2023版高中化學人教版選擇性必修1 第三章 水溶液中的離子反應與平衡 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)

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

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

溶液中的溶質: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)因難溶電解質本身的性質,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。②溫度:升高溫度,多數(shù)平衡向沉淀溶解的方向移動;少數(shù)平衡向生成沉淀的方向

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

離子時,平衡向沉淀溶解的方向移動。

1.概念:難溶電解質在水溶液中達到沉淀溶解平衡時的平衡常數(shù),稱為溶度積常

數(shù),簡稱溶度積,符號為Ksp。2.表達式:AmBn(s)

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

度無關。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:反映了難溶電解質在水中的溶解能力。(1)相同溫度下,對于同類型物質(如AgCl、AgBr、AgI等),Ksp數(shù)值越大,難溶電解

質在水中的溶解能力越強。(2)相同溫度下,對于不同類型的物質,Ksp差距不大時不能直接作為比較依據(jù)。2|溶度積常數(shù)5.應用:可定量判斷給定條件下有無沉淀生成。離子積(Q):對于AmBn(s)

mAn+(aq)+nBm-(aq),任意時刻Q=cm(An+)·cn(Bm-)。(1)Q>Ksp,溶液過飽和,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,無沉淀析出。1.沉淀的生成(1)原理:當Q>Ksp時,難溶電解質的溶解平衡向左移動,生成沉淀。(2)應用:可利用生成沉淀分離或除去溶液中的雜質離子。(3)方法①調(diào)節(jié)pH法:如除去NH4Cl溶液中的FeCl3雜質,可加入氨水調(diào)節(jié)pH,反應的離子方

程式為Fe3++3NH3·H2O

Fe(OH)3↓+3N

。②加沉淀劑法:如用H2S沉淀Cu2+,反應的離子方程式為Cu2++H2S

CuS↓+2H+。3|沉淀溶解平衡的應用2.沉淀的溶解(1)原理:當Q<Ksp時,難溶電解質的溶解平衡向右移動,沉淀溶解。(2)方法①酸溶解法:如用鹽酸溶解CaCO3,反應的離子方程式為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.沉淀的轉化(1)實質:沉淀溶解平衡的移動。(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:一般說來,溶解度小的沉淀轉化成溶解度更小的沉淀容易實現(xiàn)。(4)應用①鍋爐除水垢:將CaSO4轉化為CaCO3,然后用鹽酸清洗,轉化反應的離子方程式為

CaSO4+C

CaCO3+S

。②礦物轉化:ZnS遇CuSO4溶液轉化為CuS,反應的離子方程式為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Ag+和Cl-,這

種說法對嗎?提示:不對。難溶電解質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,這種說法對嗎?提示:對。外界因素對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,難溶電解質在水中的溶解能力越強,這種說法對嗎?提示:不對。相同溫度下,對于同類型物質而言,Ksp數(shù)值越大,難溶電解質在水中的

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

質,Ksp差距不大時不能直接比較,如Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,不知識辨析能認為Mg(OH)2比AgCl更難溶。4.一般來說,溶解能力相對較強的物質易轉化為溶解能力相對較弱的物質,這種說

法對嗎?提示:對。沉淀轉化的實質就是沉淀溶解平衡的移動,溶解能力較強的物質容易

轉化為溶解能力相對較弱的物質。5.AgCl(s)

Ag+(aq)+Cl-(aq)和AgCl

Ag++Cl-所表示的意義相同,這種說法對嗎?提示:不對。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溶液中加入過量的AgCl固體,達到平衡后c(Ag+)=10amol·L-1。3.計算反應的平衡常數(shù)。如:對于反應Cu2+(aq)+ZnS(s)

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

=

。4.溶度積、溶解度和溶質的物質的量濃度都可以用來衡量沉淀的溶解能力或程

度,它們彼此關聯(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)的有關計算

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溶液中水的質量近似為100g)。(2)已知S,即已知某溫度下100g水中溶解SgCaCO3(可認為溶液體積為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。

典例回答下列問題:(1)在Ca(NO3)2溶液中加入(NH4)2CO3溶液后過濾,若測得濾液中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

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

(填“能”或“不能”)使石蕊溶液變藍

色。{已知Ksp[Mg(OH)2]=4.0×10-12,lg5=0.7}思路點撥解答本題的關鍵是理解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Mg(OH)2飽和溶液中Mg2+的物質的量濃度為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色。答案

(1)是

(2)能

1.分析方法第一步:明確圖像中縱、橫坐標的含義。縱、橫坐標通常是難溶物溶解后電

離出的離子濃度。第二步:理解圖像中線上的點、線外點的含義。(1)以氯化銀為例,在該沉淀溶解平衡圖像中,曲線上任意一點都達到了沉淀溶解

平衡狀態(tài),此時Q=Ksp。在溫度不變時,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,不會出現(xiàn)在曲線以外。(2)曲線上方區(qū)域的點均為過飽和溶液,此時Q>Ksp。(3)線下方區(qū)域的點均為不飽和溶液,此時Q<Ksp。2沉淀溶解平衡圖像分析

第三步:抓住Ksp的特點,結合選項分析判斷。(1)溶液在蒸發(fā)時,溶質離子濃度的變化有兩種情況:①原溶液不飽和時,離子濃度

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

度無關。2.典型圖像(1)沉淀溶解平衡曲線分析[以BaSO4(s)

Ba2+(aq)+S

(aq)為例]

分析圖像可知:①a→c:曲線上變化,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:曲線上變化,增大c(Ba2+);⑤曲線上方的點表示過飽和溶液;曲線下方的點表示不飽和溶液。(2)沉淀溶解平衡的對數(shù)圖像(以MnCO3、CaCO3、MgCO3為例)

已知:pM=-lgc(M)(M:Mg2+、Ca2+、Mn2+),p(C

)=-lgc(C

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

)越小;②縱坐標數(shù)值越大,c(M)越小;③線上方的點為不飽和溶液;④線上的點為飽和溶液;⑤線下方的點表示過飽和溶液(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對數(shù)圖像如圖所示。下列說法正確的是

(

)

D思路點撥注意橫、縱坐標的意義,建立數(shù)形結合的思維模型;注意線的走勢與

離子濃度變化的關系。A.MN線代表CuS的沉淀溶解平衡B.常溫下,Ksp(CuS)=Ksp(Ag2S)C.P點:易析出CuS沉淀,不易析出Ag2S沉淀D.M點和N點的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),結合題給圖像可知,MN線代表Ag2S的沉淀溶

解平衡,A錯誤;由N點數(shù)值可計算常溫下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錯誤;c(S2-)越大,

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

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

點c(Ag+)=10-5mol·L-1,則c(S2-)=

=10-40mol·L-1,N點時c(Ag+)=10-15mol·L-1,則c(S2-)=

mol·L-1=10-20mol·L-1,所以M點和N點的c(S2-)之比為10-40mol·L-1∶10-20mol·L-1=1×10-20∶1,D正確。方法點津

變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知——突破水溶液中的離子平衡

化學鍍鎳作為金屬防腐的一種重要形式,廣泛地應用于汽車工業(yè)、化學工

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。

問題1H3PO2與NaOH完全反應的化學方程式是什么?若向H3PO2溶液中滴加NaOH溶液至過量,混合溶液中水的電離程度如何變化?繪制該過程中水的電離程

度的變化曲線。提示

H3PO2是一元弱酸,與NaOH完全反應生成NaH2PO2和H2O,反應的化學方程

式為H3PO2+NaOH

NaH2PO2+H2O。H3PO2抑制水的電離,NaH2PO2促進水的電離,過量的NaOH抑制水的電離,所以二者恰好完全反應生成NaH2PO2時水的電離

程度最大。向H3PO2溶液中滴加過量NaOH溶液過程中水的電離程度變化曲線如圖所示:

問題225℃時,向20mL0.1mol/L的H3PO2溶液中滴加0.1