2023版高中化學(xué)人教版選擇性必修1 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.難溶、可溶、易溶界定(20℃時(shí))

2.沉淀溶解平衡(1)概念:在一定溫度下,當(dāng)某種物質(zhì)沉淀和溶解速率相等時(shí),形成該物質(zhì)的飽和溶

液,達(dá)到平衡狀態(tài),人們把這種平衡稱(chēng)為沉淀溶解平衡。1|沉淀溶解平衡固體物質(zhì)

溶液中的溶質(zhì):①v溶解>v沉淀,固體溶解;②v溶解=v沉淀,沉淀溶解平衡;③v溶解<v沉淀,析出沉淀。3.影響沉淀溶解平衡的因素(1)內(nèi)因難溶電解質(zhì)本身的性質(zhì),這是決定因素。(2)沉淀溶解平衡的建立(2)外因①濃度:加水稀釋,平衡向沉淀溶解的方向移動(dòng)。②溫度:升高溫度,多數(shù)平衡向沉淀溶解的方向移動(dòng);少數(shù)平衡向生成沉淀的方向

移動(dòng),如Ca(OH)2的溶解平衡。③同離子效應(yīng):向平衡體系中加入含原體系中某離子的物質(zhì),平衡向生成沉淀的方向移動(dòng)。④其他:向平衡體系中加入可與體系中某些離子反應(yīng)生成更難溶的物質(zhì)或氣體的

離子時(shí),平衡向沉淀溶解的方向移動(dòng)。

1.概念:難溶電解質(zhì)在水溶液中達(dá)到沉淀溶解平衡時(shí)的平衡常數(shù),稱(chēng)為溶度積常

數(shù),簡(jiǎn)稱(chēng)溶度積,符號(hào)為Ksp。2.表達(dá)式:AmBn(s)

mAn+(aq)+nBm-(aq)的Ksp=cm(An+)·cn(Bm-)。3.影響因素:Ksp只與難溶電解質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關(guān),與沉淀的量和溶液中離子的濃

度無(wú)關(guān)。特別提醒

一般溫度升高,Ksp增大,但Ca(OH)2的Ksp減小。4.Ksp的意義:反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力。(1)相同溫度下,對(duì)于同類(lèi)型物質(zhì)(如AgCl、AgBr、AgI等),Ksp數(shù)值越大,難溶電解

質(zhì)在水中的溶解能力越強(qiáng)。(2)相同溫度下,對(duì)于不同類(lèi)型的物質(zhì),Ksp差距不大時(shí)不能直接作為比較依據(jù)。2|溶度積常數(shù)5.應(yīng)用:可定量判斷給定條件下有無(wú)沉淀生成。離子積(Q):對(duì)于A(yíng)mBn(s)

mAn+(aq)+nBm-(aq),任意時(shí)刻Q=cm(An+)·cn(Bm-)。(1)Q>Ksp,溶液過(guò)飽和,有沉淀析出;(2)Q=Ksp,溶液飽和,沉淀與溶解處于平衡狀態(tài);(3)Q<Ksp,溶液未飽和,無(wú)沉淀析出。1.沉淀的生成(1)原理:當(dāng)Q>Ksp時(shí),難溶電解質(zhì)的溶解平衡向左移動(dòng),生成沉淀。(2)應(yīng)用:可利用生成沉淀分離或除去溶液中的雜質(zhì)離子。(3)方法①調(diào)節(jié)pH法:如除去NH4Cl溶液中的FeCl3雜質(zhì),可加入氨水調(diào)節(jié)pH,反應(yīng)的離子方

程式為Fe3++3NH3·H2O

Fe(OH)3↓+3N

。②加沉淀劑法:如用H2S沉淀Cu2+,反應(yīng)的離子方程式為Cu2++H2S

CuS↓+2H+。3|沉淀溶解平衡的應(yīng)用2.沉淀的溶解(1)原理:當(dāng)Q<Ksp時(shí),難溶電解質(zhì)的溶解平衡向右移動(dòng),沉淀溶解。(2)方法①酸溶解法:如用鹽酸溶解CaCO3,反應(yīng)的離子方程式為CaCO3+2H+

Ca2++CO2↑+H2O。②鹽溶液溶解法:如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液,反應(yīng)的離子方程式為Mg(OH)2+2N

Mg2++2NH3·H2O。③氧化還原溶解法:如不溶于鹽酸的Ag2S可溶于稀HNO3。3.沉淀的轉(zhuǎn)化(1)實(shí)質(zhì):沉淀溶解平衡的移動(dòng)。(2)舉例:AgNO3溶液

AgCl(白色沉淀)

AgBr(淡黃色沉淀)

AgI(黃色沉淀)

Ag2S(黑色沉淀)。(3)規(guī)律:一般說(shuō)來(lái),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)。(4)應(yīng)用①鍋爐除水垢:將CaSO4轉(zhuǎn)化為CaCO3,然后用鹽酸清洗,轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為

CaSO4+C

CaCO3+S

。②礦物轉(zhuǎn)化:ZnS遇CuSO4溶液轉(zhuǎn)化為CuS,反應(yīng)的離子方程式為ZnS+Cu2+

CuS+Zn2+。1.將等濃度、等體積的AgNO3溶液和NaCl溶液混合后,溶液中不存在A(yíng)g+和Cl-,這

種說(shuō)法對(duì)嗎?提示:不對(duì)。難溶電解質(zhì)在水中存在溶解平衡,生成AgCl沉淀后溶液中仍然存在

Ag+和Cl-。2.Ca(OH)2溶解放熱,所以升溫Ca(OH)2(s)

Ca2+(aq)+2OH-(aq)平衡逆向移動(dòng),這種說(shuō)法對(duì)嗎?提示:對(duì)。外界因素對(duì)沉淀溶解平衡的影響符合勒夏特列原理。3.相同溫度下,Ksp數(shù)值越大,難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力越強(qiáng),這種說(shuō)法對(duì)嗎?提示:不對(duì)。相同溫度下,對(duì)于同類(lèi)型物質(zhì)而言,Ksp數(shù)值越大,難溶電解質(zhì)在水中的

溶解能力越強(qiáng),如由Ksp數(shù)值可知,溶解能力AgCl>AgBr>AgI;而對(duì)于不同類(lèi)型的物

質(zhì),Ksp差距不大時(shí)不能直接比較,如Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,不知識(shí)辨析能認(rèn)為Mg(OH)2比AgCl更難溶。4.一般來(lái)說(shuō),溶解能力相對(duì)較強(qiáng)的物質(zhì)易轉(zhuǎn)化為溶解能力相對(duì)較弱的物質(zhì),這種說(shuō)

法對(duì)嗎?提示:對(duì)。沉淀轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)就是沉淀溶解平衡的移動(dòng),溶解能力較強(qiáng)的物質(zhì)容易

轉(zhuǎn)化為溶解能力相對(duì)較弱的物質(zhì)。5.AgCl(s)

Ag+(aq)+Cl-(aq)和AgCl

Ag++Cl-所表示的意義相同,這種說(shuō)法對(duì)嗎?提示:不對(duì)。前者是AgCl的沉淀溶解平衡,后者可表示溶于水的AgCl完全電離。

1.已知溶度積,求溶液中的某種離子的濃度。如Ksp(AgCl)=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Ksp(AgCl)=a,在0.1mol·L-1的NaCl溶液中加入過(guò)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(duì)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=

=

。4.溶度積、溶解度和溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度都可以用來(lái)衡量沉淀的溶解能力或程

度,它們彼此關(guān)聯(lián),可以互相換算。以某溫度下CaCO3的溶解平衡為例:CaCO3(s)1溶度積常數(shù)的有關(guān)計(jì)算

Ca2+(aq)+C

(aq),Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(C

),該溫度下100g水中所溶解的CaCO3的質(zhì)量為Sg。由于濃度很小,溶液的密度近似為1g·cm-3。(1)已知Ksp(CaCO3),則c(Ca2+)=c(C

)=

mol·L-1,S=

×100=

×100≈10

(100g溶液中水的質(zhì)量近似為100g)。(2)已知S,即已知某溫度下100g水中溶解SgCaCO3(可認(rèn)為溶液體積為0.1L),則c(Ca2+)=

=

mol·L-1,Ksp=

。(3)已知c(Ca2+)=amol·L-1,則Ksp=c(Ca2+)·c(C

)=a2,1L溶液中含有amolCa2+、amolC

,S=

×100=10a。

典例回答下列問(wèn)題:(1)在Ca(NO3)2溶液中加入(NH4)2CO3溶液后過(guò)濾,若測(cè)得濾液中c(C

)=10-3mol·L-1,則Ca2+是否沉淀完全?

(填“是”或“否”)。[已知c(Ca2+)≤10-5mol·L-1

時(shí)可視為沉淀完全;Ksp(CaCO3)=4.96×10-9](2)25℃時(shí),Mg(OH)2飽和溶液

(填“能”或“不能”)使石蕊溶液變藍(lán)

色。{已知Ksp[Mg(OH)2]=4.0×10-12,lg5=0.7}思路點(diǎn)撥解答本題的關(guān)鍵是理解Ksp的意義,根據(jù)Ksp確定溶液中粒子濃度。解析

(1)根據(jù)Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(C

)=4.96×10-9,得c(Ca2+)=

mol·L-1=4.96×10-6mol·L-1<10-5mol·L-1,則Ca2+可視為沉淀完全。(2)設(shè)Mg(OH)2飽和溶液中Mg2+的物質(zhì)的量濃度為xmol·L-1,則4x3=4.0×10-12,x=1.0×

10-4,c(OH-)=2.0×10-4mol·L-1,c(H+)=

mol·L-1=5×10-11mol·L-1,pH=-lg(5×10-11)=11-lg5=10.3,所以能使石蕊溶液變藍(lán)色。答案

(1)是

(2)能

1.分析方法第一步:明確圖像中縱、橫坐標(biāo)的含義?？v、橫坐標(biāo)通常是難溶物溶解后電

離出的離子濃度。第二步:理解圖像中線(xiàn)上的點(diǎn)、線(xiàn)外點(diǎn)的含義。(1)以氯化銀為例,在該沉淀溶解平衡圖像中,曲線(xiàn)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(wú)論改變哪種離子的濃度,另一種離子的濃

度都只能在曲線(xiàn)上變化,不會(huì)出現(xiàn)在曲線(xiàn)以外。(2)曲線(xiàn)上方區(qū)域的點(diǎn)均為過(guò)飽和溶液,此時(shí)Q>Ksp。(3)線(xiàn)下方區(qū)域的點(diǎn)均為不飽和溶液,此時(shí)Q<Ksp。2沉淀溶解平衡圖像分析

第三步: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:①原溶液不飽和時(shí),離子濃度

都增大;②原溶液飽和時(shí),離子濃度都不變。(2)對(duì)于同一難溶電解質(zhì)來(lái)說(shuō),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(wú)關(guān)。2.典型圖像(1)沉淀溶解平衡曲線(xiàn)分析[以BaSO4(s)

Ba2+(aq)+S

(aq)為例]

分析圖像可知:①a→c:曲線(xiàn)上變化,增大c(S

);②b→c:加入1×10-5mol·L-1Na2SO4溶液(加水不可以);③d→c:加入BaCl2固體(忽略溶液的體積變化);④c→a:曲線(xiàn)上變化,增大c(Ba2+);⑤曲線(xiàn)上方的點(diǎn)表示過(guò)飽和溶液;曲線(xiàn)下方的點(diǎn)表示不飽和溶液。(2)沉淀溶解平衡的對(duì)數(shù)圖像(以MnCO3、CaCO3、MgCO3為例)

已知:pM=-lgc(M)(M:Mg2+、Ca2+、Mn2+),p(C

)=-lgc(C

)。由對(duì)數(shù)圖像分析,可得以下信息:①橫坐標(biāo)數(shù)值越大,c(C

)越小;②縱坐標(biāo)數(shù)值越大,c(M)越小;③線(xiàn)上方的點(diǎn)為不飽和溶液;④線(xiàn)上的點(diǎn)為飽和溶液;⑤線(xiàn)下方的點(diǎn)表示過(guò)飽和溶液(有沉淀生成)。

典例常溫下,Mn+(代表Cu2+或Ag+)的硫化物的沉淀溶解平衡的負(fù)對(duì)數(shù)圖像如圖所示。下列說(shuō)法正確的是

(

)

D思路點(diǎn)撥注意橫、縱坐標(biāo)的意義,建立數(shù)形結(jié)合的思維模型;注意線(xiàn)的走勢(shì)與

離子濃度變化的關(guān)系。A.MN線(xiàn)代表CuS的沉淀溶解平衡B.常溫下,Ksp(CuS)=Ksp(Ag2S)C.P點(diǎn):易析出CuS沉淀,不易析出Ag2S沉淀D.M點(diǎn)和N點(diǎn)的c(S2-)之比為1×10-20∶1解析

Ksp(Ag2S)=c2(Ag+)×c(S2-),則lgc(S2-)+2lgc(Ag+)=lgKsp(Ag2S),Ksp(CuS)=c(Cu2+)×

c(S2-),則lgc(S2-)+lgc(Cu2+)=lgKsp(CuS),結(jié)合題給圖像可知,MN線(xiàn)代表Ag2S的沉淀溶

解平衡,A錯(cuò)誤;由N點(diǎn)數(shù)值可計(jì)算常溫下Ksp(Ag2S)=c2(Ag+)×c(S2-)=(10-15)2×10-20=10-50,Ksp(CuS)=c(Cu2+)×c(S2-)=10-15×10-20=10-35,所以Ksp(CuS)>Ksp(Ag2S),B錯(cuò)誤;c(S2-)越大,

則-lgc(S2-)越小,所以P點(diǎn)為Ag2S的過(guò)飽和溶液,為CuS的不飽和溶液,即易析出Ag2S

沉淀,不能析出CuS,C錯(cuò)誤;由上述分析可知常溫下Ksp(CuS)=10-35,Ksp(Ag2S)=10-50,M

點(diǎn)c(Ag+)=10-5mol·L-1,則c(S2-)=

=10-40mol·L-1,N點(diǎn)時(shí)c(Ag+)=10-15mol·L-1,則c(S2-)=

mol·L-1=10-20mol·L-1,所以M點(diǎn)和N點(diǎn)的c(S2-)之比為10-40mol·L-1∶10-20mol·L-1=1×10-20∶1,D正確。方法點(diǎn)津

變化觀(guān)念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知——突破水溶液中的離子平衡

化學(xué)鍍鎳作為金屬防腐的一種重要形式,廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)、化學(xué)工

業(yè)、石化行業(yè)、食品加工、采礦工業(yè)、軍事工業(yè)、電子工業(yè)等?；瘜W(xué)鍍鎳中需

要用到的一種重要原料就是次磷酸(H3PO2),次磷酸為一元弱酸。

問(wèn)題1H3PO2與NaOH完全反應(yīng)的化學(xué)方程式是什么?若向H3PO2溶液中滴加NaOH溶液至過(guò)量,混合溶液中水的電離程度如何變化?繪制該過(guò)程中水的電離程

度的變化曲線(xiàn)。提示

H3PO2是一元弱酸,與NaOH完全反應(yīng)生成NaH2PO2和H2O,反應(yīng)的化學(xué)方程

式為H3PO2+NaOH

NaH2PO2+H2O。H3PO2抑制水的電離,NaH2PO2促進(jìn)水的電離,過(guò)量的NaOH抑制水的電離,所以二者恰好完全反應(yīng)生成NaH2PO2時(shí)水的電離

程度最大。向H3PO2溶液中滴加過(guò)量NaOH溶液過(guò)程中水的電離程度變化曲線(xiàn)如圖所示:

問(wèn)題225℃時(shí),向20mL0.1mol/L的H3PO2溶液中滴加0.1