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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Ksp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CaSO4,可先用Na2CO3溶液处理,使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3。某化学兴趣小组用某浓度的Na2CO3溶液处理一定量的CaSO4固体,测得所加Na2CO3溶液体积与溶液中-lgc(CO32-)的关系如下。已知Ksp(CaSO4)=910-6,Ksp(CaCO3)=310-9,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(Ca2+)c(SO42-)=Ksp(CaSO4)B. CaSO4(s)+CO32-(aq) CaCO3(s)+SO42-(aq) K=3103C. 该Na2CO3溶液的浓度为1mol/LD. 相同实验条件下,若将Na2CO3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. CaSO4的溶度积表达式Ksp(CaSO4)= c(Ca2+)c(SO42-),A项正确;B. CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)的化学平衡常数,B项正确;C. 依据上述B项分析可知,CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq) K=3103,每消耗1mol CO32-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,根据可得溶液中c(CO32-)=,-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,根据可得溶液中c(CO32-)=,-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Ksp的关系为:Ksp(m)=Ksp(n)Ksp(p)Ksp(q)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Ksp=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)Cd2+(aq)+S2-(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(Cd2+)与c(S2-)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SiO2)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:KSPCu(OH)2=2210-20 KSPFe(OH)3=28l0-38KSPMn(OH)2=2.110-13(1)中BeO发生反应的化学方程式_;固体D的化学式为_。(2)将BeCl2溶液蒸干得到BeCl2固体,应在HCl气流中进行,其原因_(用离子方程式表示)。溶液C中含NaC1、BeC12和少量HC1,为提纯BeCl2溶液,选择最佳步骤依次为_。a通入过量的CO2 b加入适量的HCl c加入过量的NaOHd加入过量的氨水 e过滤 f洗涤(3)溶液E中含c(Cu2+)=22molL-1、c(Mn2+)=021molL-1、c(Fe3+)=00028molL-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765g,则产率约为_。【答案】(1)BeO+2NaOH=Na2BeO2+H2O或BeO+2NaOH+H2O=Na2Be(OH)4 H2SiO3(或H4SiO4) (2) Be2+2H2OBe(OH)2+2H+ defb (3)Fe(OH)3、Cu(OH)2、Mn(OH)2 4 (4)85%【分析】BeO+2NaOH=Na2BeO2+H2O或BeO+2NaOH+H2O=Na2Be(OH)4,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,滤液A主要含有Na2BeO2、Na2SiO3,滤渣B为 CuS、FeS;Na2BeO2+4HCl=2NaCl+BeCl2+2H2O、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);CuS+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)铍、铝元素处于元素周期表中的对角线位置,化学性质相似,则中BeO发生反应的化学方程式BeO+2NaOH=Na2BeO2+H2O或者BeO+2NaOH+H2O=Na2Be(OH)4;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)BeCl2为易挥发性强酸的弱碱盐,溶液蒸干时由于Be2+2H2OBe(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;过滤、洗涤加入适量盐酸Be(OH)2+2HCl=BeCl2+H2O;(3)根据Ksp计算开始生成沉淀所需pH:KSPCu(OH)2=2.210-20 =c(Cu2+)c(OH-)2得c(OH-)=10-10,pH=4;KSPFe(OH)3=2.8l0-38=c(Fe3+)c(OH-)3得c(OH-)=10-35/3,pH2.3;KSPMn(OH)2=2.110-13=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:100025%=90g,则产率约为=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:通过冷却结晶能析出大量K2Cr2O7的原因是_。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+)=310-5 molL-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: KspFe(OH)3=4.010-38, KspCr(OH)3=6.010-31(2)(2019宁夏银川一中高考模拟,节选)已知:H2S的电离常数K1=1.0107,K2=7.01015。0.1 mol/L NaHS的pH_7(填“”“”或“”),理由是_。 在废水处理领域中常用H2S将Mn2+转化为MnS除去,向含有0.020 molL1 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1.0104 molL1时,Mn2+开始沉淀,则a=_。已知:Ksp(MnS)=1.41015【答案】(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 是 (2). HS-的水解常数=1014 /107=10-7,10-77.01015,水解程度大于电离程度,溶液显碱性,pH7 5【详解】(1)Na2Cr2O7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;Cr(OH)3开始出现沉淀时,溶液中c3(OH)=21026,Fe3沉淀完全,c(Fe3)应小于105molL1,Fe(OH)3沉淀完全时,溶液中c3(OH) =4103321026,说明Fe3沉淀完全。(2) NaHS溶液中HS-既能水解又能电离,HS-的电离常数是7.01015,HS-的水解常数是,水解大于电离,溶液呈碱性pH7;含有0.020 molL1 Mn2+废水,Mn2+开始沉淀时S2-的浓度是71014,此时HS浓度为1.0104 molL1,根据,所以a=5。5.(2019新课标卷)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 molL1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg
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