2023版人教高中同步化學(xué)選擇性必修一：第三章水溶液中的離子反應(yīng)與平衡第四節(jié)沉淀溶解平衡

第四節(jié)沉淀溶解平衡1.知道沉淀溶解平衡的概念及其影響因素。2.明確溶度積和離子積的關(guān)系,學(xué)會(huì)判斷溶液中難溶電解質(zhì)的沉淀或溶解情況。3.能用平衡移動(dòng)原理解釋沉淀的溶解與生成、沉淀轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)。4.學(xué)會(huì)用沉淀溶解平衡的移動(dòng)解決生產(chǎn)、生活中的問題。

沉淀溶解平衡

1.溶解平衡狀態(tài)在一定溫度下,固體溶質(zhì)在水中形成飽和溶液時(shí),溶液中溶質(zhì)質(zhì)量保持不變的狀

態(tài),該狀態(tài)下,固體溶質(zhì)溶解的速率和溶液中離子結(jié)合生成沉淀的速率相等,但溶

解和沉淀仍在進(jìn)行。2.沉淀溶解平衡(1)概念在一定溫度下,當(dāng)沉淀和溶解速率相等時(shí),即建立了動(dòng)態(tài)平衡,人們把這種平衡稱

為沉淀溶解平衡。如AgCl溶于水的沉淀溶解平衡表示為①

AgCl(s)

Ag+

(aq)+Cl-(aq)

。(2)特征

3.沉淀溶解平衡的移動(dòng)固體物質(zhì)的沉淀溶解平衡是可逆過程:固體物質(zhì)

溶液中的溶質(zhì)。(1)v溶解⑤

>

v沉淀固體溶解(2)v溶解⑥

=

v沉淀沉淀溶解平衡(3)v溶解⑦

<

v沉淀析出沉淀4.生成難溶電解質(zhì)的離子反應(yīng)的限度(1)25℃時(shí),溶解性與溶解度的關(guān)系

(2)反應(yīng)完全的標(biāo)志一般情況下,化學(xué)上通常認(rèn)為殘留在溶液中的離子濃度小于⑧

1×10-5

mol·L-1時(shí),生成沉淀的反應(yīng)就進(jìn)行完全了。5.溶度積常數(shù)以AmBn(s)

mAn+(aq)+nBm-(aq)為例:

溶度積離子積概念沉淀溶解平衡的平衡常數(shù)溶液中有關(guān)離子濃度冪的乘積符號(hào)KspQ表達(dá)式Ksp=cm(An+)·cn(Bm-),式中的濃度都

是平衡濃度Q=cm(An+)·cn(Bm-),式中的濃度是

任意時(shí)刻的濃度應(yīng)用判斷在一定條件下沉淀生成或溶解Q>Ksp:溶液中有沉淀析出Q=Ksp:沉淀溶解平衡狀態(tài)Q<Ksp:溶液中無沉淀析出

沉淀溶解平衡的應(yīng)用

1.沉淀的生成(1)調(diào)節(jié)pH法工業(yè)原料氯化銨中含雜質(zhì)氯化鐵,將含雜質(zhì)的氯化銨溶解于水,再加入氨水調(diào)節(jié)

pH至7~8,可使Fe3+生成Fe(OH)3沉淀而除去。反應(yīng)的離子方程式為⑨

Fe3++3NH3

·H2O

Fe(OH)3↓+3N

。(2)加沉淀劑法以Na2S、H2S等作沉淀劑,使Cu2+、Hg2+等金屬陽離子生成極難溶的硫化物CuS、

HgS等沉淀而除去。離子方程式為Cu2++S2-

CuS↓、Cu2++H2S

CuS↓+2H+、Hg2++S2-

HgS↓和Hg2++H2S

HgS↓+2H+。2.沉淀的溶解(1)原理:根據(jù)平衡移動(dòng)原理,對于在水中難溶的電解質(zhì),只要不斷移去平衡體系中

的相應(yīng)離子,平衡就向沉淀溶解的方向移動(dòng),從而使沉淀溶解。(2)溶解沉淀的試劑a.用⑩

強(qiáng)酸

溶解:例如,用鹽酸溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等難溶

電解質(zhì)。b.用某些鹽溶液溶解:例如,Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液,化學(xué)方程式為

Mg(OH)2+2NH4Cl

MgCl2+2NH3·H2O

。3.沉淀的轉(zhuǎn)化(1)沉淀轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)a.難溶性銀鹽之間的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟

各步反應(yīng)的離子方程式ⅰ.Ag++Cl-

AgCl↓ⅱ.AgCl(s)+I-(aq)

AgI(s)+Cl-(aq)ⅲ.2AgI(s)+S2-(aq)

Ag2S(s)+2I-(aq)實(shí)驗(yàn)結(jié)論溶解度小的沉淀可轉(zhuǎn)化為溶解度更小的沉淀b.MgCl2溶液

產(chǎn)生白色沉淀

白色沉淀逐漸轉(zhuǎn)化為紅褐色沉淀(2)沉淀轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)是沉淀溶解平衡的移動(dòng)。一般來說,溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化成溶解度更小的沉

淀容易實(shí)現(xiàn)。兩者的溶解度差別越大,沉淀越容易轉(zhuǎn)化。(3)沉淀轉(zhuǎn)化的應(yīng)用a.鍋爐除水垢水垢中的CaSO4(s)

CaCO3(s)

Ca2+(aq)反應(yīng)的化學(xué)方程式如下:CaSO4+Na2CO3

Na2SO4+CaCO3CaCO3+2HCl

CaCl2+H2O+CO2↑b.自然界中礦物的轉(zhuǎn)化原生銅的硫化物

CuSO4溶液

銅藍(lán)(CuS)反應(yīng)的化學(xué)方程式如下:CuSO4+ZnS

CuS+ZnSO4CuSO4+PbS

CuS+PbSO4

判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“?”。1.溴酸銀(AgBrO3)的溶解度隨溫度升高逐漸增大,所以AgBrO3的溶解是放熱過程

(

?)2.AgCl(s)

Ag+(aq)+Cl-(aq)和AgCl

Ag++Cl-所表示的意義相同

(

?)3.石灰乳中存在下列平衡:Ca(OH)2(s)

Ca2+(aq)+2OH-(aq),加入少量CaCl2溶液,溶度積常數(shù)變大

(

?)4.向Na2SO4溶液中加入過量的BaCl2溶液,則S

沉淀完全,溶液中只含Ba2+、Na+和Cl-,不含S

(

?)提示:因?yàn)槿芤褐写嬖诹蛩徜^的沉淀溶解平衡,所以溶液中仍含有少量S

。5.化工生產(chǎn)中含Cu2+的廢水常用MnS(s)作沉淀劑,其反應(yīng)原理為Cu2+(aq)+MnS(s)

CuS(s)+Mn2+(aq),該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),c(Cu2+)=c(Mn2+)(

?)提示:反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),c(Cu2+)和c(Mn2+)不再變化,但不一定相等。6.在洗滌BaSO4沉淀時(shí),為了減少洗滌過程中固體的損耗,最好選用稀硫酸來洗滌

(√)提示:稀硫酸中的S

能抑制BaSO4的溶解,可以減少BaSO4的損耗。實(shí)例1利用X-射線對鋇的穿透能力較差的特性,醫(yī)學(xué)上在進(jìn)行消化系統(tǒng)的X-射

線透視時(shí),常使用BaSO4做內(nèi)服造影劑,這種技術(shù)俗稱鋇餐透視。由于Ba2+有劇毒,

故水溶性鋇鹽不能用作鋇餐。25℃時(shí),BaCO3和BaSO4的沉淀溶解平衡分別為:BaCO3(s)

Ba2+(aq)+C

(aq)

Ksp=2.6×10-9BaSO4(s)

Ba2+(aq)+S

(aq)

Ksp=1.1×10-10

沉淀溶解平衡的應(yīng)用實(shí)例2Ba2+有劇毒,如果誤食可溶性鋇鹽[如BaCl2、Ba(NO3)2等]會(huì)導(dǎo)致鋇中毒。中毒者應(yīng)盡快用5.0%的Na2SO4溶液洗胃,隨后導(dǎo)瀉使鋇鹽盡快排出。Na2SO4溶液

進(jìn)入胃后,S

可與Ba2+結(jié)合生成BaSO4沉淀而解毒。問題1.由溶度積常數(shù)可知BaSO4、BaCO3都難溶于水,而且二者的溶解度相差不大,醫(yī)

學(xué)上能用BaCO3作鋇餐嗎?為什么?提示:不能。胃酸的酸性很強(qiáng),如果用BaCO3作鋇餐,BaCO3入胃后,胃酸可與BaCO3

電離出的C

反應(yīng)生成二氧化碳和水,使C

的濃度降低,此時(shí)BaCO3的沉淀溶解平衡向溶解的方向移動(dòng),使Ba2+濃度增大而導(dǎo)致人體中毒,因此不能用碳酸鋇作

鋇餐。2.誤食可溶性鋇鹽(如BaCl2等),會(huì)導(dǎo)致鋇中毒。中毒者應(yīng)盡快用5.0%的Na2SO4溶

液洗胃的原因是什么?提示:鋇中毒后,用5.0%的Na2SO4溶液洗胃,S

與Ba2+結(jié)合生成BaSO4沉淀,可緩解Ba2+對人體的毒害。3.已知不同金屬離子在溶液中完全沉淀時(shí),溶液的pH不同。提示:因FeCl3發(fā)生水解反應(yīng):Fe3++3H2O

Fe(OH)3+3H+,故可選擇CuO或Cu(OH)2,消耗Fe3+水解生成的H+,調(diào)節(jié)溶液pH至3.7~4.4之間,從而使Fe3+完全以Fe(OH)3形

式沉淀出來,再過濾除去Fe(OH)3及過量的CuO或Cu(OH)2。溶液中被沉淀的離子Fe3+Cu2+生成氫氧化物沉淀時(shí)溶液的pH≥3.7≥4.4根據(jù)信息分析除去CuCl2溶液中的FeCl3應(yīng)選什么試劑?原理是什么?

沉淀的生成與溶解(1)沉淀的生成和溶解這兩個(gè)方向相反的過程相互轉(zhuǎn)化的條件是離子濃度,控制

離子濃度,可以使反應(yīng)向我們需要的方向轉(zhuǎn)化。(2)利用生成沉淀除去某種離子,首先要使生成沉淀的反應(yīng)能夠發(fā)生,其次沉淀生

成的反應(yīng)進(jìn)行得越完全越好。(3)根據(jù)平衡移動(dòng)原理,對于在水中難溶的電解質(zhì),如果能設(shè)法不斷地移去溶解平

衡體系中的相應(yīng)離子,使平衡向沉淀溶解的方向移動(dòng),就可以使沉淀溶解。如常

用強(qiáng)酸溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等難溶電解質(zhì)。

向鍋爐中注入Na2CO3溶液,將水垢中的CaSO4轉(zhuǎn)化為CaCO3,再用鹽酸除去,下列敘述中正確的是

()A.溫度升高,Na2CO3溶液的KW和c(H+)均會(huì)增大B.CaSO4能轉(zhuǎn)化為CaCO3,說明Ksp(CaCO3)>Ksp(CaSO4)C.CaCO3溶于鹽酸而CaSO4不溶,是因?yàn)榱蛩崴嵝詮?qiáng)于鹽酸D.沉淀轉(zhuǎn)化的離子方程式為C

(aq)+CaSO4(s)

CaCO3(s)+S

(aq)思路點(diǎn)撥解答本題的關(guān)鍵是理解KW、Ksp的意義,會(huì)分析KW、Ksp的影響因素。D解析

溫度升高,水的電離平衡正向移動(dòng),KW增大;溫度升高,促進(jìn)Na2CO3的水解,

使溶液中c(OH-)增大,c(H+)減小,A項(xiàng)錯(cuò)誤。Ksp(CaCO3)<Ksp(CaSO4),B項(xiàng)錯(cuò)誤。Ca-

CO3與鹽酸反應(yīng)生成可溶性的氯化鈣、水和二氧化碳,CaSO4與鹽酸不滿足復(fù)分

解反應(yīng)發(fā)生的條件,與酸性強(qiáng)弱無關(guān),C項(xiàng)錯(cuò)誤。硫酸鈣轉(zhuǎn)化為較疏松且溶解度更

小的碳酸鈣的離子方程式為CaSO4(s)+C

(aq)

CaCO3(s)+S

(aq),D項(xiàng)正確。

溶度積常數(shù)的計(jì)算及其應(yīng)用

溶度積常數(shù)計(jì)算的三種常見設(shè)問方式(1)已知溶度積,求溶液中的某種離子的濃度,如Ksp=a的飽和AgCl溶液中,c(Ag+)=

mol·L-1。(2)已知溶度積、溶液中某離子的濃度,求溶液中的另一種離子的濃度,如某溫度

下AgCl的Ksp=a,在0.1mol·L-1的NaCl溶液中加入過量的AgCl固體,達(dá)到平衡后c

(Ag+)=10amol·L-1。(3)計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù),如對于反應(yīng)Cu2+(aq)+ZnS(s)

CuS(s)+Zn2+(aq),Ksp(ZnS)=c(Zn2+)·c(S2-),Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

=

。

沉淀溶解平衡圖像的分析(1)明確圖像中縱、橫坐標(biāo)的含義縱、橫坐標(biāo)通常是難溶物溶解后電離出的離子濃度,有時(shí)候是離子濃度的負(fù)對

數(shù)。(2)理解圖像中線上點(diǎn)、線外點(diǎn)的含義①以氯化銀為例,在如圖所示的沉淀溶解平衡圖像中,曲線上任意一點(diǎn)都達(dá)到了

沉淀溶解平衡狀態(tài),此時(shí)Q=Ksp。在溫度不變時(shí),無論改變哪種離子的濃度,另一種

離子的濃度都只能在曲線上變化,不會(huì)出現(xiàn)在曲線以外。②曲線上方區(qū)域的點(diǎn)均為過飽和溶液,此時(shí)Q>Ksp。③曲線下方區(qū)域的點(diǎn)均為不飽和溶液,此時(shí)Q<Ksp。

(3)抓住Ksp的特點(diǎn),結(jié)合選項(xiàng)分析判斷①溶液在蒸發(fā)時(shí),溶質(zhì)離子濃度的變化有兩種情況:原溶液不飽和時(shí),溶質(zhì)離子濃

度都增大;原溶液飽和時(shí),溶質(zhì)離子濃度都不變。②對于同一難溶電解質(zhì)來說,溶度積常數(shù)只與溫度有關(guān),與溶液中溶質(zhì)的離子濃

度無關(guān)。

在t℃時(shí),AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示。又知t℃時(shí)AgCl的Ksp=4×1

0-10,下列說法不正確的是

()A.在t℃時(shí),AgBr的Ksp為4.9×10-13B.在AgBr的飽和溶液中加入NaBr固體,可使溶液由c點(diǎn)變到b點(diǎn)C.t℃