《2025年优化探究同步导学案高中化学选择性必修1人教版》

已知常温下，$CuCO_3$、$Cu(OH)_2$、CuS 的$K_{sp}$分别为$1.4×10^{ - 10} mol^2·L^{ - 2}$、$2.2×10^{ - 20} mol^3·L^{ - 3}$、$1.3×10^{ - 36} mol^2·L^{ - 2}$。要除去溶液中的$Cu^{2 + }$，用下列哪种沉淀剂更好？为什么？
①$Na_2CO_3$ ②NaOH ③$Na_2S$
用$ Na_2 S$更好
原因是$ CuS$的$K_{sp}$最小，溶解度最小，$ Cu^{2+}$沉淀得更完全，溶液中剩余的$ Cu^{2+}$最少

答案： 提示：用$ Na_2 S$更好；原因是$ CuS$的$K_{sp}$最小，溶解度最小，$ Cu^{2+}$沉淀得更完全，溶液中剩余的$ Cu^{2+}$最少。

1. 在涉及无机物制备、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。例如，化学沉淀法废水处理工艺流程示意图如下：

(1)工业废水中的金属阳离子会对环境造成很大的危害，除去废水中的$Cu^{2 + }$和$Hg^{2 + }$的方法是加入沉淀剂$ Na_2 S$，可以使废水中的$ Cu^{2+}$、$ Hg^{2+}$转化成$ CuS$、$ HgS$沉淀除去 。
(2)常温下，要去除$ZnSO_4$溶液中混有的$Fe^{3 + }$，可以通过调节溶液的 pH 来实现，试通过计算确定完全沉淀$Fe^{3 + }$时的 pH(写出计算过程){已知：$K_{sp}[Fe(OH)_3]≈1×10^{ - 39} mol^4·L^{ - 4}$，溶液中$c(Fe^{3 + })=10^{ - 5} mol·L^{ - 1}$时可认为$Fe^{3 + }$沉淀完全}。
$K_{sp}[ Fe(OH)_3] = c( Fe^{3+})· c^3( OH^-) = 10^{-5} mol· L^{-1} × c^3( OH^-) \approx 1×10^{-39} mol^4· L^{-4}$，则$c( OH^-) = \sqrt[3]{10^{-34}} mol· L^{-1} \approx 10^{-11.3} mol· L^{-1}$，$c( H^+) = \frac{K_w}{c( OH^-)} = \frac{10^{-14}}{10^{-11.3}} mol· L^{-1} = 10^{-2.7} mol· L^{-1}$，$ pH = -\lg c( H^+) = -\lg10^{-2.7} = 2.7$。即调节溶液的$ pH$超过2.7时，$ Fe^{3+}$沉淀完全。

答案： 1.
(1)加入沉淀剂$ Na_2 S$，可以使废水中的$ Cu^{2+}$、$ Hg^{2+}$转化成$ CuS$、$ HgS$沉淀除去
(2)$K_{sp}[ Fe(OH)_3] = c( Fe^{3+})· c^3( OH^-) = 10^{-5} mol· L^{-1} × c^3( OH^-) \approx 1×10^{-39} mol^4· L^{-4}$，则$c( OH^-) = \sqrt[3]{10^{-34}} mol· L^{-1} \approx 10^{-11.3} mol· L^{-1}$，$c( H^+) = \frac{K_w}{c( OH^-)} = \frac{10^{-14}}{10^{-11.3}} mol· L^{-1} = 10^{-2.7} mol· L^{-1}$，$ pH = -\lg c( H^+) = -\lg10^{-2.7} = 2.7$。即调节溶液的$ pH$超过2.7时，$ Fe^{3+}$沉淀完全。

2. 探究$Mg(OH)_2$沉淀溶解的方法。

(1)应用平衡移动原理，解释$Mg(OH)_2$能溶于盐酸的原因是$ Mg(OH)_2$存在沉淀溶解平衡：$ Mg(OH)_2(s) \rightleftharpoons Mg^{2+}(aq) + 2 OH^-(aq)$，加入盐酸，$ H^+$与$ OH^-$中和生成$ H_2 O$，平衡体系中的$c( OH^-)$不断减小，平衡向沉淀溶解的方向移动，直至$ Mg(OH)_2$完全溶解 。
(2)应用平衡移动原理，解释$Mg(OH)_2$能溶于$NH_4Cl$溶液的原因是$ Mg(OH)_2$存在沉淀溶解平衡：$ Mg(OH)_2(s) \rightleftharpoons Mg^{2+}(aq) + 2 OH^-(aq)$，$ NH_4 Cl$电离出的$ NH_4^+$与$ OH^-$结合生成弱电解质$ NH_3· H_2 O$，使平衡体系中的$c( OH^-)$不断减小，平衡向沉淀溶解的方向移动，直至$ Mg(OH)_2$完全溶解 。

答案： 2.
(1)$ Mg(OH)_2$存在沉淀溶解平衡：$ Mg(OH)_2(s) \rightleftharpoons Mg^{2+}(aq) + 2 OH^-(aq)$，加入盐酸，$ H^+$与$ OH^-$中和生成$ H_2 O$，平衡体系中的$c( OH^-)$不断减小，平衡向沉淀溶解的方向移动，直至$ Mg(OH)_2$完全溶解
(2)$ Mg(OH)_2$存在沉淀溶解平衡：$ Mg(OH)_2(s) \rightleftharpoons Mg^{2+}(aq) + 2 OH^-(aq)$，$ NH_4 Cl$电离出的$ NH_4^+$与$ OH^-$结合生成弱电解质$ NH_3· H_2 O$，使平衡体系中的$c( OH^-)$不断减小，平衡向沉淀溶解的方向移动，直至$ Mg(OH)_2$完全溶解