2020年高考化学热点专练四 沉淀溶解平衡的应用(带答案)

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 )910310

K --?====????，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 SO 42-，在CaSO 4完全溶解前溶液中的c(SO 42-)等于Na 2CO 3溶液的浓度，设Na 2CO 3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)?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 、Na 2SiO 3+2HCl=2NaCl+H 2SiO 3↓或Na 2SiO 3+2HCl+H 2O=2NaCl+H 4SiO 4↓，滤液C 主要含有NaCl 、BeCl 2、HCl ，固体D 为H 2SiO 3（H 4SiO 4）；③CuS+MnO 2+2H 2SO 4=CuSO 4+MnSO 4+S ↓+2H 2O 、2FeS+3MnO 2+6H 2SO 4=

3MnSO 4+Fe 2（SO 4）3+2S ↓+6H 2O ，溶液E 为CuSO 4、MnSO 4、Fe 2（SO 4）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=Na 2BeO 2+H 2O

或

者

BeO+2NaOH+H 2O=Na 2

［

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 ②

5

【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Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+

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MnO2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Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高，Mg2+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：Mn 2++2HCO 3-=MnCO 3↓+CO 2↑+H 2O ； （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