高中人教版 (新课标)第一章 认识有机化合物第四节 研究有机化合物的一般步骤和方法第2课时同步测试题
展开第2课时 沉淀反应的应用
[目标要求] 1.了解沉淀反应的应用。2.知道沉淀转化的本质。
一、沉淀的生成
1.沉淀生成的应用
在涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中,常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
2.沉淀的方法
(1)调节pH法:如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁,使其溶解于水,再加入氨水调节pH至7~8,可使Fe3+转变为Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下:
Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH。
(2)加沉淀剂法:如以Na2S、H2S等作沉淀剂,使某些金属离子,如Cu2+、Hg2+等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀,也是分离、除去杂质常用的方法。反应如下:
Cu2++S2-===CuS↓,
Cu2++H2S===CuS↓+2H+,
Hg2++S2-===HgS↓,
Hg2++H2S===HgS↓+2H+。
二、沉淀的溶解
1.Mg(OH)2溶解性
Mg(OH)2难溶于水;能溶于盐酸,反应的离子方程式为Mg(OH)2+2H+===Mg2++2H2O;能溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为Mg(OH)2+2NH===Mg2++2NH3·H2O。
2.沉淀溶解的原理
根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,如果能设法不断地移去溶解平衡体系中的相应离子,使平衡向沉淀溶解的方向移动,就可以使沉淀溶解。
3.溶解沉淀的试剂类型
(1)主要类型:用强酸溶解。例如,溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等难溶电解质。
(2)用某些盐溶液溶解。例如:Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液,化学方程式为Mg(OH)2+2NH4Cl===MgCl2+2NH3·H2O。
三、沉淀的转化
1.实验探究
(1)Ag+的沉淀物的转化
实验步骤 | |||
实验现象 | 有白色沉淀生成 | 白色沉淀变为黄色 | 黄色沉淀变为黑色 |
化学方程式 | AgNO3+NaCl===AgCl↓+NaNO3 | AgCl+KI===AgI+KCl | 2AgI+Na2S===Ag2S+2NaI |
实验结论 | 溶解度小的沉淀可以转化成溶解度更小的沉淀 |
(2)Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化
实验步骤 | ||
实验现象 | 产生白色沉淀 | 产生红褐色沉淀 |
化学方程式 | MgCl2+2NaOH===Mg(OH)2↓+2NaCl | 3Mg(OH)2+2FeCl3===2Fe(OH)3+3MgCl2 |
实验结论 | Fe(OH)3比Mg(OH)2溶解度小 |
2.沉淀转化的方法
对于一些用酸或其他方法也不能溶解的沉淀,可以先将其转化为另一种用酸或其他方法能溶解的沉淀。
3.沉淀转化的实质
沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。一般说来,溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。
两种沉淀的溶解度差别越大,沉淀转化越容易。
4.沉淀转化的应用
沉淀的转化在科研和生产中具有重要的应用价值。
(1)锅炉除水垢
水垢[CaSO4(s)CaCO3Ca2+(aq)]
其反应方程式是CaSO4+Na2CO3CaCO3+Na2SO4,CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+
CO2↑。
(2)对一些自然现象的解释
在自然界也发生着溶解度小的矿物转化为溶解度更小的矿物的现象。例如,各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变成CuSO4溶液,并向深部渗透,遇到深层的闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)时,便慢慢地使之转变为铜蓝(CuS)。
其反应如下:
CuSO4+ZnS===CuS+ZnSO4,
CuSO4+PbS===CuS+PbSO4。
知识点一 沉淀的生成
1.要使工业废水中的重金属Pb2+离子沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂,已知Pb2+离子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 |
由上述数据可知,选用的沉淀剂最好为( )
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 PbS的溶解度最小,沉淀最彻底,故选A。
2.为除去MgCl2溶液中的FeCl3,可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是( )
A.NaOH B.Na2CO3 C.氨水 D.MgO
答案 D
解析 要除FeCl3实际上是除去Fe3+,由于pH≥3.7时,Fe3+完全生成Fe(OH)3,而pH≥11.1时,Mg2+完全生成Mg(OH)2,所以应加碱性物质调节pH使Fe3+形成Fe(OH)3;又由于除杂不能引进新的杂质,所以选择MgO。
知识点二 沉淀的溶解
3.当氢氧化镁固体在水中达到溶解平衡Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)时,为使
Mg(OH)2固体的量减少,须加入少量的( )
A.MgCl2 B.NaOH C.MgSO4 D.NaHSO4
答案 D
解析 若使Mg(OH)2固体的量减小,应使Mg(OH)2的溶解平衡右移,应减小c(Mg2+)或c(OH-)。答案为D。
4.下列关于沉淀的叙述不正确的是( )
A.生产、科研中常利用生成沉淀来达到分离或除杂的目的
B.沉淀的溶解只能通过酸碱中和反应来实现
C.沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动
D.一般来说,溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现
答案 B
解析 酸碱中和反应是实现沉淀溶解的方法之一,沉淀的溶解也可以通过其他途径实现。
知识点3 沉淀转化
5.向5 mL NaCl溶液中滴入一滴AgNO3溶液,出现白色沉淀,继续滴加一滴KI溶液并振荡,沉淀变为黄色,再滴入一滴Na2S溶液并振荡,沉淀又变成黑色,根据上述变化过程,分析此三种沉淀物的溶解度关系为( )
A.AgCl=AgI=Ag2S B.AgCl<AgI<Ag2S
C.AgCl>AgI>Ag2S D.AgI>AgCl>Ag2S
答案 C
解析 沉淀溶解平衡总是向更难溶的方向转化,由转化现象可知三种沉淀物的溶解度关系为AgCl>AgI>Ag2S。
6.已知如下物质的溶度积常数:FeS:Ksp=6.3×10-18;CuS:Ksp=6.3×10-36。下列说法正确的是( )
A.同温度下,CuS的溶解度大于FeS的溶解度
B.同温度下,向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体后,Ksp(FeS)变小
C.向含有等物质的量的FeCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液,最先出现的沉淀是FeS
D.除去工业废水中的Cu2+,可以选用FeS作沉淀剂
答案 D
解析 A项由于FeS的Ksp大,且FeS与CuS的Ksp表达式是相同类型的,因此FeS的溶解度比CuS大;D项向含有Cu2+的工业废水中加入FeS,FeS会转化为更难溶的CuS,可以用FeS作沉淀剂;B项Ksp不随浓度变化而变化,它只与温度有关;C项先达到CuS的Ksp,先出现CuS沉淀。
练基础落实
1.在BaSO4饱和溶液中加入少量BaCl2溶液时产生沉淀,若以Ksp表示BaSO4的溶度积常数,则平衡后溶液中( )
A.c(Ba2+)=c(SO)=(Ksp)
B.c(Ba2+)·c(SO)=Ksp,c(Ba2+)>c(SO)
C.c(Ba2+)·c(SO)>Ksp,c(Ba2+)=c(SO)
D.c(Ba2+)·c(SO)≠Ksp,c(Ba2+)<c(SO)
答案 B
2.往含I-和Cl-的稀溶液中滴入AgNO3溶液,沉淀的质量与加入AgNO3溶液体积的关系如下图所示。则原溶液中c(I-)/c(Cl-)的比值为( )
A.(V2-V1)/V1 B.V1/V2 C.V1/(V2-V1) D.V2/V1
答案 C
解析 从图象变化情况看,O―→V1主要是生成AgI沉淀,V1―→V2段主要是生成AgCl沉淀,所以溶液中c(I-)/c(Cl-)=。
练方法技巧
3.难溶电解质在水溶液中存在着电离平衡。在常温下,溶液里各离子浓度以它们化学计量数为方次的乘积是一个常数,叫溶度积常数(Ksp)。例如:Cu(OH)2(s)Cu2+(aq)+2OH-,Ksp=c(Cu2+)·[c(OH)-]2=2×10-20。当溶液中各离子浓度方次的乘积大于溶度积时,则产生沉淀,反之固体溶解。
(1)某CuSO4溶液里c(Cu2+)=0.02 mol·L-1,如要生成Cu(OH)2沉淀,应调整溶液的pH,使之大于________。
(2)要使0.2 mol·L-1 CuSO4溶液中Cu2+沉淀较为完全(使Cu2+浓度降至原来的千分之一),则应向溶液里加入NaOH溶液,使溶液pH为________。
答案 (1)5 (2)6
解析 (1)根据信息,当c(Cu2+)[c(OH-)]2=2×10-20时开始出现沉淀,则c(OH-)===10-9 mol·L-1,c(H+)=10-5 mol·L-1,pH=5,所以要生成
Cu(OH)2沉淀,应调整pH≥5。
(2)要使Cu2+浓度降至 mol·L-1=2×10-4 mol·L-1,c(OH-)==10-8
mol·L-1,c(H+)=10-6 mol·L-1,此时溶液的pH=6。
练综合拓展
4.已知难溶电解质在水溶液中存在溶解平衡:
MmAn(s)mMn+(aq)+nAm-(aq)
Ksp=[c(Mn+)]m·[c(Am-)]n,称为溶度积。
某学习小组欲探究CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀的可能性,查得如下资料:(25℃)
难溶电解质 | CaCO3 | CaSO4 | MgCO3 | Mg(OH)2 |
Ksp | 2.8×10-9 | 9.1×10-6 | 6.8×10-6 | 1.8×10-12 |
实验步骤如下:
①往100 mL 0.1 mol·L-1的CaCl2溶液中加入100 mL 0.1 mol·L-1的Na2SO4溶液,立即有白色沉淀生成。
②向上述悬浊液中加入固体Na2CO3 3 g,搅拌,静置,沉淀后弃去上层清液。
③再加入蒸馏水搅拌,静置,沉淀后再弃去上层清液。
④________________________________________________________________________。
(1)由题中信息知Ksp越大,表示电解质的溶解度越______(填“大”或“小”)。
(2)写出第②步发生反应的化学方程式:______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)设计第③步的目的是___________________________________________________。
(1) 请补充第④步操作及发生的现象:______________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)大
(2)Na2CO3+CaSO4===Na2SO4+CaCO3↓
(3)洗去沉淀中附着的SO
(4)向沉淀中加入足量的盐酸,沉淀完全溶解并放出无色无味气体
解析 本题考查的知识点为教材新增加的内容,题目在设计方式上为探究性实验,既注重基础知识,基本技能的考查,又注重了探究能力的考查。由Ksp表达式不难看出其与溶解度的关系,在硫酸钙的悬浊液中存在着:CaSO4(aq)===SO(aq)+Ca2+(aq),而加入Na2CO3后,溶液中CO浓度较大,而CaCO3的Ksp较小,故CO与Ca2+结合生成沉淀,即CO+Ca2+===CaCO3↓。既然是探究性实验,必须验证所推测结果的正确性,故设计了③④步操作,即验证所得固体是否为碳酸钙。
5.已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2CrO4)=1.9×10-12,现在向0.001 mol·L-1
K2CrO4和0.01 mol·L-1 KCl混合液中滴加0.01 mol·L-1 AgNO3溶液,通过计算回答:
(1)Cl-、CrO谁先沉淀?
(2)刚出现Ag2CrO4沉淀时,溶液中Cl-浓度是多少?(设混合溶液在反应中体积不变)
答案 (1)Cl-先沉淀 (2)4.13×10-6 mol·L-1
解析 由Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)得c(Ag+)===1.8×10-8 mol·L-1。
由Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO),得c(Ag+)==mol·L-1=4.36×10-5mol·L-1,生成AgCl沉淀需c(Ag+)=1.8×10-8 mol·L-1<生成Ag2CrO4沉淀时所需c(Ag+),故Cl-先沉淀。刚开始生成Ag2CrO4沉淀时,c(Cl-)==mol·L-1=4.13×10-6 mol·L-1。
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