新版高中化学通过讲义：沉淀溶解平衡的应用

【变 2-2】(2021·全国·高三专题练习)钴在硬质高温合金、催化剂等高新技术领域有广泛应用。从某炼锌厂的
废渣(含 Zn、Co、Fe、ZnO、SiO2 等)中回收钴的一种工艺流程如图：
相关金属离子[Co(Mn+ )=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀 的 pH 范围如表：
金属离子
Co2+
Fe2+
第 22 讲 沉淀溶解平衡的应用
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知识精讲
一、沉淀的生成
1．应用 在无机物的制备和提纯、废水处理等领域，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
2．方法
方法
实例
操作及原理
除去 NH4Cl 中的 FeCl3
溶于水，加氨水调节 pH：Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH4+
称甘油，B 正确；C 项，SiO2 不溶于水，在牙膏中的作用是摩擦剂，有助于去除牙齿表面的污垢，C 正确；
D 项， Ksp[Ca5 (PO)4OH]>Ksp[Ca5 (PO)4F] ，则 Ca5(PO4)3F 比 Ca5(PO4)3OH 更难溶，口腔内有 Ca5(PO4)3OH
(s)
5Ca2+(aq)+ 3PO43-(aq)+OH-(aq)，用含氟牙膏刷牙时，氟离子、钙离子和磷酸根离子能结合为
三、沉淀的转化 1. AgCl、AgI、Ag2S 的转化
实验操作
实验现象 有白色沉淀析出 实验原理 Ag+ + Cl- == AgCl↓ 实验结论
白色沉淀转化为黄色沉淀
黄色沉淀转化为黑色沉淀
AgCl(s) + KI ⇌ AgI(s) + KCl
2AgI(s) + Na2S ⇌ Ag2S(s) + 2NaI
Ca5(PO4)3F，使上述平衡右移，则 Ca5(PO4)3OH 转化为更难溶的 Ca5(PO4)3F，能减少龋齿的发生，D 正确；
故选 A。
【例 6】(2021·湖北省仙桃中学高二期中)锂被誉为“高能金属”，废旧锂离子电池的 正极材料主要含有
LiCoO2 及少量 Al、Fe 等，处理该废料的一种工艺流程如图所示：
1.6 1052
向 100mL 含 Zn2 、 Cu2 和 Hg2 浓度均为 0.01mol/L 的溶液中逐滴加入 0.001mol/L 的 Na2S 溶液，下列说法
正确的是
A． Zn2 先沉淀
B． Cu2 先沉淀
C． Hg2 先沉淀
D．同时沉淀
【答案】C
【详解】 向 Zn2 、 Cu2 和 Hg2 浓度均为 0.01mol/L 的溶液中逐滴加入 0.001mol/L 的 Na2S 溶液，当溶液中离子开始 沉淀时，溶液中 c(金属离子)×c(S2-)=Ksp，Ksp 越小的难溶物最先生成，Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)>Ksp(HgS)，因此 Hg2 先沉淀，故答案为 C。
(4)用氨水调节 pH 的范围为___________。
(5)该流程涉及多次过滤，实验室中过滤后洗涤沉淀的操作为___________。
(6)写出“沉钴”过程中发生反应的离子方程式：___________。
【答案】
(1)2Al+2NaOH+2H2O=2Na AlO2+3H2 (2)升高温度(增大双氧水的浓度) (3) 2LiCoO2+ H2O2+6H+=2Li++2Co2++4H2O+ O2↑
已知：① Ksp (Li2CO3 ) 1.6 103 ，LiCoO2 难溶于水，具有强氧化性(且氧化性强于 KMnO4)；
②相关金属离子形成氢氧化物沉淀的 pH 值如表所示：
金属离子
Al3+
Fe3+
Fe2+
Co2+
开始沉淀的 pH
4.0
2.7
7.6
7.0
沉淀完全的 pH
5.2
3.7
9.6
9.0
回答下列问题：：
加入 Na2S：S2- + Hg2+ === HgS↓ 通入 H2S：H2S + Cu2+=== CuS↓ + 2H+
二、沉淀的溶解 1．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。 2．Mg(OH)2 沉淀溶解实验
Ca5(PO4)3OH (s)
5Ca2+(aq)+ 3PO43-(aq)+OH-(aq)；Ksp[Ca5 (PO)4OH]>Ksp[Ca5 (PO)4F] 。下列说法不．正．确．
的是( )
A．若使牙膏呈弱酸性，更有利于保护牙釉质 B．丙三醇的俗称是甘油
C．SiO2 是摩擦剂，有助于去除牙齿表面的污垢
A．浊液 a 为氢氧化镁悬浊液，氢氧化镁存在沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)，故 A 不 符合题意；
B．滤液 b 中含有过量的氢氧化钠溶液，故加入 FeCl3 溶液有红褐色沉淀 Fe(OH)3 生成，故不能证明 Fe(OH)3 比 Mg(OH)2 更难溶，故 B 符合题意；
实验操作 实验现象 原理分析
①Mg(OH)2 沉淀几乎不溶解，溶液浑浊；②Mg(OH)2 沉淀溶解，溶液澄清。
H+ 与 OH- 反应，使 OH- 浓度减小，Mg(OH)2 沉淀溶解平衡不断右移，最终完全溶解。
3. 方法 ① 酸溶法：如 CaCO3 溶于盐酸，Al(OH)3、Cu(OH)2 溶于强酸等。 ② 盐溶法：如 Mg(OH)2 可溶于 NH4Cl 溶液中：Mg(OH)2 + 2NH4+ === Mg2+ + 2NH3·H2O ③ 氧化还原法：如 CuS、HgS 等可溶于 HNO3 中：3CuS + 8HNO3 === 3Cu(NO3)2 + 3S + 2NO↑+ 4H2O ④ 配合物法：如 AgCl 可溶于 NH3·H2O，AgCl+2NH3·H2O ===[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O
(2)自然界中矿物的转化
CaCO3 + 2HCl===CaCl2 + H2O + CO2↑
氧化、淋滤
渗透、遇闪锌矿（ZnS）和方铅矿（PbS）
原生铜的硫化物
CuSO4 溶液
铜蓝(CuS)
CuSO4 (aq) + ZnS (s) ⇌ CuS(s) + ZnSO4 (aq)；CuSO4 (aq) + PbS(s) ⇌ CuS (s) + PbSO4(s)
调节 pH 法
除去 CuCl2 中的 FeCl3
加入 Cu(OH)2 或 CuO，①Fe3+ + 3H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3H+ ②Cu(OH)2 + 2H+ === Cu2+ + 2H2O CuO + 2H+ === Cu2+ + 2H2O
沉淀剂法
除去废水中的 Hg2+ 除去废水中的 Cu2＋
题型三：沉淀转化的应用
【例 4】(2021·北京高三二模)某品牌牙膏的成分含水、丙三醇、二氧化硅、 苯甲酸钠、十二烷基硫酸钠和
氟 化 钠 等 。 已 知 ： 牙 釉 质 中 含 有 羟 基 磷 酸 钙 [Ca5(PO4)3OH] ， 是 牙 齿 的 保 护 层 。 在 牙 齿 表 面 存 在 平 衡 ：
D．NaF 能将 Ca5(PO4)3OH 转化为更难溶的 Ca5(PO4)3F，减少龋齿的发生
【答案】A
【解析】A 项，Ca5(PO4)3OH (s)
5Ca2+(aq)+ 3PO43-(aq)+OH-(aq)，若使牙膏呈弱酸性，氢离子和氢氧根
离子反应，则平衡向右移动，不有利于保护牙釉质，A 错误；B 项，丙三醇为 HOCH2CH(OH)CH2OH，俗
(1)写出“碱溶”时发生主要反应的化学方程式：___________。
(2)为提高“酸溶”的浸出速率，可采取的措施有___________(任写一种)。
(3)“酸溶”时，LiCoO2 能将 H2O2 氧化，其离子方程式为___________；若用浓盐酸代替 H2SO4 和 H2O2 的 混合液，缺点是___________。
3. 实质、条件、规律
① 实质：沉淀溶解平衡的移动。 ② 条件：两种沉淀的溶解度不同。 ② 规律：溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现，溶解度相差越大，转化越容易。
4. 沉淀转化的应用 (1)锅炉除水垢(含有 CaSO4) ① 操作：先加 Na2CO3 溶液，再加稀盐酸 ② 原理：CaSO4(s) + Na2CO3 ⇌ CaCO3(s) + Na2SO4
常温下，Co(OH)3 的溶度积常数为 Ksp，则 Co3+完全沉淀时[c(Co3+)＜10-5mol·L-1]，溶液的 c(OH-)= 3
Ksp 110-5
，
pH
至少为
14+1g
3
Ksp 110-5
；
题型二：沉淀的转化
【例 3】(2021·北京·首都师范大学附属中学高二期中)实验：①向盛有 1mL0.1mol/LMgCl2 溶液试管中加 1mL0.3mol/LNaOH 溶液，得到浊液 a，过滤得到滤液 b 和白色沉淀 c。②向沉淀 c 中滴加 0.1mol/LFeCl3 溶 液，沉淀变为红褐色，下列分析不．正．确．的是 A．浊液 a 中存在沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq) B．滤液 b 中加入上述 FeCl3 溶液有红褐色沉淀生成，证明 Fe(OH)3 比 Mg(OH)2 更难溶 C．②中颜色变化说明 Mg(OH)2 转化为 Fe(OH)3 D．实验②可以证明 Fe(OH)3 比 Mg(OH)2 更难溶 【答案】B 【详解】 将 0.1mol•L-1MgCl2 溶液和 0.3mol•L-1NaOH 溶液等体积混合得到氢氧化镁悬浊液和氯化钠、氢氧化钠的混合 物，氢氧化镁存在沉淀溶解平衡 Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)，
Fe3+
Zn2+
开始沉淀的 pH
7.15
6.3
1.5
6.2
沉淀完全的 pH
9.15
8.3
2.8
8.2
(1)若无氧化步骤，对实验的影响是_____。试剂 X 可以为下列物质中的_____。
A．KOH
B．Zn(OH)2 C．ZnO D．Na2CO3
(2)常温下，已知 Co(OH)3 的溶度积常数为 Ksp，则 Co3+完全沉淀时[c(Co3+)＜10-5mol·L-1]，溶液的 pH 至少为
溶解度：Ag2S<AgI<AgCl
2. Mg(OH)2 与 Fe(OH)3 的转化
实验操作
实验现象 实验原理 实验结论
产生白色沉淀
白色沉淀转化为红褐色沉淀
Mg2+ + 2OH- === Mg(OH)2↓
3Mg(OH)2(s) + 2FeCl3 ⇌ 2Fe(OH)3(s) + 3MgCl2
Mg(OH)2 沉淀转化为 Fe(OH)3 沉淀，说明溶解度：Fe(OH)3<Mg(OH)2。
_____(用含 Ksp 的式子表示)。 【答案】
(1) 无法有效除铁 BC
(2)14+lg
3
Ksp 110-5
【分析】 废渣(含 Zn、Co、Fe、ZnO、SiO2 等)其中二氧化硅不溶于酸，滤渣 1 为 SiO2，溶液中含有锌离子，亚铁离 子，钻离子，经双氧水氧化后，亚铁离子转化为三价铁离子，调节 pH 值使三价铁离子转化为氢氧化铁沉 淀，加入有机溶剂经过萃取分液，水相中为钴离子，有机相为锌离子，操作 2 是蒸发浓缩、冷却结晶、过 滤、洗涤，干燥，据此分析解题； (1) 若无氧化步骤，亚铁离子不能转化为三价铁离子，对实验的影响是无法有效除铁；加入试剂 X 的目的调节 pH，三价铁离子转化为氢氧化铁沉淀，但是不能引入杂质，产物中与硫酸锌生成，可以加入含锌，能消耗 氢离子的，可以是氧化锌和氢氧化锌，故选 BC； (2)
(3)氟化物预防龋齿 ① 牙齿表面的釉质层，只要成 分是难溶的羟基磷灰石[Ca5(PO4)3(OH)]。 ② 口腔中的有机酸使釉质层溶解：Ca5(PO4)3(OH) + 4H+ ===5Ca2+ + 3HPO42- + H2O ③ 氟离子能与羟基磷灰石反应，生成溶解度更小的氟磷灰石，更能抵抗酸的腐蚀：
Ca5(PO4)3(OH)(s) + F-(aq) ⇌ Ca5(PO4)3F(s) + OH-(aq)
对点训练
题型一：沉淀的生成与溶解
【变 1-1】(2020·贵州·高二学业考试)已知几种难溶电解质的溶度积常数 Ksp(25CuS
HgS
Ksp
1.6 1024
6.3 1036
C．实验②中是 Mg(OH)2 和氯化铁之间反应生成氢氧化铁，说明 Fe(OH)3 比 Mg(OH)2 难溶，故 C 不符合题 意；
D．氢氧化镁的悬浊液中滴加氯化铁会生成氢氧化铁沉淀，沉淀向着更难溶的物质转化，所以实验可以证明 Fe(OH)3 比 Mg(OH)2 更难溶，故 D 不符合题意；
故答案为：B。