高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四节 难溶电解质的溶解平衡导学案及答案

难溶电解质的溶解平衡

1. 知道沉淀溶解平衡的概念及其影响因素。

2.能用平衡移动原理分析沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质，并会解决生产、生活中的实际问题。3.明确溶度积和离子积的关系，学会判断反应进行的方向。

一、难溶电解质的溶解平衡 

1．固体物质的溶解度(S)与溶解性的关系

2.  溶解平衡状态：在一定温度下，固体溶质在水中形成  饱和  溶液时，溶液中 溶质质量 保持不变的状态，该状态下，固体溶质  溶解  的速率和溶液中溶质分子  结晶  的速率达到相等，但溶解和结晶仍在进行。

3．沉淀溶解平衡

   (1)概念

在一定温度下，当沉淀  溶解  和  生成  的速率相等时，即建立了动态平衡，叫做难溶电解质的溶解平衡。如AgCl溶于水的溶解平衡表示为：

   (2)特征

逆：沉淀的溶解是一个过程

动：动态平衡

等：溶解速率和沉淀速率   相等 

定：平衡状态时，溶液中离子的浓度  保持不变 

变：当外界条件改变时，溶解平衡   发生移动 

练习：1.已知溶解平衡Mg(OH)2Mg2+(aq)+2OH-(aq),请分析当下列条件改变时，对该溶解平衡的影响，填写下表，并归纳其影响因素。

2.从物质类别、变化过程角度分析沉淀溶解平衡与弱电解质的电离平衡有何区别？

  答案　(1)从物质类别看，难溶电解质可以是强电解质，也可以是弱电解质[如BaSO4是强电解质，而Al(OH)3是弱电解质]，而难电离物质只能是弱电解质。

  (2)从变化的过程来看，沉淀溶解平衡是指已溶解的溶质与未溶解的溶质之间形成沉淀与溶解的平衡状态；而电离平衡则是指已经溶解在溶液中的弱电解质分子与离子之间的转化达到平衡状态。

二、影响沉淀溶解平衡的因素：

 (1)内因：溶质本身的性质。绝对不溶的物质是没有的；同是微溶物质，溶解度差别也很大；易溶溶质只要是饱和溶液也存在溶解平衡。

 (2)外因：①浓度：加水，平衡向溶解方向移动。②温度：升温，多数平衡向溶解方向移动；少数平衡向生成沉淀的方向移动，如Ca(OH)2的溶解平衡。③同离子效应：向平衡体系中加入相同的离子，使平衡向生成沉淀的方向移动。④其他：向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶的物质或气体的离子时，平衡向溶解方向移动。

三、沉淀溶解平衡的应用

1．沉淀的生成

 (1)调节pH法：

 如加入氨水调节pH＝4，可除去氯化铵中的杂质氯化铁。

 反应离子方程式：Fe3++3NH3.H2O==Fe(OH)3↓+3NH+4。

 (2)加沉淀剂法：

 以Na2S、H2S等作沉淀剂，使Cu2＋、Hg2＋等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀。反应离子方程式如下：

 ①加Na2S生成CuS：  S2-+Cu2+==CuS↓  。

 ②通入H2S生成CuS：__H2S+Cu2+==CuS↓+2H+    。

2．沉淀的溶解

 (1)原理：根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，只要不断  移去  溶解平衡体系中的相应离子，平衡就向沉淀溶解的方向移动，从而使沉淀溶解。

 (2)实例：①CaCO3沉淀溶于盐酸中：

CO2气体的生成和逸出，使CaCO3溶解平衡体系中的CO32－浓度不断减小，平衡向_沉淀溶解 的方向移动。

②分别写出用HCl溶解难溶电解质FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2的离子方程式

_FeS＋2H＋===Fe2＋＋H2S↑、Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O、

 Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O

③向Mg(OH)2悬浊液中分别滴加蒸馏水、稀盐酸、NH4Cl溶液，白色沉淀将__不溶解  、溶解、溶解 (填“溶解”或“不溶解”)。

3．沉淀的转化

 (1)实验探究

 ①AgCl、AgI、Ag2S的转化(教材实验3－4)

②Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化(教材实验3－5)

(2)沉淀转化的实质

沉淀转化的实质就是  沉淀溶解平衡  的移动，即将_溶解度小 的沉淀转化成溶解度更小 的沉淀。

(3)沉淀转化的应用

 ①除锅炉水垢

 锅炉水垢中含CaSO4，可将CaSO4用Na2CO3处理，使之转化为CaCO3，然后用酸除去，其化学方程式为  CaSO4+Na2CO3==CaCO3+Na2SO4；              CaCO3+2H+==Ca2++H2O+CO2↑

②自然界中矿物的转化

注意：除去溶液中的SO42－，选择钙盐还是钡盐？为什么？怎样选择沉淀剂？

 答案　(1)根据CaSO4微溶于水，BaSO4难溶于水，除去SO42－时，应选择钡盐，因为钡盐可使SO42－沉淀更完全。

 (2)选择沉淀剂时，使生成沉淀的反应越完全越好；不能影响其他离子的存在，由沉淀剂引入溶液的杂质离子要便于除去或不引入新的杂质离子。

四、溶度积(Ksp)

1．溶度积Ksp

 一定温度下，在难溶电解质的饱和溶液中，各 离子浓度  幂之积为常数，称之为溶度积常数，用Ksp表示。

2．表达式

AmBn(s)== mAn+(aq)+nBm_(aq)

 Ksp＝cm(An＋)·cn(Bm－)

 例如：Ag2SO4的溶度积常数为

 __Ksp(Ag2SO4)＝c2(Ag＋)×c(SO42－)

3．影响因素

4．溶度积Ksp与离子积Qc的关系

 通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积——离子积Qc的相对大小，可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解。

 (1)Qc_>__Ksp，溶液过饱和，有沉淀析出，直至溶液饱和达到新的平衡；

 (2)Qc _=__ Ksp，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态；

 (3)Qc __<_ Ksp，溶液未饱和，无沉淀析出，若加入过量难溶电解质，难溶电解质溶解直至溶液饱和。

注意：1．溶解度较小的沉淀易转化成溶解度更小的沉淀，而溶解度小的沉淀不能向溶解度大的沉淀转化，这种认识对吗？

 答案　不对。只要离子积Qc＞Ksp，溶解度小的沉淀也可以转化为溶解度大的沉淀。

2．同温条件下，Ksp数值越大，难溶电解质在水中的溶解能力越强，这种认识对吗？

 答案　不对，对于同类型物质而言，Ksp数值越大，难溶电解质在水中的溶解能力越强，如AgCl＞AgBr＞AgI；而对于不同类型的物质，则不能直接比较，如Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10－11，不能认为Mg(OH)2比AgCl更难溶，需转化为溶解度进行比较。

知识点一：沉淀溶解平衡在工业除杂中的应用

例1．工业制氯化铜时，是将浓盐酸用蒸气加热至80 ℃左右，慢慢加入粗制氧化铜粉(含杂质氧化亚铁)，充分搅拌使之溶解，反应如下：CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O，FeO＋2HCl===FeCl2＋H2O。已知：pH≥9.6时，Fe2＋以Fe(OH)2的形式完全沉淀：pH≥6.4时，Cu2＋以Cu(OH)2的形式完全沉淀；pH为3～4时，Fe3＋以Fe(OH)3的形式完全沉淀。

(1)为除去溶液中的Fe2＋，可采用的方法是(　　)

A．直接加碱，调整溶液pH≥9.6

B．加纯铜粉，将Fe2＋还原出来

C．先将Fe2＋氧化成Fe3＋，再调整pH到3～4

D．通入硫化氢，使Fe2＋直接沉淀

(2)工业上为除去溶液中的Fe2＋，常使用NaClO，当溶液中加

入NaClO后，溶液pH变化情况是(　　)

A．肯定减小    B．肯定增大

C．可能减小    D．可能增大

(3)若此溶液中只含有Fe3＋时，要调整pH为3～4，此时最好向溶液中加入(　　)

A．NaOH溶液     B．氨水

C．CuCl2溶液     D．CuO固体

解析　(1)A项中pH≥9.6时，Cu2＋也将沉淀；B项中，铜粉不能将Fe2＋还原出来；D项中，Fe2＋与H2S不反应。(2)NaClO具有强氧化性，能将Fe2＋氧化：2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O，反应中消耗H＋，pH一定增大。(3)此溶液中只含杂质Fe3＋，要调整pH到3～4，加入的物质必须能与酸反应，使c(H＋)减小，且不引入新的杂质离子，D项符合条件。

答案　(1)C　(2)B　(3)D

知识点二：沉淀溶解平衡曲线

例2． 在t ℃时，AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。又知t ℃时AgCl的Ksp＝4×10－10，下列说法不正确的是(　　)

A．在t ℃时，AgBr的Ksp为4.9×10－13

B．在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体，可使溶液中c点变到b点

C．图中a点对应的是AgBr的不饱和溶液

解析：沉淀溶解平衡图像题的解题策略

 (1)沉淀溶解平衡曲线类似于溶解度曲线，曲线上任一点都表示饱和溶液，曲线上方的任一点均表示过饱和，此时有沉淀析出，曲线下方的任一点，均表示不饱和。

 (2)从图像中找到数据，根据Ksp公式计算得出Ksp的值。

 (3)比较溶液的Qc与Ksp的大小，判断溶液中有无沉淀析出。

 (4)涉及Qc的计算时，所代入的离子浓度一定是混合溶液中的离子浓度，因此计算离子浓度时，所代入的溶液体积也必须是混合液的体积。

答案：B

【基础演练】

1.下列说法正确的是.              (       )

A.硫酸钡放入水中不导电,则硫酸钡是非电解质

B.物质溶于水达到饱和时,溶解过程就停止了

C.绝对不溶解的物质是不存在的

D.某离子被沉淀完全是指该离子在溶液中浓度为0

答案：C

2.100mL 0.01mol/lKCl溶液中加入1mL 0.01mol/l AgNO3溶液(Ksp=1.8×10-10)下列中对的是(      )

A.有AgCl沉淀析出                       B.无AgCl沉淀 

C.无法确定                              D.有沉淀但不是AgCl

答案：A

3．某无色溶液中加入过量的HCl有沉淀生成，过滤后向滤液中加入过量的纯碱溶液又有沉淀生成，下列溶液中符合此条件的是(　　)

①Ag＋、Fe3＋、Na＋   ②Ag＋、Al3＋、K＋

③Ag＋、Ba2＋、NO   ④SiO、AlO、K＋

⑤Ag＋、NH、H＋   ⑥AlO、K＋、Al3＋

A．①②⑤                               B．②③④

C．②③④⑥                             D．①②③④⑥

答案：B

4．（2015重庆理综化学）下列叙述正确的是（    ）

A．稀醋酸中加入少量醋酸钠能增大醋酸的电离程度

B．25℃时，等体积等浓度的硝酸与氨水混合后，溶液pH=7

C．25℃时，0.1mol·L－1的硫化氢溶液比等浓度的硫化钠溶液的导电能力弱

D．0.1 mol  AgCl和0.1mol  AgI混合后加入1L水中，所得溶液中c(Cl－)=c(I－)

答案：C

【巩固提高】

5.向5mLNaCl溶液中滴入一滴AgNO3溶液，出现白色沉淀，继续滴加一滴KI溶液并振荡沉淀变为黄色，再滴入一滴Na2S溶液并振荡沉淀变为黑色。则三种沉淀的溶解度关系为  （    ）

A．AgCl＝AgI＝Ag2S                     B．AgCl＞AgI＞Ag2S

C．AgCl＜AgI＜Ag2S                     D．AgI＞AgCl＞Ag2S

答案:B

5．(2014·新课标 Ⅰ，11)溴酸银(AgBrO3)溶解度随温度变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　)。

A．溴酸银的溶解是放热过程

B．温度升高时溴酸银溶解速度加快

C．60 ℃时溴酸银的Ksp约等于6×10－4

D．若硝酸钾中含有少量溴酸银，可用重结晶方法提纯

答案　A

6.某小型化工厂生产皓矾(ZnSO4·7H2O)的工艺流程如下图所示：

已知：开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为Fe(OH)3：2.7～3.7；Fe(OH)2：7.6～9.6；Zn(OH)2：5.7～8.0。

试回答下列问题：

(1)加入的试剂①应是________，其目的是________________。

(2)加入的试剂②，供选择使用的有：氨水、NaClO溶液、20% H2O2溶液、浓硫酸、浓硝酸等，应选用________，其理由是______________________________________________________。

(3)加入的试剂③是________，目的是______________________

答案　(1)Zn　将Cu2＋、Fe3＋等杂质离子除去(2)20% H2O2溶液H2O2作氧化剂，可将Fe2＋氧化为 Fe3＋，且不引入其他杂质　(3)ZnO或Zn(OH)2(答案合理即可)　调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀除去

7.FeS饱和溶液中存在如下平衡：FeS(s) Fe2++S2-， Ksp(FeS)=8.1×10-17 mol2·L-2

（1）理论上的FeS的溶解度是多少？

（2）又知FeS饱和溶液中c(H+)与c(S2-)之间存在以下限量关系：c2(H+)·c(S2-)=1.0×10-22mol3·L-3，为了使饱和溶液里c(Fe2+)达到1mol·L-1，现将适量FeS投入其饱和溶液中，应调节溶液中的c(H+)是多少?

答案：（1）FeS饱和溶液中c(Fe2+)=c(S2-)=K1/2sp(FeS)=(8.1×10-17 mol2·L-2)1/2=9×10-9mol/L

          FeS溶解度=(9×10-9mol/L)×0.1L×88g/mol=7.92×10-8g

      (2)当c(Fe2+)=1mol/L时,c(S2-)=8.1×10-17 mol2·L-2/1mol/L=8.1×10-17 mol/L

        c2(H+)·c(S2-)=1.0×10-22mol3·L-3

       c2(H+)=1.0×10-22mol3·L-3/8.1×10-17 mol/L =(1/9)×10-4mol2·L-2

       c(H+)=1.1×10-2mol/L

1.过量AgCl溶解在下列各种物质中，问哪种溶液中c(Ag+)最小 (       )

A. 100mL水                            B. 100mL0.2mol/LKCl溶液

C. 100mL 0.2mol/L MgCl2溶液            D. 100mL0.5mol/LKNO3溶液

答案:C

2．（2015届新疆乌鲁木齐地区高三第一次诊断性测验）已知：25 ºC时,Mg(OH)2的Ksp=5.61×10-12，MgF2的Ksp=7.42×10-11。下列判断正确的是         （     ）

A．25 ºC时,饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比，前者的大。

B．25 ºC时,在Mg(OH)2的悬浊液中加入少量的固体， 增大

C．25 ºC时，Mg(OH)2固体在20mL0.01mol/L氨水中的Ksp比在20mL0.01mol/L溶液中的小，

D．25 ºC时,在Mg(OH)2的悬浊液中加入NaF溶液后Mg(OH)2不可能转化为MgF2

答案:B

3.(2015届北京市丰台区高三第二次模拟)工业上常用还原沉淀法处理含铬废水（Cr2O72—和CrO42—），

其流程为：

已知：步骤③生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：

Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH—(aq)    Ksp=c(Cr3+)·c3(OH—)=10-32下列有关说法不正确的是         （     ）

A．步骤①中当v正(CrO42—) = 2v逆(Cr2O72—)时，说明反应：2CrO42—+2H+Cr2O72—+H2O 达到平衡状态

B．若向K2Cr2O7溶液中加NaOH浓溶液，溶液可由橙色变黄色

C．步骤②中，若要还原1 mol Cr2O72—离子，需要12 mol (NH4)2Fe(SO4)2

D．步骤③中，当将溶液的pH 调节至5 时，可认为废水中的铬元素已基本除尽（当溶液中c(Cr3+) ≤10-5 mol/L时，可视作该离子沉淀完全）

答案:C

4.在一定温度下，向PbI2饱和溶液中加水，下列叙述正确的是（　　）。

A．PbI2的溶解度增大                   B．PbI2的溶解度、Ksp均不变

C．PbI2的Ksp增大                     D．PbI2的溶解度、Ksp均增大

答案：B

5.对于难溶盐MX，其饱和溶液中M＋和X－的物质的量浓度之间的关系类似于c(H＋)·c(OH－)＝Kw，存在等式c(M＋)·c(X－)＝Ksp。一定温度下，将足量的AgCl分别放入下列物质中，AgCl的溶解度由大到小的排列顺序是(　　)

①20mL0.01mol·L－1KCl溶液       ②30mL0.02mol·L－1CaCl2溶液

③40mL0.03mol·L－1HCl溶液      ④10mL蒸馏水       ⑤50mL0.05mol·L－1AgNO3溶液

A．①>②>③>④>⑤

B．④>①>③>②>⑤

C．⑤>④>②>①>③

D．④>③>⑤>②>①

答案：B

6.如图所示，有T1、T2两种温度下两条BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线，回答下列问题：讨论T1温度时BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线，下列说法不正确的是                                                                                    (　　)

A．加入Na2SO4可使溶液由a点变为b点

B．在T1曲线上方区域(不含曲线)任意一点时，均有BaSO4沉淀生成

C．蒸发溶剂可能使溶液由d点变为曲线上a、b之间的某一点(不含a、b)

D．升温可使溶液由b点变为d点

答案　D

7．对于一定温度下在水中的CaCO3沉淀溶解平衡：CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，试讨论下列条件下，平衡体系中的CaCO3(s)的物质的量、c[Ca2＋(aq)]、c[CO(aq)]变化情况，填写下表：

答案：①减少　增加　减少　②增加　减少　增加　③增加　增加　减少　④减少　增加　减少　⑤减少　增加　减少

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________

1．在100mL0.10mol/L的AgNO3溶液中加入100mL溶有2.08gBaCl2的溶液，再加入100mL溶有0.010mol CuSO4·5H2O的溶液，充分反应。下列说法中正确的是(　　)

A．最终得到白色沉淀和无色溶液

B．最终得到的白色沉淀是等物质的量的两种化合物的混合物

C．最终得到的溶液中，Cl－的物质的量为0.02mol

D．在最终得到的溶液中，Cu2＋的物质的量浓度为0.01mol/L

答案：B

2．下列说法不正确的是(　　)

A．要除去某溶液中的SO，选择加入可溶性钡盐要比加入钙盐好

B．FeCl3饱和溶液滴入到沸水中，并继续煮沸，可得到Fe(OH)3沉淀

C．反应AgCl＋NaBr===AgBr＋NaCl能在水溶液中进行，是因为AgBr比AgCl更难溶于水

D．通常AgI比Ag2S易溶于水，所以，向Ag2S的悬浊液中加入KI溶液，Ag2S会逐渐溶解

答案：D

3．在CuSO4的饱和溶液中，悬挂一块缺角的CuSO4晶体，过一段时间后，该晶体(　　)

A．无任何变化

B．晶体的质量发生变化

C．晶体溶解

D．晶体的质量不变，但形状变了

答案：D

4．要使工业废水中的重金属离子Pb2＋沉淀，可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等做沉淀剂，已知Pb2＋与这些离子形成的化合物的溶解度如下：

　由上述数据可知，选用的沉淀剂最好为(　　)

A．硫化物   B．硫酸盐

C．碳酸盐   D．以上沉淀剂均可

答案：A

5.下列说法不正确的是(　　)

A．要除去某溶液中的SO，选择加入可溶性钡盐要比加入钙盐好

B．FeCl3饱和溶液滴入到沸水中，并继续煮沸，可得到Fe(OH)3沉淀

C．反应AgCl＋NaBr===AgBr＋NaCl能在水溶液中进行，是因为AgBr比AgCl更难溶于水

D．通常AgI比Ag2S易溶于水，所以，向Ag2S的悬浊液中加入KI溶液，Ag2S会逐渐溶解

答案：D

6.写出除去下列溶液(或浊液)中杂质(括号内的为杂质)的离子方程式：

(1)NH4Cl(FeCl3)______________________________________________________。

(2)BaSO4(CaCO3)______________________________________________________。

(3)Mg(OH)2(MgCO3)______________________________________________________。

(4)AgBr(AgCl)______________________________________________________。

答案：(1)Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH

(2)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O

(3)MgCO3＋2OH－===Mg(OH)2＋CO

(4)AgCl＋Br－===AgBr＋Cl－

7.牙齿表面由一层硬的、组成为Ca5(PO4)3OH的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：

Ca5(PO4)3OH(s)5Ca2＋＋3PO＋OH－

(1)进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀。其原因是________________________________________。

(2)已知Ca5(PO4)3F(s)的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚固。当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因是(用离子方程式表示)______________________________。

(3)据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的方法。

答案：(1)有机酸中和OH－，使平衡向脱矿方向移动，损坏了Ca5(PO4)3OH

(2)5Ca2＋＋3PO＋F－Ca5(PO4)3F↓

(3)多进食一些含Ca2＋丰富的食物