5.61×10－12 mol3·L－3，K sp[MgF2]＝7.42×10－11 mol3·L－3。下列说法正确的是( )

A．25 ℃时，饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比，前者的[Mg2＋]大

B．25 ℃时，Mg(OH)2的悬浊液加入少量的NH4Cl固体，[Mg2＋]增大

C．25 ℃时，Mg(OH)2固体在20 mL 0.01 mol·L－1氨水中的K sp比在20 mL 0.01 mol·L－1NH4Cl溶液中的K sp小

D．25 ℃时，在Mg(OH)2的悬浊液中加入NaF溶液后，Mg(OH)2不可能转化成为MgF2

【答案】B

【解析】A 项，Mg(OH)2的溶度积小，故其电离的Mg 2＋浓度要小一些，错；B 项，NH ＋

4可以结合Mg(OH)2电离

出的OH －

，从而促使Mg(OH)2的电离平衡正向移动，[Mg 2＋

]增大，正确；C 项，K sp 仅与温度有关，故错；D 项，二者K sp 接近，使用浓NaF 溶液可以使Mg(OH)2转化成为MgF 2，故D 错。 4．已知几种难溶电解质的溶度积常数K sp (25 ℃)见下表：

A ．由溶度积常数可判断在相同条件下一些物质的溶解性大小

B ．将等体积的4×10－3

mol·L －1

的AgNO 3溶液和4×10－3

mol·L －1

的 K 2CrO 4溶液混合，有Ag 2CrO 4沉淀产生

C ．向AgCl 的悬浊液中滴加饱和NaBr 溶液可以得到黄色AgBr 悬浊液

D ．向100 mL 0.1 mol·L －1

的Na 2SO 4溶液中加入1 mL 0.1 mol·L －1

的AgNO 3溶液，有白色沉淀生成 【答案】D

【解析】D 项，混合溶液中[Ag ＋

]＝0.1 mol·L －1

×

1 mL 101 mL

≈0.001 mol·L －1，[Ag ＋]2[SO 2－4]＝0.0012

×0.1

mol 3

·L －3

＝1×10－7

mol 3

·L －3

<1.4×10－5

mol 3

·L －3

，故不会产生沉淀。

5．在Cl －

和CrO 2－

4离子浓度都是0.100 mol·L －1

的混合溶液中逐滴加入AgNO 3溶液(忽略体积改变)时，问AgCl 和Ag 2CrO 4哪一种先沉淀？当Ag 2CrO 4开始沉淀时，溶液中Cl －

离子浓度是多少？ 已知：K sp (AgCl)＝1.56×10

－10

mol 2·L －2，K sp (Ag 2CrO 4)＝9.0×10

－12

mol 3·L －3

。

【答案】AgCl 先沉淀；当Ag 2CrO 4开始沉淀时，溶液中Cl －

离子浓度是1.64×10－5

mol·L －1

【解析】已知，K sp (AgCl)＝1.56×10

－10

mol 2·L －2 K sp (Ag 2CrO 4)＝9.0×10

－12

mol 3·L －3

AgCl 开始沉淀所需[Ag ＋

]为 [Ag ＋

]＝

K sp

[Cl －]

＝

1.56×10

－10

0.100

mol·L －1＝1.56×10－9 mol·L －1

Ag 2CrO 4开始沉淀所需[Ag ＋

]为 [Ag ＋

]＝

K sp

2CrO 4

[CrO 2－

4]

＝ 9.0×10

－12

0.1

mol·L －1＝9.5×10－6 mol·L －1

因此，AgCl 先沉淀。

当Ag 2CrO 4开始沉淀时：[Ag ＋

]＝9.5×10－6

mol·L －1

此时，[Cl －

]＝

K sp

[Ag ＋

]

＝1.56×10－10

9.5×10

－6 mol·L －1＝1.64×10－5 mol·L －1。 6．一溶液中含有Fe 3＋

和Fe 2＋，它们的浓度都是0.050 mol·L －1

。如果要求Fe 3＋

沉淀完全而Fe 2＋

不生成沉淀Fe(OH)2，需控制pH 在何范围？ 已知：K sp [Fe(OH)3]＝1.1×10

－36

mol 4·L －4

K sp [Fe(OH)2]＝1.64×10－14 mol 3·L －3

(提示：当某离子浓度小于10－5

mol·L －1

时可以认为该离子沉淀完全) 【答案】溶液的pH 控制在3.7～7.8之间。

【解析】Fe 3＋

沉淀完全时，[Fe 3＋

]为1×10－5

mol·L －1

，则Fe 3＋

沉淀完全时所需的[OH －

]为

[OH －

]＝{K sp [Fe(OH)3]/[Fe 3＋

]}1/3

＝(1.1×10－36

/1×10－5)1/3 mol·L －1＝4.8×10

－11

mol·L －1

pH ＝14－pOH ＝14－10.3＝3.7 Fe 2＋

开始沉淀时所需[OH －

]为

[OH －

]＝{K sp [Fe(OH)2]/[Fe 2＋

]}1/2

＝(1.64×10－14

/0.050)1/2 mol·L －1＝5.7×10－7 mol·L －1

pH ＝14－pOH ＝14－6.2＝7.8

因此，溶液的pH 控制在3.7～7.8之间，可使Fe 3＋

沉淀完全而Fe 2＋

不沉淀。

7．二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：

某软锰矿的主要成分为MnO 2，还含Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH 见下表，回答下列问题：

(1)硫酸亚铁在24的化学方程式为________________________________________________________________________。 (2)滤渣A 的主要成分为____________。

(3)加入MnS的目的是除去____________杂质。

(4)碱性锌锰干电池中，MnO2参与的电极反应方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)从废旧碱性锌锰干电池中可以回收利用的物质有______________________(写出两种)。

【答案】(1)MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4===MnSO4＋Fe2(SO4)3＋2H2O

(2)Fe(OH)3、Al(OH)3

(3)Cu2＋、Zn2＋

(4)MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－

(5)锌、二氧化锰

【解析】(1)根据FeSO4在反应条件下将MnO2还原为MnSO4，Fe2＋被氧化为Fe3＋，其反应方程式为2FeSO4＋MnO2＋2H2SO4===MnSO4＋Fe2(SO4)3＋2H2O。

(2)根据反应后滤液(Mn2＋、Fe3＋、Al3＋、Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋)加氨水调pH至5.4，结合题表可知滤渣A的

主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。

(3)根据题表可知加入MnS是为了生成溶解度更小的CuS、ZnS而除去Cu2＋、Zn2＋。

(4)碱性锌锰干电池中Zn作负极，则MnO2作正极得电子。其电极反应式应为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2

＋2OH－。

(5)从碱性锌锰干电池的原料可知，其废旧电池可回收利用的物质为锌和MnO2。

8．某小型化工厂生产皓矾(ZnSO4·7H2O)的工艺流程如下图所示：

已知：开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为Fe(OH)3：2.7～3.7；Fe(OH)2：7.6～9.6；

Zn(OH)2：5.7～8.0。

试回答下列问题：

(1)加入的试剂①应是________，其目的是

________________________________________________________________________。

(2)加入的试剂②，供选择使用的有：氨水、NaClO溶液、20% H2O2溶液、浓硫酸、浓硝酸等，应选用________，

其理由是________________________________________________________________________。

(3)加入的试剂③是________，目的是

_____________________________________________________________。 【答案】(1)Zn 将Cu 2＋

、Fe 3＋

、Fe 2＋

等杂质离子除去

(2)20% H 2O 2溶液 H 2O 2作氧化剂，可将Fe 2＋

氧化为Fe 3＋

，且不引入其他杂质 (3)ZnO 或Zn(OH)2(答案合理即可) 调节溶液的pH ，使Fe 3＋

转化为Fe(OH)3沉淀

【解析】向溶液中加入Zn ，发生反应：Cu 2＋

＋Zn===Zn 2＋

＋Cu 、2Fe 3＋

＋Zn===2Fe 2＋

＋Zn 2＋

，然后把Fe 2＋

氧化成

Fe 3＋

，在选择氧化剂时，应使用H 2O 2，因为H 2O 2的还原产物为H 2O ，不引入杂质，然后通过调节溶液的pH 值，使Fe 3＋

水解生成Fe(OH)3沉淀而除去。

9．已知在25 ℃的水溶液中，AgX 、AgY 、AgZ 均难溶于水，但存在溶解平衡。当达到平衡时，溶液中离子浓度的乘积是一个常数(此常数用K sp 表示，K sp 和水的K w 相似)。 如：AgX(s)

Ag ＋

(aq)＋X －

(aq)

K sp (AgX)＝[Ag ＋][X －]＝1.8×10－10 mol 2·L －2

AgY(s)

Ag ＋

(aq)＋Y －

(aq)

K sp (AgY)＝[Ag ＋][Y －]＝1.0×10－12 mol 2·L －2

AgZ(s)

Ag ＋

(aq)＋Z －

(aq)

K sp (AgZ)＝[Ag ＋][Z －]＝8.7×10－17 mol 2·L －2

(1)根据以上信息，判断AgX 、AgY 、AgZ 三者的溶解度(用已被溶解的溶质的物质的量/1 L 溶液表示)S (AgX)、

S (AgY)、S (AgZ)的大小顺序为_______________________________________________________________。

(2)若向AgY 的饱和溶液中加入少量的AgX 固体，则[Y －

]__________________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)在25 ℃时，若取0.188 g 的AgY(相对分子质量188)固体放入100 mL 水中(忽略溶液体积的变化)，则溶液中Y －

的物质的量浓度为__________。

(4)由上述K sp 判断，在上述(3)的体系中，能否实现AgY 向AgZ 的转化，并简述理由：________________________________________________________________________。 【答案】(1)S (AgX)>S (AgY)>S (AgZ) (2)减小 (3)1.0×10－6

mol·L －1

(4)能，因为K sp (AgY)＝1.0×10

－12

mol 2·L －2>K sp (AgZ)＝8.7×10

－17

mol 2·L －2

【解析】(2)由于AgY 比AgX 更难溶，则向AgY 的饱和溶液中加入AgX 固体，发生沉淀的转化，AgX(s)＋Y

－

(aq)===AgY(s)＋X －

(aq)，则[Y －

]减小。 (3)25 ℃时，AgY 的K sp ＝1.0×10

－12

mol 2·L －2，即溶液达到饱和时，[Ag ＋]＝[Y －]＝1.0×10－6

mol·L

－1

，而将0.188 g AgY 溶于100 mL 水中，形成的为饱和溶液(溶质还有未溶解的)，则[Y －

]＝1.0×10－6

mol·L －1

。

(4)由于K sp (AgZ)

10．工业废水中常含有一定量的Cr 2O 2－

7和CrO 2－

4，它们会对人类及生态系统产生很大危害，必须进行处理。

还原沉淀法是常用的一种方法，其过程如下： CrO 2－

4

――→H ＋

转化Cr 2O 2－7――→Fe 2＋

还原Cr 3＋――→OH

－

沉淀

Cr(OH)3↓

(1)转化过程中存在平衡：2CrO2－4＋2H＋Cr2O2－7＋H2O。能说明该反应达平衡状态的是________(填字母序

号)。

a．Cr2O2－7和CrO2－4的浓度相同

b．2v(Cr2O2－7)＝v(CrO2－4)

c．溶液的pH保持不变

(2)若1 L废水转化后所得溶液中含铬元素的质量为28.6 g，CrO2－4有10

11

转化为Cr2O2－7(已知铬的相对原子

质量为52)。

①转化后所得溶液中[Cr2O2－7]＝__________。

②已知：常温时该反应的平衡常数K＝1014 mol－3·L3。上述转化后所得溶液的pH＝________。

(3)若在还原过程中还原1 mol Cr2O2－7，需要________mol的FeSO4·7H2O。

(4)沉淀过程中生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)33＋(aq)＋3OH－(aq)，常温下，Cr(OH)3的溶度积K sp＝10－32 mol4·L－4，要使[Cr3＋]降至10－5mol·L－1，溶液的pH应调至________。【答案】(1)c (2)①0.25 mol·L－1②6 (3)6 (4)5

【解析】(1)溶液的pH不变，说明[H＋]不变，表明反应已达平衡，c正确。

(2)[CrO2－4]＋2[Cr2O2－7]＝0.55 mol·L－1，2[Cr2O2－7]

[CrO2－4]＋2[Cr2O2－7]＝

10

11

，解得：[CrO2－4]＝0.05 mol·L－1，

[Cr2O2－7]＝0.25 mol·L－1，K＝

[Cr2O2－7]

[CrO2－4]2[H＋]2

＝1014 mol－3·L3，解得：[H＋]＝10－6mol·L－1，pH＝6。

(3)Cr2O2－7中Cr的化合价是＋6，所以1 mol Cr2O2－7被还原转移6 mol电子；1 mol Fe2＋被氧化生成Fe3＋，转移 1 mol电子，因此根据得失电子守恒可知需要FeSO

4·7H2O的物质的量为6 mol。

(4)由溶度积常数的表达式K sp＝[Cr3＋][OH－]3＝10－32 mol4·L－4可知，当[Cr3＋]＝10－5mol·L－1时，[OH －]＝10－9mol·L－1，所以pH＝5。