- 影响沉淀溶解平衡的因素
- 共1709题
金属氢氧化物在酸中溶解度不同，因此可以利用这一性质，控制溶液的pH，达到分离金属离子的目的。难溶金属的氢氧化物在不同pH下的溶解度(S/ mol·L－1)如图所示。
(1)pH＝3时溶液中铜元素的主要存在形式是________。
(2)若要除去CuCl2溶液中的少量Fe3＋，应该控制溶液的pH________。
A．<1 B．4左右 C．>6
(3)在Ni(NO3)2溶液中含有少量的Co2＋杂质，________(填“能”或“不能”)通过调节溶液pH的方法来除去，理由是__________________________。
(4)要使氢氧化铜沉淀溶解，除了加入酸之外，还可以加入氨水生成[Cu(NH3)4]2＋，写出反应的离子方程式：________________________。
(5)已知一些难溶物的溶度积常数如下表：
为除去某工业废水中含有的Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋杂质，最适宜向此工业废水中加入过量的________。
A．NaOH B．FeS C．Na2S
正确答案
(1)Cu2＋ (2)B (3)不能 Co2＋和Ni2＋沉淀的pH范围相差太小 (4)Cu(OH)2＋4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O (5)B
由图可知，在pH＝3时溶液中不会出现Cu(OH)2沉淀。
(2)要除去Fe3＋的同时必须保证Cu2＋不能沉淀，因此pH应保持在4左右。
(3)从图示关系可看出，Co2＋和Ni2＋沉淀的pH范围相差太小，不能通过调控pH而达到分离的目的。
(4)Cu(OH)2(s)
(5)要使三种离子生成沉淀，最好选择难溶于水的FeS，使三种杂质离子转化为更难溶解的金属硫化物沉淀，同时又不会引入其他离子。
某自来水中含有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、、HCO32－、SO42－、Cl—，长期烧煮上述自来水会在锅炉内形成水垢。锅炉水垢不仅耗费燃料，而且有烧坏锅炉的危险，因此要定期清除锅炉水垢。已知部分物质20℃时的溶解度数据为：
(1)请用化学方程式表示锅炉中的水垢含有Mg(OH)2的原因：_________________________ 。
(2)锅炉中的水垢所含有的CaSO4不能直接用酸除去，需要加入试剂X，使其转化为易溶于盐酸的物质Y而除去。试剂X是_____________ (填序号)。
(3)水中的Ca2+、Mg2+可以用一定浓度的M溶液进行测定，M与Ca2+、Mg2+都以等物质的量进行反应。现取含Ca2+浓度为0.40g/L的自来水样10mL，至锥形瓶中进行滴定，达到终点时，用去了浓度为0.01mol/L的M溶液20.00 mL，则该自来水样中Mg2+的物质的量浓度是______________________________。
正确答案
(1)Mg(HCO3)2MgCO3↓+H2O+CO2↑， MgCO3+H2OMg(OH)2+CO2↑
(2)C (3)0.01mol/L
（1）因为在加热的条件下碳酸氢镁会分解生成碳酸镁，继续加热，碳酸镁可以和水发生水解反应生成氢氧化镁。
（2）钙的碳酸盐易溶于盐酸，所以可加入碳酸钠，生成碳酸钙而除去。
（3）10ml自来水中含有钙离子的物质的量是
同时消耗M也是0.0001mol。M总的物质的量是0.01mol.L×0.02L＝0.0002mol，所以和镁离子反应的M是0.0002mol－0.0001mol＝0.0001mol，则镁离子是0.0001mol，所以其浓度为
已知：
①25℃时弱电解质电离平衡常数：Ka(CH3COOH) =1.8×10-5，Ka(HSCN) =0.13；难溶电解质的溶度积常数：Ksp(CaF2) =1. 5×10-10。
②25℃时，2.0×10-3 mol/L氢氟酸水溶液中，调节溶液pH（忽略体积变化），得到c(HF)、c(F-)与溶液pH的变化关系，如图1所示：
请根据以上信息回答下列问题：
(1)25℃时，将20 mL0.10 mol/LCH3COOH溶液和20 mL 0.10 mol/LHSCN溶液分别与20 mL 0.10 mol/L
NaHCO3溶液混合，实验测得产生的气体体积(v)随时间(t)变化的示意图为图2所示。反应初始阶段，两种溶液产生CO2气体的速率存在明显差异的原因是_____________，反应结束后所得两溶液中，c(CH3COO-)____（填“>”“<”或“=”）c(SCN-)。
(2)25℃时，HF电离平衡常数的数值Ka≈__________，列式并说明得出该常数的理由________________
(3)4.0×10-3mol/L HF溶液与4.0×10-4mol/L CaCl2溶液等体积混合、调节混合液pH为4.0（忽略调节时混合液体积的变化），通过列式计算说明是否有沉淀产生。
正确答案
(1)起始条件相同时两种溶液H+的浓度不同；<
(2)4×10-4；当pH=4时，Ka=[c(H+)·c(F-)]/c(HF)=
(3)pH=4.0，则c(H+) =10-4，此时根据HF电离产生的c(F-) =1.6×10-3，而溶液中的c(Ca2+) =2.0×10-4。
c2(F-)×c(Ca2+)=5. 12×10-10，5.12×10-10大于Ksp(CaF2) =1.5×10-10，此时有少量沉淀产生。
(14分) (1) 2009年，长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术上获得新突破，原理如下图所示。
①请写出从C口通入O2发生的电极反应式___________________。
②以石墨电极电解饱和食盐水，电解开始后在______________的周围（填“阴极”或“阳极”）先出现红色。假设电池的理论效率为80%（电池的理论效率是指电池产生的最大电能与电池反应所释放的全部能量之比），若消耗6.4g甲醇气体，外电路通过的电子个数为__________________(保留两位有效数字)。
(2)工业废水中常含有Cu2+等重金属离子，直接排放会造成污染，目前在工业废水处理过程中，依据沉淀转化的原理，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去这些离子。已知室温下Ksp(FeS)=6.3×10-18mol2•L-2，Ksp(CuS)=1.3×10-36mol2•L-2。
请用离子方程式说明上述除杂的原理___________________________________________。
(3)工业上为了处理含有Cr2O72－的酸性工业废水，用绿矾（FeSO4·7H2O）把废水中的六价铬离子还原成三价铬离子，再加入过量的石灰水，使铬离子转变为Cr(OH)3沉淀。
①氧化还原过程的离子方程式为______________________________________________。
②常温下，Cr(OH)3的溶度积Ksp =1×10—32 mol4•L-4，溶液的pH至少为____，才能使Cr3+沉淀完全。
③现用上述方法处理100m3含铬（＋6价）78mg•L—1的废水，需用绿矾的质量为 kg。（保留主要计算过程）
正确答案
(14分) (1) ①O2+4e—+4H+=2H2O(2分)
②阴极（1分） 5.8×1023（2分）
(2) FeS(s)+ Cu2+(aq)= CuS(s)+Fe2+(aq) （2分）
(3)①Cr2O72—＋6Fe2+＋14H+＝2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O（2分）
②5 （2分）
③Cr3+ ～ 3 FeSO4·7H2O (3分)
n(FeSO4·7H2O)=450mol m(FeSO4·7H2O)= 450mol×278g•mol—1=125.1kg
（1）①氧气在反应中得到电子，因此在正极通入。由于是质子交换膜，所以正极的电极反应式是O2+4e—+4H+=2H2O。
②惰性电极电解饱和食盐水时，阴极是氢离子放电生成氢气，同时破坏阴极周围水的电离平衡，所以阴极周围溶液显碱性，显红色。6.4g甲醇的物质的量是0.2mol，反应中失去0.2mol×6＝1.2mol电子。由于电池的理论效率为80%，所以外电路通过的电子个数为1.2mol×0.8×6.02×1023/mol＝5.8×1023。
（2）根据溶度积常数的大小可知，硫化铜的溶度积常数小于硫化亚铁的，所以硫化亚铁能转化为更难溶的硫化铜，反应的方程式是 FeS(s)+ Cu2+(aq)= CuS(s)+Fe2+(aq)。
（3）①Cr2O72－具有强氧化性，能氧化亚铁离子，反应的方程式是Cr2O72—＋6Fe2+＋14H+＝2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O。
②当溶液中Cr3+浓度小于10－5mol/L时，即可认为完全沉淀。常温下，Cr(OH)3的溶度积Ksp =1×10—32 mol4•L-4，所以要使Cr3+完全沉淀，则溶液中OH－浓度是
③根据反应的方程式可知
Cr3+ ～ 3 FeSO4·7H2O
则
所以n(FeSO4·7H2O)="450mol"
因此m(FeSO4·7H2O)= 450mol×278g•mol—1=125.1kg。
天然气（主要成分甲烷）是一种清洁、高效的能源，现在许多城市家庭用于厨房使用的燃料已经由煤气（主要成分是H2和CO按体积比1:1混合的气体混合物）换成了天然气；此外天然气也是很好的燃料电池的燃料，甲烷在燃料电池中的能量转换率可达到85%～90%。
请回答下列问题：
(1)已知H2、CO和CH4的燃烧热分别是286kJ/mol、283kJ/mol和890kJ/mol，则反应：2CH4(g)+3O2(g)= CO(g)+H2(g)+CO2(g)+3H2O(l)的反应热△H=____________
(2)以甲烷、空气为反应物，KOH溶液作电解质溶液构成燃料电池，则负极反应式为__________________。随着反应的不断进行溶液的pH______（填“增大”“减小”或“不变”）
(3)如果以该燃料电池为电源、石墨作两电极电解饱和食盐水，则该电解过程中阳极反应式为__________；如果电解一段时间后NaCl溶液的体积为1L，溶液的pH为12，则理论上消耗甲烷在标准状况下的体积为_________mL。
(4)将(3)中电解结束后的溶液取出，向其中加入含有Mg2+和Fe2+的溶液甲，Mg(OH)2和Fe(OH)2同时生成，已知Mg(OH)2和Fe(OH)2在该温度下的溶度积常数分别是2× 10-11和8×10-16，则甲溶液中Mg2+和Fe2+的浓度比为___。
正确答案
(1)-1211kJ/mol
(2)CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；减小
(3)2Cl--2e-=Cl2↑；28
(4)25000:1
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