第4讲 沉淀溶解平衡
【课时训练】
A级(练考点 过基础)
1．(2023·无锡联考)要使工业废水中的Pb2+沉淀，可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂，已知Pb2+与这些离子形成的化合物的溶解度如下：
化合物 PbSO4 PbCO3 PbS
溶解度/g 1.03×10-4 1.81×10-7 1.84×10-14
由上表中数据可知，沉淀剂最好选用( )
A．硫化物
B．硫酸盐
C．碳酸盐
D．以上沉淀剂均可
2．(生产环保情境题)以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高，为控制砷的排放，采用化学沉降法处理含砷废水，相关数据如下表，若混合溶液中Ca2+、Al3+、Fe3+的浓度均为1.0×10-3 mol·L-1，则大为( )
难溶物 Ca3(AsO4)2 AlAsO4 FeAsO4
Ksp 6.8×10-19 1.6×10-16 5.7×10-21
A．5.7×10-18 mol·L-1
B．2.6×10-5 mol·L-1
C．1.6×10-13 mol·L-1
D．5.7×10-24 mol·L-1
3．某温度下，向10 mL 0.1 mol·L-1 CuCl2溶液中滴加0.1 mol L-1的Na2S溶液，滴加过程中溶液中-lgc(Cu2+)与加入Na2S溶液体积(V)的关系如图所示，已知：lg2＝0.3，Ksp(ZnS)＝3×10-25。
下列有关说法正确的是( )
A．a、b、c三点中，水的电离程度最大的为b点
B．Na2S溶液中，c(S2-)＋c(HS－)＋c(H2S)＝2c(Na＋)
C．该温度下Ksp(CuS)＝4×10-36
D．向100 mL Zn2+、Cu2+浓度均为10-5 mol·L-1的混合溶液中逐滴加入10-4 mol·L-1的Na2S溶液，Zn2+先沉淀
B级(练能力 过素养)
4．(高考热点题)已知：25 ℃时，Ksp[Zn(OH)2]＝1.0×10-18，Ka(HCOOH)＝1.0×10-4。该温度下，下列说法错误的是( )
A．HCOO－的水解常数为1.0×10-10
B．Zn(OH)2溶于水形成的饱和溶液中，c(Zn2+)＞1.0×10-6 mol·L-1
C．向Zn(OH)2悬浊液中加入HCOOH，溶液中c(Zn2+)增大
D．Zn(OH)2(s)＋2HCOOH(aq) Zn2+(aq)＋2HCOO－(aq)＋2H2O(l)的平衡常数K＝100
5．(双选)常温下，几种难溶氢氧化物的饱和溶液中金属离子浓度的负对数与溶液的pH关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．a点不能代表Fe(OH)2饱和溶液
B．Ksp[Fe(OH)3]＜Ksp[Al(OH)3]＜Ksp[Fe(OH)2]＜Ksp[Mg(OH)2]
C．向浓度均为0.1 mol·L-1的Al3+、Mg2+、Fe2+混合溶液中，逐滴滴加稀NaOH溶液，Mg2+最先沉淀
D．在pH＝7的溶液中，Fe3+、Al3+、Fe2+能大量共存
6．Hg是水体污染的重金属元素之一。常温下，水溶液中二价汞的主要存在形式与Cl－、OH－的浓度关系如图所示，Hg(OH)2为难溶物，粒子浓度很小时常用负对数表示，如pH＝－lgc(H＋)，pCl＝－lgc(Cl－)。下列说法中错误的是( )
A．Hg(NO3)2固体溶于水通常会出现浑浊
B．海水中Cl－的浓度大于0.1 mol·L-1时，其中汞元素的主要存在形式是Hg(OH)2
C．少量Hg(NO3)2溶于0.001 mol·L-1的盐酸后得到澄清透明溶液
D．已知Ksp(HgS)＝1.6×10-52，当c(S2-)＝时，c(Hg2+)＝1.6×10-47 mol·L-1
7．(高考题改编)已知：pc＝－lgc，Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10-20，Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10-11，常温下，测得两种金属离子的pc与pH的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．加入氨水调节pH，可除去MgSO4溶液中的CuSO4杂质
B．Q点时，Mg2+和Cu2+都已完全沉淀
C．在浓度均为1 mol·L-1 CuSO4和MgSO4的混合溶液中，存在：c(Cu2+)＋c
D．L1代表pc(Cu2+)随pH的变化，L2代表pc(Mg2+)随pH的变化
8．已知锌及其化合物的性质与铝及其化合物的性质相似。常温下，下图横坐标为溶液的pH，纵坐标为Zn2+或的物质的量浓度的对数。下列说法中错误的是( )
A．在该温度下，Zn(OH)2的溶度积为1×10-17
B．往1.0 L 1.0 mol·L-1 ZnCl2溶液中加入NaOH固体至pH＝6.0，需2.0 mol NaOH
C．往ZnCl2溶液中加入足量的氢氧化钠溶液，反应的离子方程式为Zn2+＋4OH－===[Zn(OH)4]2-
D．某废液中含Zn2+，为提取Zn2+可以控制溶液pH为8.0～12.0
C级(冲刺·“双一流”)
9．钴(Co)及其化合物在工业上有广泛应用。利用水钴矿(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等)制取CoCl2·6H2O粗品的工艺流程图如下：
已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H＋、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等；
②部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时的pH如下表：
沉淀物 开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH
Fe(OH)3 2.7 3.7
Fe(OH)2 7.6 9.6
Co(OH)2 7.6 9.2
Al(OH)3 4.0 5.2
Mn(OH)2 7.7 9.8
请回答下列问题：
(1)上述工艺流程图中操作a的名称为________。
(2)写出“浸出”时Co2O3发生反应的离子方程式：______________________。
(3)加入NaClO3的作用是_________________________________________。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。使用萃取剂最适宜的pH范围是________(填字母)。
A．2.0～2.5 B．3.0～3.5
C．5.0～5.5 D．9.5～9.8
(5)“除钙、镁”是将溶液中的Ca2+与Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀除去。已知某温度下，Ksp(MgF2)＝7.35×10-11，Ksp(CaF2)＝1.50×10-10。当加入过量NaF，所得滤液中＝________。第4讲 沉淀溶解平衡
【课时训练】
A级(练考点 过基础)
1．(2023·无锡联考)要使工业废水中的Pb2+沉淀，可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂，已知Pb2+与这些离子形成的化合物的溶解度如下：
化合物 PbSO4 PbCO3 PbS
溶解度/g 1.03×10-4 1.81×10-7 1.84×10-14
由上表中数据可知，沉淀剂最好选用( )
A．硫化物
B．硫酸盐
C．碳酸盐
D．以上沉淀剂均可
答案：A
解析：沉淀工业废水中的Pb2+时，生成沉淀的反应进行得越完全越好，由于PbS的溶解度最小，故最好选硫化物作沉淀剂。
2．(生产环保情境题)以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高，为控制砷的排放，采用化学沉降法处理含砷废水，相关数据如下表，若混合溶液中Ca2+、Al3+、Fe3+的浓度均为1.0×10-3 mol·L-1，则大为( )
难溶物 Ca3(AsO4)2 AlAsO4 FeAsO4
Ksp 6.8×10-19 1.6×10-16 5.7×10-21
A．5.7×10-18 mol·L-1
B．2.6×10-5 mol·L-1
C．1.6×10-13 mol·L-1
D．5.7×10-24 mol·L-1
答案：A
解析：若混合溶液中Ca2+、Al3+、Fe3+的浓度均为，依据Ksp可以得到：c3＝，c＝1.6×10-16，c＝5.7×10-21；计算得到分别约为、1.6×10-13 mol·L-1、，所以最大为5.7×10-18 mol·L-1。
3．某温度下，向10 mL 0.1 mol·L-1 CuCl2溶液中滴加0.1 mol L-1的Na2S溶液，滴加过程中溶液中-lgc(Cu2+)与加入Na2S溶液体积(V)的关系如图所示，已知：lg2＝0.3，Ksp(ZnS)＝3×10-25。
下列有关说法正确的是( )
A．a、b、c三点中，水的电离程度最大的为b点
B．Na2S溶液中，c(S2-)＋c(HS－)＋c(H2S)＝2c(Na＋)
C．该温度下Ksp(CuS)＝4×10-36
D．向100 mL Zn2+、Cu2+浓度均为10-5 mol·L-1的混合溶液中逐滴加入10-4 mol·L-1的Na2S溶液，Zn2+先沉淀
答案：C
解析：CuCl2、Na2S水解促进水的电离，b点是CuCl2与Na2S溶液恰好完全反应的点，b点溶液溶质是NaCl，不影响水的电离，a点存在Cu2+，促进水的电离，c点存在S2-，促进水的电离，水的电离程度最小的为b点，A错误；根据元素质量守恒，Na2S溶液中：2c(S2-)＋2c(HS－)＋2c(H2S)＝c(Na＋)，B错误；b点是CuCl2与Na2S溶液恰好完全反应的点，c(Cu2+)＝c(S2-)，根据b点数据，c(Cu2+)＝＝3×10-25大于Ksp(CuS)，则Cu2+先沉淀，D错误。
B级(练能力 过素养)
4．(高考热点题)已知：25 ℃时，Ksp[Zn(OH)2]＝1.0×10-18，Ka(HCOOH)＝1.0×10-4。该温度下，下列说法错误的是( )
A．HCOO－的水解常数为1.0×10-10
B．Zn(OH)2溶于水形成的饱和溶液中，c(Zn2+)＞1.0×10-6 mol·L-1
C．向Zn(OH)2悬浊液中加入HCOOH，溶液中c(Zn2+)增大
D．Zn(OH)2(s)＋2HCOOH(aq) Zn2+(aq)＋2HCOO－(aq)＋2H2O(l)的平衡常数K＝100
答案：B
解析：HCOO－存在水解平衡：HCOO－＋H2O HCOOH＋OH－，则水解常数为Kh＝＝1.0×10-10，A正确；Zn(OH)2溶于水形成的饱和溶液中，Ksp［Zn(OH)2］＝c(Zn2+) c2 (OH－)＝4c3 (Zn2+)＝1.0×10-18，则有c(Zn2+)＜1.0×10-6 mol·L-1，B错误；向Zn(OH)2悬浊液中加入HCOOH，发生中和反应消耗OH－，Zn(OH)2溶解平衡正向移动，溶液中c(Zn2+)增大，C正确；该反应的平衡常数为K＝＝100，D正确。
5．(双选)常温下，几种难溶氢氧化物的饱和溶液中金属离子浓度的负对数与溶液的pH关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．a点不能代表Fe(OH)2饱和溶液
B．Ksp[Fe(OH)3]＜Ksp[Al(OH)3]＜Ksp[Fe(OH)2]＜Ksp[Mg(OH)2]
C．向浓度均为0.1 mol·L-1的Al3+、Mg2+、Fe2+混合溶液中，逐滴滴加稀NaOH溶液，Mg2+最先沉淀
D．在pH＝7的溶液中，Fe3+、Al3+、Fe2+能大量共存
答案：AB
解析：a点不在曲线上，不能代表Fe(OH)2饱和溶液，A正确；沉淀Fe3+的pH最小，因此Fe(OH)3的溶度积常数最小，则Ksp[Fe(OH)3]＜Ksp[Al(OH)3]＜Ksp[Fe(OH)2] ＜Ksp[Mg(OH)2]，B正确；根据溶度积常数大小可知，向浓度均为0.1 mol·L-1的Al3+、Mg2+、Fe2+混合溶液中逐滴滴加稀NaOH溶液，Al3+最先沉淀，C错误；根据图像可知在pH＝7的溶液中，Fe3+、Al3+不能大量存在，D错误。
6．Hg是水体污染的重金属元素之一。常温下，水溶液中二价汞的主要存在形式与Cl－、OH－的浓度关系如图所示，Hg(OH)2为难溶物，粒子浓度很小时常用负对数表示，如pH＝－lgc(H＋)，pCl＝－lgc(Cl－)。下列说法中错误的是( )
A．Hg(NO3)2固体溶于水通常会出现浑浊
B．海水中Cl－的浓度大于0.1 mol·L-1时，其中汞元素的主要存在形式是Hg(OH)2
C．少量Hg(NO3)2溶于0.001 mol·L-1的盐酸后得到澄清透明溶液
D．已知Ksp(HgS)＝1.6×10-52，当c(S2-)＝时，c(Hg2+)＝1.6×10-47 mol·L-1
答案：B
解析：Hg2+在pH为3～14时，主要以Hg(OH)2的形式存在，故Hg(NO3)2固体溶于水(pH＝7)通常会出现浑浊，A正确；海水中c(Cl－)＝0.1 mol·L-1时，pCl＝－lgc(Cl－)＝1，若c(Cl－)＞0.1 mol·L-1，则pCl＜1，由题图可知，汞元素主要以的形式存在，B错误；0.001 mol·L-1盐酸的pH＝3，pCl＝3，由题图可知，汞元素的主要存在形式为HgCl2，溶液是澄清透明的，C正确；c(Hg2+)＝ mol·L-1＝，D正确。
7．(高考题改编)已知：pc＝－lgc，Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10-20，Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10-11，常温下，测得两种金属离子的pc与pH的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．加入氨水调节pH，可除去MgSO4溶液中的CuSO4杂质
B．Q点时，Mg2+和Cu2+都已完全沉淀
C．在浓度均为1 mol·L-1 CuSO4和MgSO4的混合溶液中，存在：c(Cu2+)＋c
D．L1代表pc(Cu2+)随pH的变化，L2代表pc(Mg2+)随pH的变化
答案：D
解析：由于Ksp[Cu(OH)2]＜Ksp[Mg(OH)2]，则前者的溶解度小于后者，向含有Mg2+、Cu2+的溶液中加入氨水，先产生Cu(OH)2沉淀，过滤可除去Cu2+，但引入了新杂质，应加入MgO调节pH，A错误；图中Q点溶液的pH约为9，此时 c(OH-)≈1.0×10-5 mol·L-1，则c(Cu2+)＝ mol·L-1＝2.2×10-10 mol L-1＜1.0×10-5 mol L-1，则Cu2+沉淀完全，c(Mg2+)＝ mol·L-1＝，则Mg2+未沉淀完全，B错误；由于Cu2+、Mg2+均能发生水解反应，则根据元素质量守恒可得c(Cu2+)＋c，C错误。
8．已知锌及其化合物的性质与铝及其化合物的性质相似。常温下，下图横坐标为溶液的pH，纵坐标为Zn2+或的物质的量浓度的对数。下列说法中错误的是( )
A．在该温度下，Zn(OH)2的溶度积为1×10-17
B．往1.0 L 1.0 mol·L-1 ZnCl2溶液中加入NaOH固体至pH＝6.0，需2.0 mol NaOH
C．往ZnCl2溶液中加入足量的氢氧化钠溶液，反应的离子方程式为Zn2+＋4OH－===[Zn(OH)4]2-
D．某废液中含Zn2+，为提取Zn2+可以控制溶液pH为8.0～12.0
答案：B
解析：由图可知，当Zn2+的浓度为1×10-5 mol·L-1时，c(OH－)＝1×10-6 mol·L-1，所以Zn(OH)2的溶度积Ksp＝c(Zn2+)·c2(OH－)＝1×10-5×(1×10-6)2＝1×10-17，A正确；根据图像知，pH＝7时，c(Zn2+)＝，当pH＝6.0时，c(Zn2+)＞1×10-3 mol L-1，即ZnCl2溶液中只有部分Zn2+生成Zn(OH)2沉淀，则加入的n(NaOH)＜2n(ZnCl2)，即n(NaOH)＜2.0 mol，B错误；结合图像可知，当NaOH溶液足量时，锌的存在形式为[Zn(OH)4]2-，所以反应的离子方程式为Zn2+＋4OH－===[Zn(OH)4]2-，C正确；由图像可知，要使Zn2+完全转化为沉淀，需控制溶液的pH为8.0～12.0，D正确。
C级(冲刺·“双一流”)
9．钴(Co)及其化合物在工业上有广泛应用。利用水钴矿(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等)制取CoCl2·6H2O粗品的工艺流程图如下：
已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H＋、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等；
②部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时的pH如下表：
沉淀物 开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH
Fe(OH)3 2.7 3.7
Fe(OH)2 7.6 9.6
Co(OH)2 7.6 9.2
Al(OH)3 4.0 5.2
Mn(OH)2 7.7 9.8
请回答下列问题：
(1)上述工艺流程图中操作a的名称为________。
(2)写出“浸出”时Co2O3发生反应的离子方程式：______________________。
(3)加入NaClO3的作用是_________________________________________。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。使用萃取剂最适宜的pH范围是________(填字母)。
A．2.0～2.5 B．3.0～3.5
C．5.0～5.5 D．9.5～9.8
(5)“除钙、镁”是将溶液中的Ca2+与Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀除去。已知某温度下，Ksp(MgF2)＝7.35×10-11，Ksp(CaF2)＝1.50×10-10。当加入过量NaF，所得滤液中＝________。
答案：(1)过滤 (2)Co2O3＋＋2H2O
(3)将Fe2+氧化成Fe3+，使Fe3+沉淀完全[或利于生成沉淀而除去] (4)B (5)0.49
解析：(4)pH为3～3.5时Mn2+的萃取率增大很多，而pH＝4时，Co2+的萃取率比较大，故pH在3.0～3.5时萃取效果最佳。
(5)由溶度积可知，溶液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中的Ca2+与Mg2+分别转化为CaF2、MgF2沉淀除去，根据溶度积定义可知＝0.49。
