高中化学第四节 沉淀溶解平衡学案

沉淀溶解平衡的应用

1．沉淀的生成

(1)调节pH法

加入氨水调节pH至7～8，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。

(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。反应的离子方程式如下：

Cu2＋＋S2－===CuS↓、Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋、Hg2＋＋S2－===HgS↓、Hg2＋＋H2S===HgS↓＋2H＋。

(3)化学沉淀法废水处理工艺流程示意图

　水垢中含有CaCO3和Mg(OH)2为什么不是MgCO3和Ca(OH)2?

[提示]　CaCO3和Mg(OH)2都是难溶物，它们的溶解度都很小，而MgCO3和Ca(OH)2都是微溶物质，它们的溶解度比CaCO3和Mg(OH)2大。

　要使工业废水中的重金属离子Pb2＋沉淀，可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂，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，选用的沉淀剂最好是(　　)

A．硫化物　　　 B．硫酸盐

C．碳酸盐   D．以上沉淀剂均可

A　[产生的沉淀的溶解度越小，沉淀反应进行的越完全。在某种沉淀中加入适当的沉淀剂，可使原来的沉淀溶解而转化为另一种溶解度更小的沉淀。]

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，如果能设法不断地除去平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。

(2)溶解沉淀的试剂类型

①用强酸溶解：例如，溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等难溶电解质。

②用某些盐溶液溶解：例如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液，化学方程式为Mg(OH)2＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3·H2O。

　(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)为减少洗涤过程中固体的损耗，最好选用稀H2SO4代替H2O来洗涤BaSO4沉淀。(√)

(2)洗涤沉淀时，洗涤次数越多越好。 (×)

(3)在一定条件下，溶解度较小的沉淀也可以转化成溶解度较大的沉淀。 (√)

3．沉淀的转化

(1)沉淀转化的实验

①银盐之间的转化

②MgCl2溶液产生白色沉淀沉淀转化为红褐色。

(2)沉淀转化的实质：溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀。两者的溶解度差别越大，转化越容易。

(3)应用

①锅炉除水垢：

水垢[CaSO4(s)]CaCO3(s)Ca2＋(aq)

其反应的化学方程式如下：

CaSO4(s)＋Na2CO3(aq)Na2SO4(aq)＋CaCO3(s)、

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。

②自然界中矿物的转化：

原生铜的硫化物CuSO4溶液铜蓝(CuS)。

其反应的化学方程式如下：

CuSO4(aq)＋ZnS(s)CuS(s)＋ZnSO4(aq)、

CuSO4(aq)＋PbS(s)CuS(s)＋PbSO4(aq)。

　(1)难溶性银盐之间的转化实验中沉淀颜色由“白色→黄色→黑色”的原因是什么？与溶解度的大小有何联系？

[提示]　颜色变化是由于AgCl转化成AgI，AgI再转化成Ag2S，其转化的原因是溶解度：AgCl>AgI>Ag2S。

(2)AgCl可以转化为AgBr，那AgBr有可能转化为AgCl吗？

[提示]　有可能。当溶液中c(Ag＋)·c(Br－)之积小于Ksp(AgBr)而c(Cl－)·c(Ag＋)之积大于Ksp(AgCl)时，就会使AgBr转化为AgCl沉淀。

　下表是三种银盐的溶度积常数Ksp(25 ℃ )。下列说法不正确的是(　　)

A．25 ℃时，三种银盐的饱和溶液中，c(Ag＋)最大的是AgCl溶液

B．在AgCl的悬浊液中加入0.1 mol·L—1的KI溶液，可能有黄色沉淀产生

C．25 ℃时，AgCl固体在等物质的量浓度的NaCl，CaCl2溶液中的溶度积相同

D．在AgBr的悬浊液中加入0.1 mol·L－1的KI溶液，发生反应的离子方程式为I－＋Ag＋===AgI↓

D　[由表中数据可知溶度积最大的是AgCl，其溶解度也最大，所以c(Ag＋)最大的是AgCl溶液，A正确；AgI溶度积小于AgCl，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的容易实现，所以在AgCl的悬浊液中加入0.1 mol·L－1的KI溶液，可能有黄色沉淀产生，B正确；溶度积只与温度有关，所以25 ℃时，AgCl固体在等物质的量浓度的NaCl、CaCl2溶液中的溶度积相同，C正确；AgBr属于难溶电解质，在离子方程式中写为化学式，所以在AgBr的悬浊液中加入0.1 mol·L－1的KI溶液，发生反应的离子方程式为AgBr(s)＋I－(aq)AgI(s)＋Br－(aq),D错误。]

素材1　利用X­射线对钡的穿透能力较差的特性，医学上在进行消化系统的X­射线透视时，常使用BaSO4做内服造影剂，这种透视技术俗称钡餐透视。由于Ba2＋有剧毒，水溶性钡盐不能用作钡餐。

BaCO3和BaSO4的沉淀溶解平衡分别为：

BaCO3(s)Ba2＋(aq)＋CO(aq)

Ksp＝5.1×10－9

BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SO(aq)　Ksp＝1.1×10－10

素材2　如果误将可溶性钡盐[如BaCl2、Ba(NO3)2等]当作食盐或纯碱食用，会造成钡中毒。中毒者应尽快用5%的Na2SO4溶液洗胃，随后腹泻使钡盐尽快排出。

[问题1]　由溶度积常数可知BaSO4、BaCO3都难溶于水，而且二者的溶解度均不大，医学上能用BaCO3作钡餐吗？为什么？

[提示]　由于胃酸的酸性很强(pH为0.9～1.5)，如果BaCO3入胃，胃酸可与CO反应生成二氧化碳和水，使CO的浓度降低，Q＜Ksp，此时BaCO3的沉淀溶解平衡正向移动，使Ba2＋浓度增大而导致人体中毒，因此不能用碳酸钡作钡餐。

[问题2]　可溶性钡盐(如BaCl2等)误作食盐食用，会造成钡中毒。中毒患者常用5.0%的Na2SO4溶液洗胃的原因是什么？

[提示]　中毒后服用5.0%的Na2SO4溶液洗胃，SO与Ba2＋结合生成BaSO4沉淀，可缓解Ba2＋对人体的毒害。

[问题3]　已知不同金属离子在溶液中完全沉淀时，溶液的pH不同。

据信息分析除去CuCl2中的FeCl3应选什么试剂，原理是什么？

[提示]　因FeCl3发生水解反应：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，故可选择CuO或CuCO3，消耗Fe3＋水解生成的H＋，调节溶液pH于3.7～4.4之间，从而促进Fe3＋完全以Fe(OH)3形式沉淀出来，并通过过滤除去Fe(OH)3及过量的CuO或CuCO3。

沉淀反应的应用

(1)沉淀的生成和溶解这两个方向相反的过程，控制离子浓度，可以使反应向我们需要的方向转化。

(2)利用生成沉淀除去某种离子，首先要使生成沉淀的反应能够发生，其次沉淀生成的反应进行得越完全越好。

(3)根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地移去平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。如常用强酸溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等难溶电解质。

1．为研究沉淀的生成及其转化，某小组进行如下实验。关于该实验的分析不正确的是(　　)

A．①浊液中存在平衡：AgSCN(s)Ag＋(aq)＋SCN－(aq)

B．②中颜色变化说明上层清液中含有SCN－

C．③中颜色变化说明有AgI生成

D．该实验可以证明AgI比AgSCN更难溶

D　[0.01 mol·L－1AgNO3溶液中加入0.005 mol·L－1 KSCN溶液，产生白色沉淀AgSCN，该沉淀在溶液中存在溶解平衡：AgSCN(s)Ag＋(aq)＋SCN－(aq)，A正确；取①上层清液加入2 mol·L－1 Fe(NO3)3溶液，溶液变成红色，说明有Fe(SCN)3生成，从而推知上层清液中含有SCN－，B正确；①中余下浊液中加入2 mol·L－1KI溶液，产生黄色沉淀，该沉淀应为AgI，C正确；①中反应后AgNO3溶液有剩余，则余下浊液中除含有AgSCN外，还有AgNO3，再加入2 mL 2 mol·L－1 KI溶液生成AgI沉淀，不能说明AgSCN转化为AgI，故不能证明AgI比AgSCN更难溶，D错误。]

2．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：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

1．锅炉水垢是一种安全隐患，除去水垢中的CaSO4，可先用Na2CO3溶液处理，使之转化为易溶于酸的CaCO3，而后用酸除去。下列说法不正确的是(　　)

A．CaCO3的溶解度小于CaSO4的

B．沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动

C．沉淀转化的难易与溶解度差别的大小无关

D．CaSO4到CaCO3的沉淀转化中并存着两个沉淀溶解平衡

C　[沉淀转化的方向是难溶物向生成更难溶物的方向转化，所以沉淀的溶解度差别越大，越易转化，C选项错误。]

2．已知：Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)，在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中滴加适量CuSO4溶液，产生的实验现象是(　　)

A．固体逐渐溶解，最后消失

B．固体由白色变为黑色

C．固体颜色变化但质量不变

D．固体逐渐增多，但颜色不变

B　[ZnS和CuS的阴、阳离子个数比为1∶1，且Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)，可得ZnS溶解度大于CuS，因此在ZnS饱和溶液中加CuSO4会使ZnS沉淀转化生成黑色CuS。]

3．25 ℃时，已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(Ksp)分别为Ksp(FeS)＝6.3×10－18；Ksp(CuS)＝1.3×10－36；Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。常温时下列有关叙述正确的是(　　)

A．硫化锌、硫化铜、硫化亚铁的溶解度依次增大

B．将足量的ZnSO4晶体加入0.1 mol·L－1的Na2S溶液中，Zn2＋的浓度最大只能达到1.6×10－23 mol·L－1

C．除去工业废水中含有的Cu2＋，可采用FeS固体作为沉淀剂

D．向饱和的FeS溶液中加入FeSO4溶液后，混合液中c(Fe2＋)变大、c(S2－)变小，但Ksp(FeS)变大

C　[化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时，Ksp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强，由Ksp可知，常温下，CuS的溶解度最小，故A错；将足量的ZnSO4晶体加入0.1 mol·L－1的Na2S溶液中，c(S2－)将减至非常小，而Zn2＋的浓度远远大于1.6×10－23 mol·L－1；因CuS比FeS更难溶，FeS沉淀可转化为CuS沉淀；温度不变，Ksp(FeS)不变。]

4．25 ℃时，5种银盐的溶度积常数(Ksp)分别是：

下列说法正确的是(　　)

A．氯化银、溴化银和碘化银的溶解度依次增大

B．将硫酸银溶解于水后，向其中加入少量硫化钠溶液，不可能得到黑色沉淀

C．在5 mL 1.8×10－5 mol·L－1的NaCl溶液中，加入1滴(1 mL约20滴)0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，不能观察到白色沉淀

D．将浅黄色溴化银固体浸泡在饱和氯化钠溶液中，可以有少量白色固体生成

D　[A选项在组成类型相同时，可以利用Ksp直接比较盐的溶解度，Ksp值越小越难溶，所以氯化银、溴化银、碘化银溶解度依次减小，错误；B选项硫酸银的Ksp大于硫化银的Ksp，因此会有更难溶的黑色硫化银生成，错误；C选项，c(Ag＋)＝[0.1 mol·L－1×(1/20) mL]/5 mL＝0.001 mol·L－1，Q＝0.001×1.8×10－5＝1.8×10－8，大于氯化银的Ksp，故会有白色沉淀生成，错误；D选项在氯化钠的饱和溶液中，氯离子的浓度大约是8 mol·L－1，溴化银固体浸泡在其中，会使氯离子与银离子浓度商大于其溶度积，所以会有少量白色固体生成，D正确。]

5．(情境素养题)已知25 ℃：

某学习小组欲探究CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀的可能性，实验步骤如下：

①向0.1 mol·L－1的100 mLCaCl2溶液中加入100 mL 0.1 mol·L－1的Na2SO4溶液，立即有白色沉淀生成。

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

③再加入蒸馏水搅拌，静置后再弃去上层清液。

④__________________________________________________。

(1)由题中信息Ksp越大，表示电解质的溶解度越______(填“大”或“小”)。

(2)写出第②步发生的化学反应方程式： _____________________________

_______________________________________________________________。

(3)设计第③步的目的是__________________________________________。

(4)请补充第④步操作及发生的现象：_______________________________

_______________________________________________________________。

(5)请写出该原理在实际生活、生产中的一个应用：___________________

______________________________________________________________。

[解析]　Ksp越大，表示电解质的溶解度越大，溶解度大的沉淀会向溶解度小的沉淀转化，要证明CaSO4完全转化为CaCO3，可以加入盐酸，因为CaSO4不和盐酸反应，而CaCO3可完全溶于盐酸。在实际生活、生产中利用此反应可以将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3，再用盐酸除去(合理即可)。

[答案]　(1)大　(2)Na2CO3(aq)＋CaSO4(s)CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)　(3)洗去沉淀中附着的SO　(4)向沉淀中加入足量的盐酸，沉淀完全溶解，并放出无色无味的气体

(5)将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3，再用盐酸除去(合理即可)