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(二) 和电离平衡、溶度积有关的填空特训
1.已知常温下:Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38 ,Ksp[Mn(OH)2]=2.1×10-13,某溶液中含c(Cu2+)=2.2 mol·L-1、c(Fe3+)=0.008 mol·L-1、c(Mn2+)=0.01 mol·L-1,逐滴加入稀氨水调节pH可依次分离,首先沉淀的是________(填离子符号),为使铜离子开始沉淀,常温下应调节溶液的pH值大于________。
答案 Fe3+ 4
解析 三种金属阳离子出现沉淀,根据浓度商与Ksp的关系;Cu2+转化成沉淀,c(OH-)== mol·L-1=1×10-10 mol·L-1;Fe3+转化成沉淀,c(OH-)== mol·L-1=×10-12 mol·L-1;Mn2+转化成沉淀,c(OH-)= mol·L=×10-5.5 mol·L-1;因此首先沉淀的是Fe3+,为使Cu2+沉淀,此时c(OH-)=1×10-10 mol·L-1,c(H+)= mol·L-1=10-4 mol·L-1,即pH=4,当pH>4时,Cu2+出现沉淀。
2.若Ksp(ZnCO3)=1.5×10-10,溶液中离子浓度≤1.0×10-5 mol·L-1时,认为该离子沉淀完全。则欲使1 L c(Zn2+)=1.5 mol·L-1溶液中Zn2+沉淀完全,需加入等体积的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为________________mol·L-1 (写出精确计算结果,溶液混合时体积变化忽略不计)。
答案 (1.5+3×10-5)mol·L-1
解析 c(Zn2+)=1.0×10-5 mol·L-1,Ksp(ZnCO3)=c(Zn2+)·c(CO)=1.5×10-10
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,带入数据,可得c(CO)=1.5×10-5 mol·L-1,由于是等体积混合,所以原碳酸钠溶液中,CO物质的量为3×
10-5 mol,1 L c(Zn2+)=1.5 mol·L-1溶液中,使CO发生沉淀,需要CO物质的量为1.5 mol,所以Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为(3×10-5+1.5)/1 mol·L-1=(1.5+3×10-5)mol·L-1。
3.已知:HCN的电离常数Ka=4.9×10-10,H2S的电离常数Ka1=1.3×10-7,Ka2=7.0×10-15。向NaCN溶液中通入少量的H2S气体,反应的化学方程式为___________________________
____________________________________________________________________________________________________________________。
在废水处理领域中常用H2S将Mn2+转化为MnS除去,向含Mn2+为0.002 0 mol·L-1的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:Ksp(MnS)=1.4×10-15]。
答案 NaCN+H2S===HCN+NaHS 6
解析 向NaCN溶液中通入少量的H2S气体,反应的化学方程式为NaCN+H2S===HCN+NaHS。因为MnS===Mn2++S2-,Ksp(MnS)=1.4×10-15 ,所以当Mn2+为0.002 0 mol·L-1开始沉淀时c(S2-)=7×10-13 mol·L-1,根据Ka2=7.0×10-15,HS-浓度为1.0×10-4 mol·L-1时,c(H+)=1.0×10-6 mol·L-1,所以pH=-lg c(H+)=-lg (1.0×10-6)=6。
4.将CuCl水解再热分解可得到纳米Cu2O。CuCl水解的反应为CuCl(s)+H2O(l)CuOH(s)+Cl-(aq)+H+(aq)。该反应的平衡常数K与此温度下Kw、Ksp(CuOH)、Ksp(CuCl)的关系为K=________________________________________________________________________。
答案
解析 CuCl(s)+H2O(l)CuOH(s)+Cl-(aq)+H+(aq),平衡常数K=c(H+)·c(Cl-)=×=。
5.在溶液中存在以下沉淀溶解平衡:Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq),常温下,Cr(OH)3的溶度积Ksp=1.0×10-32,当c(Cr3+)降至1.0×10-5 mol·L-1,认为Cr3+已经完全沉淀。现将还原后溶液的pH值调至4,此时Cr3+是否沉淀完全(列式计算)?
答案 当pH调到4时,c(OH-)= mol·L-1=1.0×10-10 mol·L-1,c(Cr3+)= mol·L-1=1.0×10-2 mol·L-1>1.0×10-5 mol·L-1,因此Cr3+没有沉淀完全。
6.若仅从沉淀转化角度考虑,能否利用反应CoCO3+C2O===CoC2O4+CO 将CoCO3转化为CoC2O4?________(填“能”或“不能”),说明理由:____________________________
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[已知Ksp(CoCO3)=1.4×10-13,Ksp(CoC2O4)=6.3×10-8]
答案 不能 该反应的平衡常数为K≈2.22×10-6,转化程度极小
解析 从沉淀转化角度考虑,若实现CoCO3+C2O===CoC2O4+CO,该反应的平衡常数为K===≈2.22×10-6,转化程度极小,所以不能实现转化。
7.工厂排出的废水中含有的NO对人类健康造成危害。科技人员在碱性条件下用Al粉将NO还原成N2。缺点是处理后的水中生成了AlO,仍然对人类健康有害。
已知25 ℃,Ksp[(Al(OH)3]=1.3×10-33,Al(OH)3H++H2O+AlO,K=1.0×10-13。
(1)25 ℃时,欲将上述处理过的水中的AlO降到1.0×10-6 mol·L-1,需调节溶液的pH=________,此时水中c(Al3+)=________mol·L-1。
(2)25 ℃时,Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数K=________。
答案 (1)7 1.3×10-12 (2)10
解析 (1)25 ℃时,Al(OH)3H++H2O+AlO,K=1.0×10-13,故c(H+)= mol·L-1=1.0×10-7 mol·L-1,需调节溶液的pH=7,Ksp[(Al(OH)3]=c3(OH-)·c(Al3+)= (10-7)3×c(Al3+)=1.3×10-33,c(Al3+)=1.3×10-12 mol·L-1。
(2)25 ℃时,Al(OH)3溶于NaOH溶液:Al(OH)3+OH-=== AlO+2H2O,反应的平衡常数K===10。
8.可以用K2CO3溶液吸收H2S,其原理为K2CO3+H2S===KHS+KHCO3,该反应的平衡常数为________(已知H2CO3 的Ka1=4.2×10-7,Ka2=5.6×10-11;H2S的Ka1=5.6×10-8,Ka2=1.2×10-15)。
答案 1.0×103
解析 反应K2CO3+H2S===KHS+KHCO3的离子方程式为CO+H2S===HS-+HCO,该反应的平衡常数K=====1×103。
9.(1)已知Ksp(Ag2CrO4)=1.0×10-12,向0.2 mol·L-1的AgNO3溶液中加入等体积的0.08 mol·L-1 K2CrO4溶液,则溶液中的c(CrO)=________________。
(2)室温下,0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液的pH值______0.1 mol·L-1 Na2SO3溶液的pH值(填“>”“