基础化学第四章
习题答案
1、何谓沉淀-溶解平衡?同物质的量的BaCl 2和H 2SO 4混合溶液中,含有哪些离子?这些离子浓度之间存在着哪些关系?
答:难溶电解质溶解和沉淀速度相等,固体的量和溶液中分子或离子的量不再改变的状态,称为沉淀-溶解平衡。
Ba 2+、Cl -、SO 42-、H +、OH -
[Ba 2+/c θ][SO 42-/ c θ]=K sp θ
,[H +][OH -]= K w 等 2、 活度积、溶度积、离子积之间有何区别与联系?
答:活度积、溶度积指平衡状态下的活度积或浓度积,对给定的难溶电解质其活度积只与温度有关,溶度积不但与温度有关,还和溶液离子强度有关,对于MA 型难溶电解质:
θsp A M ap K K =γ?γ-
+θ。离子积指任意状态下的浓度积,其值是任意的。 3、 无副反应时,沉淀的溶度积与溶解度有何关系?溶度积小的物质,它的溶解度是否一定小?举例说明。 答:θsp c n
m K S n m n m +θ= 不同类型难溶电解质的溶解度不能根据溶度积数值大小直接判断。溶度积小的物质,它的溶解度是不一定小,如Ag 2CrO 4与AgCl 。
4、 除了沉淀物质本性以外,影响沉淀溶解度的主要因素有哪些?
答:除了沉淀物质本性以外,影响沉淀溶解度的主要因素还有:同离子效应、盐效应、酸效应、配位效应等。
5、判断下列操作中可能发生的反应和现象并予以解释:
(1)将少量CaCO 3固体放入稀HCl 中。
(2)将少量Mg (OH )2放入NH 4Cl 溶液中。
(3)向少量MnSO 4溶液中加入数滴饱和H 2S 水溶液,再逐滴加入2mol ·L -1的氨水。
(4)向盛少量PbS 固体的试管中,滴入H 2O 2溶液。
(5)向盛少量AgCl 沉淀的试管中,滴入KI 溶液。
(6)向盛少量Cu (OH )2沉淀的试管中,滴入2mol ·L -1NH 3·H 2O 溶液。 答:(1)CaCO 3固体溶解,有无色无味气体产生。
CaCO 3
Ca 2++CO 32-
CO 2↑+H 2O
(2)Mg (OH )2固体溶解,有无色刺激性气体产生。
Mg (OH )2
Mg 2++2OH -
NH 3↑+H 2O
(3)向少量MnSO 4溶液中加入数滴饱和H 2S 水溶液,无明显变化;再逐滴加入2mol ·L -1的氨水,有肉色沉淀生成。原因是饱和H 2S 水溶液提供的S 2-很少,Q c ,MnS <θMnS sp,K ,不生成MnS 沉淀,加氨水后,使H 2S 解离度增大,S 2-增多,使Q c ,MnS >θMnS sp,K ,就会有MnS 沉淀生成。
(4)黑色固体变成白色固体。
(黑)PbS
Pb 2++S 2-
SO 42- +H 2O
Pb 2++SO 42-→PbSO 4↓(白)
(5)白色沉淀变成黄色沉淀。
AgCl (白)+I -
AgI (黄)+Cl -
(6)浅兰色沉淀消失,生成深兰色溶液。
Cu (OH )2+4NH 3 [Cu (NH 3)4](OH )2 6、 在含有AgCl 沉淀的饱和溶液中,加入0.10mol ·L -1下列物质时,AgCl 的溶解度如何变化?为什么?
(1)AgNO 3 (2)NaCl (3)KNO 3 (4)NH 3·H 2O
答:(1)(2)减小(同离子效应);(3)增大(盐效应);(4)增大(配位效应)。
7、 已知25℃时12θMg(OH)sp,105.12-?=K 。假设溶于水中的Mg (OH )2完全解离,试计算:
(1)Mg (OH )2在纯水中的溶解度;
(2)Mg (OH )2饱和溶液的pH 值;
(3)Mg (OH )2在0.010mol ·L -1MgCl 2溶液中的溶解度;
H
+
NH 4
H 2O
(4)Mg (OH )2在0.010mol ·L -1NaOH 溶液中的溶解度。
解:Mg (OH )2Mg 2++2OH -
(1)设Mg (OH )2在纯水中的溶解度为S 0mol ·L -1,则:
143123Mg(OH)sp,0L mol 101.14105.142
--θ-θ
θ??=?==c c K S (2)[OH -]=2S 0=2.2×10-4mol ·L -1
pH=14+lg2.2×10-4=10.34
(3)设Mg (OH )2在0.010mol ·L -1MgCl 2溶液中的溶解度为S 1mol ·L -1,则:
(S 1+0.010)(2S 1)2=123θMg(OH)sp,10
5.1)(2-θ?=c K
S 1<<0.010,S 1+0.010≈0.010 1512Mg(OH)sp,1L mol 101.10.0104105.10.01042--θ-θ
θ??=??=?=c c K S (4)设Mg (OH )2在0.010mol ·L -1NaOH 溶液中的溶解度为S 2mol ·L -1,则:
S 2(2S 2+0.010)2=123θMg(OH)sp,10
5.1)(2-θ?=c K
S 2<<0.010,2S 2+0.010≈0.010 182Mg(OH)sp,2L mol 105.1(0.010)2
--θθ??==c K S
8、将10mL0.10mol·L -1BaCl 2溶液与10mL0.20mol·L -1Na 2SO 4溶液混合,求混合溶液中各离子浓度。(忽略SO 42-的水解)
解:设混合溶液中Ba 2+的浓度为x mol·L -1。
Ba 2+ + SO 42- == BaSO 4
起始浓度/mol·L -1 10×0.10/20 10×0.20/20
即: 0.050 0.10
平衡浓度/mol·L -1 x (0.050+x )(忽略SO 42-的水解)
x (0.050+x )=2θθBaSO sp,)(4c K
x <<0.050, x +0.050≈0.050
x =1-910θBaSO sp,L mol 102.2/0.0510
1.1/0.0504--??=?=K
即混合溶液中[Ba 2+]=2.2×10-9mol·L -1;
[SO 42-]=0.050+2.2×10-9≈0.050 mol·L -1;
[Na +]=10×0.20×2/20=0.20 mol·L -1;
[Cl -]=10×0.10×2/20=0.10 mol·L -1;
[H +]=[OH -]=1.0×10-7 mol·L -1。
9、某溶液中含有Fe 3+和Mg 2+,浓度均为0.010mol ·L -1,通过计算说明能否用控制溶液酸度的办法将它们分离?如何操作?
解:要使Fe (OH )3沉淀,必须满足:
θFe(OH)sp,3θOH θFe 3-3)/)(/(K c c c c =+
设Fe (OH )3开始沉淀的OH -浓度为,1OH -c ,相应pH 值为pH 1,则
1133393θ1,Fe Fe(OH)sp,,1OH L mol 106.50.010102.8/33---θ
??=?==+-c c c K c pH 1=14+lg6.5×10-13=1.81
设Fe (OH )3沉淀完毕的OH -浓度为,2OH -c ,相应pH 值为pH 2,则
11235-393θ2,Fe Fe(OH)sp,,2OH L mol 106.5101.0102.8/33---θ
??=??==+-c c c K c pH 2=14+lg6.5×10-12=2.81
要使Mg (OH )2沉淀,必须满足:
θMg(OH)sp,2θOH θMg 22)/)(/(K c c c c =-+
设Mg (OH )2开始沉淀的OH -浓度为,3OH -c ,相应pH 值为pH 3,则
1512θMg θMg(OH)sp,,3OH L mol 102.30.010105.1/22---θ
??=?==+-c c c K c pH 3=14+lg2.3×10-5=9.36
计算结果表明,若使溶液pH 值逐渐升高,则Fe (OH )3先沉淀,且Fe (OH )3沉淀完时,Mg (OH )2还没开始沉淀,完全可以用控制溶液酸度的办法将它们分离。操作方法:向混合溶液中,逐滴加入NaOH ,控制溶液pH 值小于7,让Fe (OH )3沉淀完毕后过滤。
10、在50.0mL 浓度为0.0020mol ·L -1MnSO 4溶液中,加入50.0mL 浓度为0.20mol ·L -1的氨水,(1)是否能生成Mn(OH)2沉淀?(2)若不要Mn(OH)2沉淀生成,应至少先加入NH 4Cl 多少克?
解:(1)混合后氨水的总浓度为50.0×0.20/100.0=0.10 mol·L -1;
Mn 2+浓度为50.0×0.0020/100.0=0.0010 mol·L -1。
135b L mol 101.340.10101.8][OH ----??=??==c K
13sp 9232θOH Mn c 102.1108.1)10(1.340.0010)/)(/(2---θ?=?=??==-+K c c c c Q 有Mn(OH)2沉淀生成。
(2)若不要生成Mn(OH)2沉淀,则
13sp 2θOH Mn c 102.1)/)(/(2-θ?==-+K c c c c Q
1513Mn θMn(OH)OH L mol 101.40.0010
102.1/22---θθ??=?=+-c c c K c pH <14+lg1.4×10-5=9.15
a
b a lg p pH n n K += 9.15100.2050.0lg 9.25a
3
n -??+ n a >1.3×10-2mol
若不要Mn(OH)2沉淀生成,应至少先加入NH 4Cl :1.3×10-2×53.5=0.69g
11、将BaSO 4置于Na 2CO 3溶液中,可否发生沉淀的转化生成BaCO 3沉淀?要在100mLNa 2CO 3溶液中将0.0010molBaSO 4完全转化为BaCO 3沉淀,Na 2CO 3溶液的浓度至少多大?
解:BaSO 4+ CO 32-
BaCO 3+ SO 42- 平衡常数0.042102.6101.1]/[CO ]/[SO 910BaCO sp,BaSO sp,θ23θ2434=??===----θK K c
c K 当--23
24CO SO 0.042c c 时,就可发生沉淀的转化生成BaCO 3沉淀。
刚刚完全转化时,[SO 42-]=0.0010/0.10=0.010mol ·L -1,则:
[CO 32-]=0.010/0.042=0.24 mol ·L -1
初始Na 2CO 3溶液的浓度至少0.24+0.010=0.25 mol ·L -1
12、某溶液中含有0.10mol ·L -1Pb 2+和0.10mol ·L -1Ni 2+,拟在控制溶液pH 值的情况下,通过通入H 2S 气体并维持饱和状态来分离Pb 2+和Ni 2+,试问:溶液的pH 值应控制在什么范围?
(H 2S 饱和溶液浓度0.10mol ·L -1,29θPbS sp,10
9.0-?=K ,21θNiS sp,101.1-?=K )
解:要使二价金属硫化物MS 沉淀,必须满足: θMS sp,θS θM )/)(/(-22K c c c c =+ (1)
S 2-来源于H 2S 的解离,故:
2θa2θa122θa2θa12S ][H 0.10)]/([H )S]/([H ][S 2+θθ+θ-
===-K K c c c K K c (2) (2)代入(1)并整理得:
θ
MS sp,M 20θ
MS sp,M θa2θa122101.00.10][H K c K c K K ++
-+?==
设PbS 沉淀完全时的H +浓度为[H +]1,则
1295
201L 33mol 109.0101.0101.0][H ----+
?=????== 设NiS 开始沉淀时的H +浓度为[H +]2,则
121202L 0.95mol 101.10.10101.0][H ---+
?=???== 由计算可知,只要用HCl 维持溶液酸度在[H +]1mol ·L -1以上,即可保证Ni 2+不沉淀而Pb 2+可沉淀完全。