沉淀溶解平衡+高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第四節(jié)

沉淀溶解平衡第三章

水溶液中的離子反應(yīng)與平衡【情境創(chuàng)設(shè)】腎結(jié)石為泌尿系常見病，多發(fā)病，人群發(fā)病率1/20。病因是尿液中成石物質(zhì)濃度升高或溶解度降低，析出晶體并局部生長聚積形成結(jié)石。腎結(jié)石的主要成分：CaC2O4Ca2++C2O42-=CaC2O4↓為什么多喝水能有效緩解腎結(jié)石？難溶物在水中存在溶解現(xiàn)象和平衡？腎結(jié)石的產(chǎn)生與治療AgNO3的溶液和NaCl溶液混合，請寫出可能出現(xiàn)的現(xiàn)象和反應(yīng)的離子方程式。

現(xiàn)象：離子方程式：生成白色沉淀Ag++Cl—=AgCl↓現(xiàn)象：產(chǎn)生黃色沉淀原因：Ag+

+

I-

=

AgI↓結(jié)論：上層清液中含有Ag+和Cl-【思考】如果上述兩種溶液中AgNO3和NaCl的物質(zhì)的量相等且充分反應(yīng)，此時溶液中還有Ag+和Cl-嗎？如何驗證？通過以上實驗可以看出，沉淀(如AgCl)在水中并不是完全不溶的，只是溶解度很小。10易溶可溶1微溶0.01難溶S/g溶解度與溶解性的關(guān)系：20℃溶解度：在一定溫度下，某物質(zhì)在100克溶劑(通常是水)里達(dá)到飽和狀態(tài)

時所溶解的質(zhì)量。符號：S習(xí)慣上將溶解度小于0.01g的電解質(zhì)稱為難溶電解質(zhì)。問題一：如何定義難溶電解質(zhì)？【任務(wù)一】認(rèn)識難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡化學(xué)式溶解度g/100g化學(xué)式溶解度g/100gAgCl1.5×10?4Ba(OH)23.89AgNO3222BaSO42.4×10?4AgBr8.4×10?6Ca(OH)20.165Ag2SO40.796CaSO40.202Ag2S1.3×10?16Mg(OH)29×10?4BaCl235.7Fe(OH)33×10?9一些常見電解質(zhì)的溶解度(20oC)難溶

絕對不溶【結(jié)論】AgCl沉淀是難溶物，但不是絕對不溶，只不過溶解度很小，在水中存在沉淀溶解平衡。以AgCl為例，分析沉淀溶解平衡的建立溶解沉淀v(溶解)=v(沉淀)兩個過程一段時間后溶解速率沉淀速率時間速率沉淀溶解平衡問題二：如何建立沉淀溶解平衡？1.概念：在一定溫度下，當(dāng)難溶電解質(zhì)溶解和沉淀的速率相等時，形成電解質(zhì)的飽和溶液，達(dá)到平衡狀態(tài)，溶液中各離子的濃度保持不變，這種平衡稱為沉淀溶解平衡。2.特征：逆、等、動、定、變3.

沉淀溶解平衡表達(dá)式AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)

溶解沉淀b.

書寫時注意表明各物質(zhì)的狀態(tài)“s/aq”并用“?

”連接

a.

不等同于電離平衡【注意】一、難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡AgCl(aq)Ag+(aq)+Cl-(aq)

1、內(nèi)因：電解質(zhì)本身的性質(zhì)在電解質(zhì)的溶液中，不管是易溶（如NaCl)的，微溶的，難溶的電解質(zhì)都存在著溶解平衡。只要是飽和溶液都存在溶解平衡。2、外因（1）溫度：升溫，多數(shù)平衡向溶解方向移動。（2）濃度：加水，平衡向溶解方向移動；加相同離子，平衡向沉淀方向移動；加能發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)：平衡向溶解方向移動。Mg(OH)2(s)?

Mg2+(aq)+2OH-(aq)特例：a.隨溫度變化不明顯：NaCl；b.隨溫度升高反而降低：Ca(OH)2；

c.與水任意比混溶：乙醇等【任務(wù)二】影響難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡的因素（3）同離子：（4）相反應(yīng)：定性分析1、氯化銀在水中存在溶解平衡：AgCl(s)?Ag+(aq)+Cl-(aq)。在相同溫度下，將足量氯化銀分別放人相同體積的下列溶液中，Ag+的濃度最小的是()A.0.1mol/L鹽酸B.蒸餾水C.0.1mol/LAlCl3溶液D.0.1mol/LMgCl2溶液C2、在一定溫度下，Mg(OH)2固體在水溶液中達(dá)到沉淀溶解平衡Mg(OH)2(s)?Mg2+(aq)

+2OH-(aq)

，要使Mg(OH)2固體減少而c(Mg2+)不變，可采取的措施是(

)A.加MgSO4固體B.加鹽酸C.加NaOH固體

D.加水DKsp=c(Ag+)·c(Cl—)

1、定義：Ksp

稱為難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡常數(shù)，簡稱溶度積。思考：AgCl溶解平衡的平衡常數(shù)如何表示？AgCl(s)Ag＋(aq)+Cl—(aq)AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)沉淀溶解平衡的平衡常數(shù)（溶度積）固體純物質(zhì)不列入平衡常數(shù)Ksp=cm(An+)·cn(Bm-)3、影響因素：Ksp只受溫度影響

T↑，Ksp↑(Ca(OH)2

相反)2、表達(dá)式：【任務(wù)三】定量描述難溶電解質(zhì)溶解程度

a.反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力

(1)對于同類型(陰、陽離子個數(shù)比相同)的難溶電解質(zhì)來說，Ksp越小，其溶解度越小?；瘜W(xué)式AgClAgBrAgIAg2CrO4Ag2SKsp1.8×10-105.4×10-138.1×10-172.2×10-126.3×10-50溶解度(S)1.5×10-48.4×10-62.1×10-71.1×10-31.3×10-16溶度積：Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI)溶解度：S(AgCl)>S(AgBr)>S(AgI)4、Ksp的意義(2)不同類型的難溶電解質(zhì)不能直接通過Ksp的大小判斷溶解度大小，要通過Ksp計算出離子濃度來比較?！纠恳阎狵sp(AgCl)=1.8×10-10，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12，

則溶解度AgCl___Mg(OH)2。<Mg(OH)2(s)?Mg2+(aq)+2OH-(aq)

解：AgCl(s)?Ag+(aq)+Cl-(aq)

x

x

Ksp(AgCl)

=c(Ag+)·c(Cl-)

=

x2

x

2x

Ksp[Mg(OH)2]

=c(Mg2+)·c2(OH-)

=4x3

AnBm(s)nAm+(aq)+mBn-(aq)

任意時刻(不一定平衡)離子積:Qc=[c(Am+)]n·[c(Bn-)]m溶液未飽和，若體系中有沉淀，則沉淀溶解直至達(dá)到平衡.溶液飽和，沉淀與溶解處于平衡狀態(tài).溶液過飽和，有沉淀析出,直至達(dá)到平衡.Qc>Ksp

，Qc=Ksp

，Qc<Ksp

，平衡時，才有溶度積KspKsp＝[c(Am＋)]n·[c(Bn—)]m

b.判斷沉淀是否生成

溶度積Ksp與離子積Qc的關(guān)系——溶度積規(guī)則

A點：Qc=Ksp，無沉淀的飽和溶液B點：Qc=Ksp，有沉淀的飽和溶液C點：Qc>Ksp，析出沉淀趨于平衡D點：Qc<Ksp，無沉淀不飽和溶液【例】25℃時，在1.00

L

0.03

mol/L

AgNO3溶液中加入0.50

L

0.06

mol/L的CaCl2溶液，能否生成AgCl沉淀？【Ksp（AgCl）＝1.8×10－10】c(Ag＋)＝(0.03

mol/L×1.00

L)÷(1.00

L＋0.50

L)＝0.020

mol/L

c(Cl－)＝(0.06

mol/L×2×0.50

L)÷(1.00

L＋0.50

L)＝0.040

mol/L

Qc＝c(Ag＋)·c(Cl－)＝0.020

mol/L×0.040

mol/L＝8.0×10－4由于Qc>Ksp，所以有AgCl沉淀生成?！纠吭?L含

0.001mol/LSO42-的溶液中，注入等體積0.01mol/LBaCl2，能否使SO42-沉淀完全？[Ksp(BaSO4)=1.08×10-10]c(SO42-)=2.4×10-8mol/L

Ksp(BaSO4)=c(Ba2+)·c(SO42-)=1.08×10-10∴

沉淀完全0.01mol0.001mol剩余的n(Ba2+)=0.009molc(Ba2+)=4.5×10-3mol/L<1.0×10-5mol/L解：

Ba2++SO42-=BaSO4↓

c.判斷溶液中離子能否沉淀完全【例】已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10，Ksp(Ag2CrO4)=1.1×10-12，向濃度均為0.01mol/L的Cl-和CrO42-的混合液中滴加AgNO3溶液，Cl-和CrO42-誰優(yōu)先沉淀？

d.判斷沉淀析出的順序解：Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=1.8×10-10c(Ag+)=1.8×10-8mol/LKsp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO42-)=1.1×10-12AgCl沉淀時需要的離子濃度小，AgCl先沉淀。溶解度小的先沉淀e.計算某離子開始沉淀的pH和完全沉淀的pH【例】實驗測得某水樣中的鐵離子的濃度為2.6×10-3mol/L若要使水中的鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，則溶液的pH值至少要控制在多少以上？[已知Fe(OH)3的Ksp為2.6×10-39]解：Ksp=c(Fe3+)·c3(OH-)=2.6×10-39c(OH-)3

=1×10-36mol/Lc(OH-)

=1×10-12mol/Lc(H+)

=

1×10-2mol·L-1pH

=2pH要控制在2以上才能使水中的鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀。注意：若要計算使某個離子沉淀完全時的pH值，則該離子濃度要取1×10-5mol/L帶入Ksp計算。

氫氧化物沉淀不一定在堿性環(huán)境

鍋爐水垢既會降低燃料的利用率，造成能源浪費(fèi)，也會影響鍋爐的使用壽命，造成安全隱患，因此要定期清除。水垢的主要成分有Mg(OH)2、CaCO3、CaSO4等。硫酸鈣在硫酸、鹽酸中的溶解度小，如何除去鍋爐水垢呢？【情境創(chuàng)設(shè)】二、沉淀溶解平衡的應(yīng)用(一)沉淀的生成1、原理：通過加入沉淀劑，或應(yīng)用同離子效應(yīng)，或控制溶液的pH，使Q>Ksp，生成溶解度小的電解質(zhì)（沉淀），越小越好。進(jìn)水預(yù)處理設(shè)備混合投藥藥劑設(shè)備部分回流沉淀物處理設(shè)備沉淀物排除反應(yīng)沉淀補(bǔ)充處理出水Na2S、H2S溶液等Cu2+、Hg2+等工業(yè)廢水的處理2、應(yīng)用：在無機(jī)物的制備和提純、廢水處理等領(lǐng)域，常利用生成沉淀來達(dá)到分離或除去某些離子的目的?；瘜W(xué)沉淀法廢水處理工藝流程示意圖3、方法：①調(diào)pH值法：如在工業(yè)原料氯化銨中混有氯化鐵，使其溶解于水，再加

調(diào)pH值至7~8，可使Fe3＋轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

而除去。離子方程式為：

氨水Fe(OH)3沉淀Fe3＋+3NH3?H2O=Fe(OH)3↓+3NH4＋

【練習(xí)】根據(jù)下表的數(shù)據(jù)，酸性CuCl2中混有少量Fe3+如何除去？【方法】加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3或CuO，調(diào)節(jié)pH至3.2≤pH<4.4，促進(jìn)Fe3+水解，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀。氫氧化物開始沉淀時的pH值沉淀完全時的pH值(＜10-5mol/L)Cu(OH)24.46.4Fe(OH)31.43.2Fe3+水解：Fe3++3H2O

?

Fe(OH)3+3H+加Cu(OH)2：Cu(OH)2+2H+=

Cu2++2H2O

②加沉淀劑法：如：以Na2S、H2S等作沉淀劑，可使廢水中Cu2+、Hg2+等重金屬離子生成極難溶的硫化物CuS、HgS沉淀。

利用生成沉淀分離或除去某種離子，首先要使生成沉淀的反應(yīng)能夠發(fā)生；其次希望沉淀反應(yīng)完成后，溶液中剩余離子的濃度能夠盡量小?！舅伎寂c討論】若要除去某溶液中的SO42-，你選擇加入鈣鹽還是鋇鹽?

為什么?(2)如何使沉淀反應(yīng)完成后，溶液中剩余離子的濃度能夠盡量小?加入鋇鹽，因為K(BaSO4)<K(CaSO4)，加入等物質(zhì)的量的鋇鹽和鈣鹽，鋇鹽使溶液中剩余的c(SO42-)較小。增大所用沉淀劑的濃度③氧化還原法：如：在粗制CuSO4·5H2O晶體中常含有雜質(zhì)Fe2+，在提純時，為了除去Fe2+，常用什么方法？方法：向溶液加入少量的H2O2，使Fe2+氧化成Fe3+，然后再加入Cu(OH)2或CuO或Cu2(OH)2CO3調(diào)節(jié)pH至調(diào)節(jié)pH至3.2≤pH<4.42，再將生成的Fe(OH)3沉淀過濾除去。氧化劑可用：雙氧水、氧氣等（不引入雜質(zhì)）氫氧化物開始沉淀時的pH值(0.1mol/L)沉淀完全時的pH值

(＜10-5mol/L)Fe2+6.958.95Cu2+4.426.67Fe3+1.873.2④同離子效應(yīng)法：如洗滌硫酸鋇固體，用蒸餾水好還是稀硫酸好？提示：硫酸鋇在硫酸中的溶解度比在純水中小，硫酸中硫酸根濃度大，使平衡左移有利于沉淀生成。故用稀硫酸洗【練習(xí)】將足量AgCl分別加入下列溶液中，AgCl溶解度由大到小的順序是（）

①20ml0.01mol

L-1KCl溶液②20ml0.02mol

L-1CaCl2溶液③20ml蒸餾水④20ml0.03mol

L-1HCl溶液⑤20ml0.05mol

L-1AgNO3溶液A.①＞②＞④＞③＞⑤B.③＞①＞④＞②＞⑤C.⑤＞③＞②＞①＞④D.③＞④＞⑤＞②＞①BBaSO4(s)?Ba2+(aq)+SO42-(aq)(二)沉淀的溶解2、方法：加酸、堿、鹽、強(qiáng)氧化劑等1、原理：不斷減少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，就達(dá)到使沉淀溶解的目的（即Q<Ksp時，沉淀發(fā)生溶解）。①酸溶解法：強(qiáng)酸是常用的溶解難溶電解質(zhì)的試劑。解釋：CaCO3為什么能溶于稀鹽酸？CaCO3(s)?CO32-(aq)+Ca2+(aq)

+H+HCO3-(aq)+H+H2CO3H2O+CO2↑CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑

可用強(qiáng)酸溶解的難溶電解質(zhì)還有BaCO3、FeS、Cu(OH)2等?！舅伎肌繛槭裁瘁t(yī)學(xué)上常用BaSO4作為內(nèi)服造影劑“鋇餐”，而不用BaCO3?因為BaCO3會溶于胃酸，產(chǎn)生大量有毒的Ba2+。(1)寫出實驗中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2)應(yīng)用平衡移動原理分析、解釋實驗中發(fā)生的反應(yīng)。滴加的試劑水鹽酸現(xiàn)象Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O沉淀不溶解

加鹽酸,中和OH-,平衡正向移動，促進(jìn)Mg(OH)2(s)的溶解沉淀溶解【思考與討論】【實驗3-3】③鹽溶解法：NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O②堿溶法：如用NaOH能溶解H2SiO3、Al(OH)3等物質(zhì)例如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液。Mg(OH)2(s)?Mg2+(aq)+2OH-(aq)

原理分析：Mg(OH)2+2NH4+＝Mg2+

+2NH3·H2O+2NH4+2NH3·H2O④配位溶解法如：在有固態(tài)AgCl存在的飽和溶液中，加入NH3·H2O溶液AgCl溶解。⑤氧化還原法如：不溶于鹽酸的Ag2S、CuS、HgS等硫化物，一定條件下可溶于硝酸中。AgCl+2NH3·H2O=[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O3Ag2S＋8H＋＋2NO3-=6Ag＋＋3S＋2NO↑＋4H2O【實驗3-4】(三)沉淀的轉(zhuǎn)化步驟現(xiàn)象白色沉淀白色沉淀轉(zhuǎn)化為黃色沉淀黃色沉淀轉(zhuǎn)化為黑色沉淀（1）（2）（3）Ag++Cl-=AgCl↓

沉淀溶解能力：AgCl>AgI>Ag2SMg2++2OH-=Mg(OH)2↓

沉淀溶解能力：Mg(OH)2

>

Fe(OH)3

【實驗3-5】步驟現(xiàn)象白色沉淀白色沉淀轉(zhuǎn)化為紅褐色沉淀（1）（2）1、實質(zhì)：沉淀溶解平衡的移動2、條件：兩種沉淀的溶解度不同3、規(guī)律：溶解度較大的沉淀轉(zhuǎn)化為溶解度較小的沉淀容易實現(xiàn)，溶解度相差越大，轉(zhuǎn)化越容易。【思考】向BaSO4的飽和溶液中加入Na2CO3溶液，能否使BaSO4沉淀轉(zhuǎn)化為BaCO3沉淀？[已知Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3)]注意：當(dāng)兩種難溶物溶解度相差不大時，溶解度相對較小的物質(zhì)在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為溶解度相對較大的物質(zhì)。BaSO4Ba2＋＋SO42－+CO32－BaCO3（濃度較大）BaSO4＋CO32－BaCO3＋SO42－【定量計算】計算當(dāng)CO32-的濃度達(dá)到SO42-濃度的多少倍數(shù)時，才能實現(xiàn)由BaSO4轉(zhuǎn)化成BaCO3沉淀。KSP(BaSO4)=1.1×10-10KSP(BaCO3)=2.58×10-9BaSO4+CO32-BaCO3+SO42-則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c(SO42-)c(CO32-)c(SO42-)·c(Ba2+)c(CO32-)·c(Ba2+)=KSP(BaSO4)KSP(BaCO3)=1.1×10-102.58×10-9=當(dāng)

QC＜K，反應(yīng)向正方向進(jìn)行c(SO42-)c(CO32-)＜c(CO32-)c(SO42-)>=23.51.1×10-102.58×10-92.58×10-91.1×10-10解:鍋爐中水垢中含有CaSO4

，可先用Na2CO3溶液處理，使之轉(zhuǎn)化為疏松、易溶于酸的CaCO3。C