苏教版 (2019)第四单元 沉淀溶解平衡第二课时学案

第二课时　沉淀溶解平衡原理的应用

[实验1]　取一支试管，向其中加入2 mL  0.01 mol·L－1氯化钠溶液，再逐滴加入硝酸银溶液至Cl－沉淀完全静置。

[实验2]　倾倒出实验1试管中的上层清液，再向试管中滴加0.01 mol·L－1碘化钾溶液。

[实验3]　倾倒出实验2试管中的上层清液，再向试管中滴加0.01 mol·L－1硫化钠溶液。

[问题探讨]

1．实验1观察到哪些实验现象，写出有关化学方程式。

提示：产生白色沉淀，NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3。

2．实验2滴加碘化钾溶液后观察到什么实验现象，如何用平衡移动原理解释？

提示：白色沉淀转化为黄色沉淀。原溶液中存在沉淀溶解平衡AgCl(s)Ag＋＋Cl－，当向体系中滴加KI溶液时，溶液中的Ag＋和I－结合生成了更难溶的AgI，溶液中Ag＋浓度减小，促使AgCl的沉淀溶解平衡向其溶解的方向移动，最终将AgCl转化为AgI。化学方程式为AgCl(s)＋I－AgI(s)＋Cl－。

3．实验3中观察到什么实验现象？写出有关化学方程式。

提示：黄色沉淀转化为黑色沉淀。化学方程式为2AgI(s)＋S2－Ag2S(s)＋2I－。

4．已知在20 ℃，AgCl、AgI、Ag2S在水中的溶解度分别为1.5×10－4 g、2.1×10－7 g、6.3×10－16 g，你能根据它们溶解能力的差异分析上述现象产生的原因吗？

提示：一般来说，溶解能力相对较强的物质容易转化为溶解能力相对较弱的物质。沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。

1．沉淀转化的实质与规律

(1)实质：沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。

(2)规律：①两种沉淀的溶解度不同，一般来说溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀，沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越容易。

②当一种试剂能沉淀溶液中的几种离子时，生成沉淀所需要的试剂浓度越小的离子越先沉淀。

③如果各种离子生成沉淀所需要试剂的浓度相差较大，就能分步沉淀，从而达到分离的目的。

2．沉淀转化的应用

(1)锅炉除水垢：将水垢中含有的难溶于酸的CaSO4转化为易溶于酸的CaCO3，离子方程式：CaSO4(s)＋CO(aq)CaCO3(s)＋SO(aq)。

(2)自然界中矿物的转化：如ZnS遇CuSO4溶液转化为CuS，离子方程式：Cu2＋(aq)＋ZnS(s)CuS(s)＋Zn2＋(aq)。

(3)在工业废水处理过程中，可用FeS等作为沉淀剂除去废水中的Cu2＋、Hg2＋、Pb2＋等重金属离子。

沉淀转化的总反应：

FeS(s)＋Hg2＋(aq)HgS(s)＋Fe2＋(aq)

FeS(s)＋Cu2＋(aq)CuS(s)＋Fe2＋(aq)

FeS(s)＋Pb2＋(aq)PbS(s)＋Fe2＋(aq)

在工业生产和科学研究中，除FeS之外，难溶物MnS也可用作沉淀剂；常用的沉淀剂还有H2S、Na2S、NaHS、(NH4)2S等。

3．沉淀转化一般原则的归纳

(1)溶解度较小的沉淀易转化成溶解度更小的沉淀。

(2)当一种试剂能使溶液中的几种离子沉淀时，生成沉淀所需试剂浓度越小的离子越先沉淀。

(3)如果各种离子生成沉淀所需试剂的浓度相差较大，就能分步沉淀，从而达到分离的目的。

(4)沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动：溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀，两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀越容易转化。

1．已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝8.3×10－17。下列关于难溶物之间转化的说法中错误的是(　　)

A．AgCl不溶于水，不能转化为AgI

B．两种难溶物的Ksp相差越大，难溶物就越容易转化为更难溶的物质

C．AgI比AgCl更难溶于水，所以AgCl可以转化为AgI

D．常温下，要使AgCl在NaI溶液中转化为AgI，则NaI的浓度必须不低于×10－12 mol·L－1

解析：选A　Ksp(AgI)<Ksp(AgCl)，故AgI比AgCl更难溶，一定条件下，AgCl可以转化为AgI。AgCl饱和溶液中c(Ag＋)＝×10－5 mol·L－1，要使AgCl在NaI溶液中转化为AgI，根据溶度积规则可知，需使c(Ag＋)·c(I－)>Ksp，故I－的浓度必须不低于 mol·L－1＝×10－12 mol·L－1。

2．化工生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2＋，反应为Cu2＋(aq)＋MnS(s)Mn2＋(aq)＋CuS(s)。已知Kap(MnS)＝2.5×10－13，Ksp(CuS)＝1.3×10－36。下列叙述错误的是(　　)

A．相同温度下，MnS的溶解度大于CuS的溶解度

B．Cu2＋(aq)＋MnS(s)Mn2＋(aq)＋CuS(s)的化学平衡常数为5.2×10－24

C．Na2S、H2S也可以用作沉淀剂

D．向处理后的反应体系中加入少量CuSO4固体，c(Mn2＋)变大

解析：选B　由Ksp(MnS)、Ksp(CuS)可知，相同温度下MnS的溶解度大于CuS的溶解度，A项正确。K＝＝＝＝≈1.92×1023，B项错误。Na2S、H2S溶液中c(S2－)更大，所以Na2S、H2S也能用作沉淀剂，C项正确。向Cu2＋(aq)＋MnS(s)Mn2＋(aq)＋CuS(s)平衡体系中加入少量CuSO4固体，c(Cu2＋)增大，平衡正向移动，c(Mn2＋)变大，D项正确。

[实验1]　探究沉淀的生成

试管中盛有AgI的饱和溶液，向上层清液中滴加浓AgNO3溶液，可以观察到什么现象？如何解释？

提示：AgI饱和溶液中存在沉淀溶解平衡：AgI(s)Ag＋(aq)＋I－(aq)，滴加浓AgNO3溶液，c(Ag＋)增大，c(Ag＋)·c(I－)>Ksp，平衡逆向移动，生成AgI沉淀。

[实验2]　探究Mg(OH)2沉淀溶解的方法

[问题探讨]

1．运用平衡移动原理，解释为什么Mg(OH)2能溶于盐酸？

提示：Mg(OH)2存在沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，加入盐酸，H＋与OH－反应生成H2O，平衡体系中c(OH－)不断减小，c(Mg2＋)·c2(OH－)<Ksp，导致平衡向沉淀溶解的方向移动，直至Mg(OH)2完全溶解。

2．还有哪些方法可以溶解Mg(OH)2?

提示：加入NH4Cl溶液。

1．沉淀生成的方法

(1)调节pH法：如工业原料氯化铵中含有杂质氯化铁，使其溶解于水，再加入氨水调节溶液pH至7～8，可使Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀而除去。反应的离子方程式为Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。

(2)加沉淀剂法：如以Na2S、H2S等作为沉淀剂，使某些金属离子如Cu2＋、Hg2＋等，生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，也是分离、除去杂质常用的方法。

(3)相同离子法：增大沉淀溶解平衡体系中某种离子的浓度，使平衡向生成沉淀的方向移动，如向AgCl的饱和溶液中加入饱和食盐水可继续生成AgCl沉淀。

(4)氧化还原法：改变离子的存在形式，促使其转化为溶解度更小的难溶电解质，便于分离出来。例如，通过氧化还原反应将Fe2＋氧化为Fe3＋，从而生成更难溶的Fe(OH)3沉淀。

[名师点拨]

(1)加沉淀剂除杂时，既要能除去溶液中的指定离子，又不能影响其他离子的存在，并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子要便于除去，如沉淀KNO3溶液中的Ag＋，可用KCl作沉淀剂，而不能选用NaCl。

(2)溶液中沉淀物的溶解度越小，离子沉淀越完全，如沉淀Ca2＋，可将Ca2＋转化为CaCO3、CaSO4，因CaSO4是微溶物，不如CaCO3的溶解度小，因此转化为CaCO3沉淀时除去得更完全。

(3)要注意沉淀剂的电离程度，如使Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀时，用NaOH溶液作沉淀剂要比用氨水的效果好。

2．沉淀溶解的方法

(1)酸溶解法：如难溶于水的BaCO3沉淀可溶于盐酸中，其溶解原理可表示为

(2)盐溶解法：如难溶于水的Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液中。

(3)生成配合物法：如AgCl沉淀可溶于氨水，其溶解原理为AgCl电离出的Ag＋与NH3·H2O作用生成可溶但难电离的配离子[Ag(NH3)2]＋，则AgCl溶解平衡体系中c(Ag＋)减小，溶解平衡向右移动直至AgCl完全溶解，反应的离子方程式为AgCl＋2NH3·H2O[Ag(NH3)2]＋＋Cl－＋2H2O。

(4)氧化还原法：有些金属硫化物(如CuS、HgS等)不溶于非氧化性酸，只能溶于氧化性酸，则可通过减小c(S2－)来达到使沉淀溶解的目的，例如：3CuS＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋3S＋2NO↑＋4H2O。

1．25 ℃时，下列5种盐的溶度积常数(Ksp)分别是：

结合相关数据分析，下列说法不正确的是(　　)

A．除去溶液中的Ag＋用硫化钠溶液比硫酸钠效果好

B．向AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)平衡体中系加入少量氯化钠固体，溶液中c(Ag＋)不变

C．向少量溴化银悬浊液中加入足量饱和食盐水，沉淀颜色会由浅黄色变为白色

D．向生成的黄色AgI沉淀中滴加少量Na2S溶液，沉淀会变为黑色

解析：选B　A项，Ag2S的溶度积比Ag2SO4的小，更易生成Ag2S沉淀，正确；B项，由于温度一定时氯化银的溶度积一定，加入少量氯化钠会增加氯离子浓度，所以溶液中银离子浓度会减小，平衡逆向移动，错误；C项，由于饱和NaCl溶液中Cl－的浓度较大，溴化银沉淀会转化为氯化银沉淀，正确；D项，由于硫化银更难溶，所以碘化银会转化为黑色的硫化银，正确。

2．如表所示是Fe2＋、Fe3＋、Zn2＋被OH－完全沉淀时溶液的pH。某硫酸锌酸性溶液中含有少量Fe2＋、Fe3＋杂质，为制得纯净的ZnSO4，加入的试剂最合理的是(　　)

A.H2O2、ZnO    B．氨水

C．KMnO4、ZnCO3    D．NaOH溶液

解析：选A　要使Fe2＋和Fe3＋全部除去，由题给信息可知，需将Fe2＋全部氧化成Fe3＋，再调节溶液pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀，且保证Zn2＋不沉淀。为了不引入新的杂质，可用H2O2来氧化Fe2＋，用ZnO来调节pH，将Fe3＋沉淀完全，故A项符合题意。

锅炉内如结有水垢后会产生以下危害：(1)锅炉钢板、管路因过热而被烧损；(2)燃料大量浪费；(3)增加锅炉检修量；(4)威胁人身安全。

某学习小组欲探究使CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀，从而将其除去的可能性，查得如下资料(25 ℃)：

实验步骤如下：

①向100  mL 0.1mol·L－1 CaCl2溶液中加入100 mL 0.1 mol·L－1 Na2SO4溶液，立即有白色沉淀生成；

②向上述悬浊液中加入3 g Na2CO3固体，搅拌，静置，沉淀后弃去上层清液；

③再加入蒸馏水搅拌，静置，沉淀后再弃去上层清液；

④________________________________________________________________________。

请思考下列问题：

(1)题给的两种物质，Ksp越大，表示电解质的溶解度越________(填“大”或“小”)。

提示：大。Ksp(CaCO3)<Ksp(CaSO4)，沉淀之间的转化符合难溶向更难溶转化，CaSO4能转化为CaCO3。

(2)写出第②步发生反应的化学方程式。

提示：Na2CO3＋CaSO4===Na2SO4＋CaCO3。

(3)设计第③步操作的目的是什么？

提示：洗去沉淀中附着的SO。

(4)请补充第④步操作及发生的现象。

提示：向沉淀中加入足量的稀盐酸，沉淀完全溶解。

(5)请写出该转化在实际生活、生产中的一个应用。

提示：将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3，易于除去。

沉淀的转化实质上是沉淀溶解平衡的移动，一般来说，溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀，沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越容易。注意，只要满足离子浓度之积大于>Ksp，溶解度小的沉淀也可以转化为溶解度较小的沉淀。

1．实验：①0.1 mol·L－1AgNO3溶液和0.1 mol·L－1NaCl溶液等体积混合得到浊液a，过滤得到滤液b和白色沉淀c；②向滤液b中滴加0.1 mol·L－1KI溶液，出现浑浊；③向沉淀c中滴加0.1 mol·L－1KI溶液，沉淀变为黄色。下列分析不正确的是(　　)

A．浊液a中存在沉淀溶解平衡：AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)

B．滤液b中不含有Ag＋

C．③中颜色变化说明AgCl转化为AgI

D．实验可以证明AgI比AgCl更难溶

解析：选B　难溶物质在溶液中存在沉淀溶解平衡，A正确；溶液中存在沉淀溶解平衡，故滤液b中含有Ag＋，B错误；沉淀由白色变为黄色，说明生成AgI，反应向生成更难溶沉淀的方向进行，C、D正确。

2．常温下，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝1.0×10－16。将等体积的AgCl和AgI的饱和溶液的清液混合，再向其中加入一定量的AgNO3固体，下列说法正确的是(　　)

A．两溶液混合，AgCl和AgI都沉淀

B．若AgNO3足量，AgCl和AgI都可沉淀，但以AgCl为主

C．向AgI饱和溶液加入AgNO3，c(Ag＋)增大，Ksp(AgI)也增大

D．若取0.143 5 g AgCl固体放入100 mL水中(忽略体积变化)，c(Cl－)为0.01 mol·L－1

解析：选B　饱和AgCl溶液中c(Ag＋)＝c(Cl－)≈1.342×10－5 mol·L－1；饱和AgI溶液中c(Ag＋)＝c(I－)＝1.0×10－8 mol·L－1；两者等体积混合后，浓度减半，c(Cl－)≈6.71×10－6 mol·L－1、c(I－)＝5.0×10－9 mol·L－1、c(Ag＋)≈6.71×10－6 mol·L－1，此时c(Cl－)·c(Ag＋)＝6.71×10－6×6.71×10－6＝4.5×10－11<Ksp(AgCl)，c(I－)·c(Ag＋)＝5.0×10－9×6.71×10－6≈3.4×10－14>Ksp(AgI)，故产生AgI沉淀，不产生AgCl沉淀，A错误。由于c(Cl－)≫c(I－)，故当加入足量AgNO3时，两种沉淀都可生成，但以AgCl为主，B正确。AgI饱和溶液中加入AgNO3，c(Ag＋)增大，但Ksp(AgI)只与温度有关，温度不变，Ksp(AgI)不变，C错误。0.143 5 g(0.001 mol)AgCl固体放入100 mL水中，只有部分溶解，此时溶液中c(Cl－)≈1.342×10－5 mol·L－1，D错误。

 [分级训练·课课过关]____________________________________________________ ____

1．某同学进行如下实验：①向盛有1  mL 0.1 mol·L－1MgCl2溶液的试管中加入1 mL 0.2 mol·L－1NaOH溶液，得到浊液a，过滤得到滤液b和白色沉淀c。②向浊液a中滴加0.1 mol·L－1FeCl3溶液，有红褐色沉淀生成。下列分析不正确的是(　　)

A．滤液b中不含有Mg2＋

B．该实验可以证明Fe(OH)3比Mg(OH)2更难溶

C．②中颜色变化说明Mg(OH)2转化为Fe(OH)3

D．浊液a中存在沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)

解析：选A　将1 mL 0.1 mol·L－1 MgCl2溶液和1 mL 0.2mol·L－1NaOH溶液等体积混合，恰好完全反应得到氢氧化镁沉淀和氯化钠溶液，氢氧化镁存在沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，故滤液b中含有Mg2＋，A项错误，D项正确；一种难溶物可以转化为另一种更难溶的物质，所以该实验可以证明Fe(OH)3比Mg(OH)2更难溶，B、C项正确。

2．已知，常温下，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝8.3×10－17，下列叙述正确的是(　　)

A．常温下，AgCl在饱和NaCl溶液中的Ksp比在纯水中的Ksp小

B．向AgCl的悬浊液中加入KI溶液，沉淀由白色转化为黄色

C．将0.001 mol·L－1 AgNO3溶液滴入KCl和KI的混合溶液中，一定先产生AgI沉淀

D．向AgCl的饱和溶液中加入NaCl晶体有AgCl析出，溶液中c(Ag＋)仍与c(Cl－)相等

解析：选B　Ksp只与温度有关，与溶液中离子浓度无关，A错误；Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)，沉淀转化为溶解度更小的物质，B正确；KCl和KI混合溶液中，c(Cl－)和c(I－)的大小无法比较，无法判断离子浓度之积与Ksp的相对大小，无法确定沉淀的先后顺序，C错误；向AgCl饱和溶液中加入NaCl晶体，沉淀溶解平衡逆向移动，c(Ag＋)减小，c(Cl－)增大，c(Ag＋)<c(Cl－)，D错误。

3．“转化”是化学研究的重要范畴之一。沉淀转化在科研和生产中具有重要的应用价值。当容器壁上沉积一厚层BaSO4时很难直接除去。除去的方法是向容器壁内加入Na2CO3溶液，使BaSO4转化为BaCO3，然后加盐酸洗去沉淀物。已知常温下Ksp(BaCO3)＝5.1×10－9，Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10。

(1)Na2CO3俗称纯碱，被广泛应用于生活和工业生产中。Na2CO3溶液呈碱性，用水解离子方程式解释其呈碱性的原因：________________________________________________。

(2)要使BaSO4转化成BaCO3，Na2CO3溶液的浓度应大于________mol·L－1。(已知≈1)

解析：(1)碳酸钠是弱酸强碱盐，碳酸根离子在溶液中水解使溶液呈碱性，碳酸根离子在溶液中的水解是分步进行的，以第一步水解为主，水解的离子方程式为CO＋H2OHCO＋OH－。

(2)硫酸钡转化为碳酸钡的离子方程式为BaSO4(s)＋COBaCO3(s)＋SO，BaSO4的悬浊液中c(Ba2＋)＝c(SO)＝＝  mol·L－1≈1×10－5 mol·L－1，故使Ba2＋沉淀需要碳酸根离子的最小浓度为c(CO)＝＝ mol·L－1＝5.1×10－4 mol·L－1。

答案：(1)CO＋H2OHCO＋OH－

(2)5.1×10－4