人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第三章 水溶液中的离子平衡第四节 难溶电解质的溶解平衡教案及反思

 [课标要求]

1．了解难溶电解质的溶解平衡。

2．了解溶度积的意义。

3．知道沉淀生成、沉淀溶解、沉淀转化的本质是沉淀溶解平衡的移动。

1．沉淀生成的主要方法有调节pH法和加沉淀剂法。

2．沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。

3．溶度积“三要素”：

(1)含义：难溶电解质溶液中离子浓度的幂之积。

(2)影响因素：Ksp只与温度有关。

(3)意义：Ksp反映难溶电解质的溶解能力，相同类型的难溶电解质，Ksp越小，溶解能力越小。

4．溶度积规则：

(1)当Qc>Ksp，有沉淀析出。

(2)当Qc＝Ksp，溶液饱和，沉淀和溶解处于平衡状态。

(3)当Qc<Ksp，溶液未饱和，无沉淀析出。

1．25 ℃时，溶解性与溶解度的关系

2．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，即达到溶解平衡。

(2)图示：

(3)表示方法：以AgCl为例，溶解平衡可表示为

AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)。

3．特征

4．影响沉淀平衡的因素

(1)内因。难溶电解质本身的性质，是影响沉淀溶解平衡的主要因素。

(2)外因。以AgCl为例：AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)

1．对“AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)”的理解正确的是(　　)

A．说明AgCl没有完全电离，AgCl是弱电解质

B．说明溶解的AgCl已完全电离，是强电解质

C．说明Ag＋与Cl－反应不能完全进行到底

D．说明Ag＋与Cl－反应可以完全进行到底

解析：选C　AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)表示的是AgCl的溶解平衡，说明Ag＋与Cl－反应不能完全进行到底。

2．石灰乳中存在下列平衡：Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)，加入少量下列溶液，可使Ca(OH)2(s)减少的是(　　)

①Na2CO3溶液　②AlCl3溶液　③NaOH溶液

④CaCl2溶液

A．①②　　B．②③　　　C．③④　　　D．①④

解析：选A　CO结合Ca2＋生成CaCO3沉淀，使平衡右移，①正确；Al3＋结合OH－生成Al(OH)3沉淀，使平衡右移，②正确；增加OH－浓度，平衡左移，③错误；c(Ca2＋)增大，平衡左移，④错误。

3．在一定温度下，当Mg(OH)2固体在水溶液中达到下列平衡时：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，要使Mg(OH)2固体减少而c(Mg2＋)不变，可采取的措施是(　　)

A．加MgSO4固体  B．加HCl溶液

C．加NaOH固体  D．加水

解析：选D　Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，加MgSO4固体使该溶解平衡左移，Mg(OH)2固体增多，c(Mg2＋)变大；加HCl溶液使该溶解平衡右移，Mg(OH)2固体减少，c(Mg2＋)变大；加NaOH固体使该溶解平衡左移，Mg(OH)2固体增多，c(Mg2＋)变小。

4．把Ca(OH)2放入蒸馏水中，一段时间后达到平衡：Ca(OH)2(s)Ca2＋＋2OH－，下列说法正确的是(　　)

A．恒温下向溶液中加入CaO，溶液的pH升高

B．给溶液加热，溶液的pH升高

C．向溶液中加入Na2CO3溶液，其中固体质量增加

D．向溶液中加入少量NaOH固体，Ca(OH)2固体质量不变

解析：选C　A项，CaO＋H2O===Ca(OH)2，由于保持恒温，Ca(OH)2溶解度不变，c(OH－)不变，因此pH不变；B项，加热时Ca(OH)2溶解度减小，平衡逆向移动，c(OH－)减小，pH减小；C项，CO＋Ca2＋===CaCO3↓，使平衡正向移动，Ca(OH)2固体减少，但固体总质量增大；D项，加入NaOH固体时，c(OH－)增大，平衡逆向移动，因此Ca(OH)2固体增多。

1．沉淀的生成

(1)沉淀生成的应用：常利用生成沉淀来除去或分离某些离子、提纯物质。

(2)沉淀的方法

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。反应的离子方程式：

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＋。

2．沉淀的溶解

(1)溶解原理

根据勒夏特列原理，对于在水中难溶的电解质，如果设法不断地移去溶解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)溶解方法

①酸溶解法：利用较强的酸溶解较弱酸的难溶盐。

如CaCO3难溶于水，却易溶于盐酸，过程可表示为

CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，

CO＋H＋HCO，HCO＋H＋H2CO3，

H2CO3===H2O＋CO2↑。

②盐溶液溶解法：

3．沉淀的转化

(1)沉淀转化实验

①难溶性银盐之间的转化。

②Mg(OH)2与Fe(OH)3之间的转化。

(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，两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀越容易转化。

(3)沉淀转化的应用

①锅炉除水垢。

水垢[含CaSO4(s)]CaCO3(s)Ca2＋(aq)

②除去硫酸铜溶液中的铁离子。

Cu2＋Fe(OH)3↓

[特别提醒]　难溶电解质的溶解平衡也是有条件的，条件变化，平衡被破坏。通过条件的变化可以使沉淀生成、沉淀溶解，也可以使沉淀转化。

1．除去溶液中的SO，选择钙盐还是钡盐？为什么？

提示：根据CaSO4微溶于水，BaSO4难溶于水，除去SO时，应选择钡盐，因为钡盐可使SO沉淀的更完全。

2．向5 mL稀的NaCl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，沉淀又变成黑色，依据上述变化过程，你能判断出AgCl、AgI、Ag2S三者溶解能力的强弱吗？

提示：依据沉淀转化的实质可知三者溶解能力为AgCl>AgI>Ag2S。

1．沉淀的生成

(1)沉淀生成时沉淀剂的选择原则

①使生成沉淀的反应进行得越完全越好(被沉淀离子形成沉淀的Ksp尽可能地小，即沉淀溶解度越小越好)。

如除去废水中的Cu2＋，可以使Cu2＋转化成CuCO3、Cu(OH)2或CuS，依据三者溶解度的大小可知，选择沉淀剂(FeS)可以使废水中的Cu2＋转化成溶解度更小的CuS。

②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。

(2)常用的沉淀方法

①调节pH法：

通过调节溶液的pH，使溶液中的杂质离子转化成沉淀而除去。

②直接沉淀法：

通过沉淀剂除去溶液中的某种指定离子或获取该难溶电解质。

2．沉淀的溶解

沉淀溶解时的关键步骤是加入的试剂能与产生沉淀的离子发生反应，生成挥发性物质(气体)或弱电解质(弱酸、弱碱或水)，使平衡向沉淀溶解的方向移动，使沉淀溶解的常用方法主要有三种：

(1)加入适当试剂，使其与溶液中某种离子结合生成弱电解质。

(2)加入适当氧化剂或还原剂，与溶液中某种离子发生氧化还原反应。

(3)加入适当试剂，与溶液中某种离子结合生成配合物。

3．沉淀的转化

(1)沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。一般是溶解度小的沉淀会转化生成溶解度更小的沉淀。

(2)当一种试剂能沉淀溶液中几种离子时，生成沉淀所需试剂离子浓度越小的越先沉淀；如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大，就能分步沉淀，从而达到分离离子的目的。

(3)溶解度较小的沉淀在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀，如在BaSO4的饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液，也可以转化成溶解度较大的BaCO3沉淀。

1．要使工业废水中的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

解析：选A　产生沉淀的溶解度越小，沉淀反应进行的越完全。

2．在含有浓度均为0.01 mol·L－1的Cl－、Br－、I－的溶液中，缓慢且少量地加入AgNO3稀溶液，结合溶解度判断析出三种沉淀的先后顺序是(　　)

A．AgCl、AgBr、AgI  B．AgI、AgBr、AgCl

C．AgBr、AgCl、AgI  D．三种沉淀同时析出

解析：选B　AgI比AgBr、AgCl更难溶于水，故Ag＋不足时先生成AgI，析出沉淀的先后顺序是AgI、AgBr、AgCl。

3．在有固态CaCO3存在的饱和溶液中，存在着如下平衡CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，加入下列溶液能使CaCO3质量增加的是(　　)

A．CaCl2溶液  B．KNO3溶液

C．NH4Cl溶液  D．NaCl溶液

解析：选A　加入CaCl2溶液，溶液中c(Ca2＋)增大，平衡逆向移动，CaCO3质量增加，A正确；加入KNO3溶液，相当于加入水，溶液中c(Ca2＋)、c(CO)均减小，平衡正向移动，CaCO3质量减少，B错误；加入NH4Cl溶液，NH水解产生的H＋与CO反应，c(CO)减小，平衡正向移动，CaCO3质量减少，C错误；加入NaCl溶液，相当于加入水，溶液中c(Ca2＋)、c(CO)均减小，平衡正向移动，CaCO3质量减少，D错误。

1．概念

在一定温度下，在难溶电解质的饱和溶液中，各离子浓度幂之积为一常数，叫做溶度积常数，简称溶度积。用Ksp表示。

2．表达式

对于反应MmAn(s)mMn＋(aq)＋nAm－(aq)，

Ksp＝[c(Mn＋)]m·[c(Am－)]n。

如Mg(OH)2的Ksp＝c(Mg2＋)·c2(OH－)。

3．影响因素

1．已知FeS和CuS的溶度积常数：Ksp(FeS)＝6.3×10－18，Ksp(CuS)＝1.3×10－36，你能确定相同温度下CuS和FeS的溶解度的大小吗？

提示：依据FeS和CuS的Ksp可知，相同温度下，FeS的溶解度大于CuS的溶解度。

2．要将等体积的4×10－3 mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3 mol·L－1的K2CrO4溶液混合，是否能析出Ag2CrO4沉淀？[已知Ksp(Ag2CrO4)＝9.0×10－12]

提示：混合后c(Ag＋)＝c(CrO)＝2×10－3 mol·L－1

Qc＝c2(Ag＋)·c(CrO)＝(2×10－3)2×2×10－3＝8×10－9＞9.0×10－12，故有Ag2CrO4沉淀析出。

1．溶度积与离子积的关系

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。

2．溶度积与沉淀溶解能力的关系

溶度积(Ksp)反映了难溶电解质在水中的溶解能力。

(1)对于阴、阳离子个数比相同的电解质，Ksp的数值越大，难溶电解质在水中的溶解度越大。

(2)对于阴、阳离子个数不同的电解质，Ksp小的电解质的溶解度不一定比Ksp大的溶解度小，如Ksp(Ag2CrO4)<Ksp(AgCl)，但Ag2CrO4的溶解度大于AgCl的溶解度。因此，不能通过比较Ksp数值的大小来确定溶解度的大小。

1．下列说法不正确的是(　　)

A．Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关

B．由于Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)，所以ZnS沉淀在一定条件下可转化为CuS沉淀

C．其他条件不变，离子浓度改变时，Ksp不变

D．两种难溶电解质作比较时，Ksp小的溶解度一定小

解析：选D　溶度积常数只与电解质本身的性质和温度有关，A正确；由于Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)，在ZnS饱和溶液中加入含Cu2＋的溶液，可生成CuS沉淀，B正确；难溶物确定时，Ksp只受温度的影响，与浓度无关，C正确；对于阴、阳离子的个数比相同即同一类型的难溶电解质，Ksp的数值越大，难溶电解质在水中的溶解能力越强，即溶解度越大，对于阴、阳离子的个数比不同即不同类型的难溶电解质，不能直接用Ksp的大小比较它们的溶解度，必须通过计算进行比较，D错误。

2．已知Ksp(AgCl)＝1.56×10－10，Ksp(AgBr)＝7.7×10－13，Ksp(Ag2CrO4)＝9×10－11。某溶液中含有Cl－、Br－和CrO，浓度均为0.010 mol·L－1，向该溶液中逐滴加入0.010 mol·L－1的AgNO3溶液时，三种阴离子产生沉淀的先后顺序为(　　)

A．Cl－、Br－、CrO　 B．CrO、Br－、Cl－

C．Br－、Cl－、CrO  D．Br－、CrO、Cl－

解析：选C　根据三种难溶物的溶度积数据，在Cl－、Br－和CrO的浓度均为0.010 mol·L－1时，氯离子沉淀时银离子的最小值是1.56×10－10/0.010 mol·L－1＝1.56×10－8 mol·L－1，溴离子沉淀时银离子的最小值是7.7×10－13/0.010 mol·L－1＝7.7×10－11 mol·L－1，CrO沉淀时银离子的最小值是(9×10－11/0.010 mol·L－1)＝3×10－4.5 mol·L－1，沉淀所需银离子浓度小的先沉淀，所以三种离子沉淀的先后顺序是Br－、Cl－、CrO。

3．在0.10 mol·L－1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌，有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成，当溶液的pH＝8时，c(Cu2＋)＝________mol·L－1{Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20}。若在0.1 mol·L－1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体，使Cu2＋完全沉淀为CuS，此时溶液中的H＋浓度是________mol·L－1。

解析：pH＝8时，c(OH－)＝10－6 mol·L－1，由硫酸铜的溶度积常数可知：Ksp＝2.2×10－20＝10－12×c(Cu2＋)，得c(Cu2＋)＝2.2×10－8 mol·L－1；使Cu2＋沉淀完全，已知c(Cu2＋)＝0.1 mol·L－1，根据反应关系式：Cu2＋～2H＋得c(H＋)＝0.2 mol·L－1。

答案：2.2×10－8　0.2