化学第三章 水溶液中的离子反应与平衡第四节 沉淀溶解平衡学案及答案

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基础课时14　沉淀溶解平衡学 习 任 务1．通过实验探究，认识难溶电解质在水溶液中存在沉淀溶解平衡，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2．能够根据化学平衡原理分析沉淀溶解平衡的影响因素。3．能够利用离子积与溶度积常数的关系判断溶液中难溶电解质的沉淀和溶解情况，培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。一、沉淀溶解平衡1．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。2．沉淀溶解平衡(1)概念在一定温度下，当沉淀和溶解的速率相等时，即建立了动态平衡，叫做难溶电解质的沉淀溶解平衡。如AgCl溶于水的沉淀溶解平衡表示为AgCl(s) Ag＋(aq)＋Cl－(aq)。(2)特征　常温下，分别将AgCl溶于水和0.1 mol·L－1的NaCl溶液中，其溶解度相同吗？为什么？[提示]　不同。在NaCl溶液中，Cl－的存在会导致AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)向左移动，使AgCl溶解度更小。3．沉淀溶解平衡的移动固体物质溶液中的溶质固体物质的溶解是可逆过程：(1)v溶解>v沉淀　固体溶解(2)v溶解＝v沉淀　溶解平衡(3)v溶解<v沉淀　析出晶体4．生成难溶电解质的离子反应的限度(1)25 ℃时，溶解性与溶解度的关系(2)反应完全的标志对于常量的化学反应来说，化学上通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，生成沉淀的反应进行完全。　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)难溶电解质的溶解度为0。 (×)(2)等物质的量的AgNO3和NaCl混合后，溶液中不存在Ag＋和Cl－。 (×)(3)对于“AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)”， 说明溶解的AgCl部分电离，是弱电解质。              (×)(4)当改变外界条件时，沉淀溶解平衡会发生移动，直至达到新的平衡。 (√)(5)沉淀溶解达到平衡时，溶液中溶质的离子浓度相等，且保持不变。 (×)(6)溶液中的离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，可视为沉淀完全。 (√)二、溶度积常数1．在一定温度下，达到沉淀溶解平衡后的溶液为饱和溶液，其离子浓度不再发生变化，溶液中各离子浓度幂之积为常数，叫做溶度积常数(简称溶度积)，用Ksp表示。2．写出下列沉淀溶解平衡的溶度积常数的表达式(1)AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)Ksp＝c(Ag＋)·c(Cl－)。(2)Fe(OH)3(s)Fe3＋(aq)＋3OH－(aq)Ksp＝c(Fe3＋)·c3(OH－)。(3)AmBn(s)mAn＋(aq)＋nBm－(aq)Ksp＝cm(An＋)·cn(Bm－)。微点拨：①Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关。 ②同温条件时，对于同类型物质，Ksp数值越大，难溶电解质在水中的溶解能力越强。如由Ksp数值可知，溶解能力：AgCl＞AgBr＞AgI，Cu(OH)2＜Mg(OH)2。③不同类型的物质，Ksp差距不大时不能直接作为比较依据。如(25 ℃):AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)，Ksp＝1.8×10－10；Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，Ksp＝1.8×10－11，虽然Mg(OH)2的Ksp较小，但不能认为Mg(OH)2比AgCl更难溶。3．通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积——离子积(Q)的相对大小，可以判断在给定条件下的溶液中难溶电解质的沉淀或溶解情况：(1)Q>Ksp，溶液过饱和，有沉淀析出，直至溶液饱和，达到新的平衡。(2)Q＝Ksp，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态。(3)Q<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。　25 ℃时，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]　25 ℃、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沉淀溶解平衡的建立与移动闻名于世的桂林溶洞、北京石花洞、娄底梅山龙宫，它们就是由于水和二氧化碳的缓慢侵蚀而创造出来的杰作。石灰石的主要成分为CaCO3，当它遇到溶有CO2的水时就会发生反应变成可溶性的碳酸氢钙，溶有碳酸氢钙的水，当从溶洞顶滴到洞底时，由于水分的蒸发或压强减小，以及温度的变化都会使二氧化碳溶解度减小而析出碳酸钙的沉淀。这些沉淀经过千百万年的积聚，渐渐形成了钟乳石、石笋等，洞顶的钟乳石与地面的石笋连接起来了，就会形成奇特的石柱。反应的化学方程式为CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。在自然界中不断发生上述反应于是就形成了溶洞中的各种景观。[问题1]　在CaCO3溶于水的起始阶段，v溶解和v沉淀怎样变化？当v溶解＝v沉淀时，可逆过程达到一种什么样的状态？画出v­t图。[提示]　CaCO3溶于水的起始阶段，v溶解开始最大，后逐渐减小，v沉淀开始为0，后逐渐增大，直到v溶解＝v沉淀，说明溶解达到平衡状态。v­t图如下：[问题2]　向CaCO3饱和溶液中加水，CaCO3的溶解度增大吗？溶解平衡移动吗？Ksp是否增大？升高温度Ksp如何变化？[提示]　向CaCO3饱和溶液中加水，CaCO3溶解平衡向正向移动，但是CaCO3的溶解度不增大，Ksp不变。升高温度，CaCO3的Ksp将增大。[问题3]　试从溶解平衡的角度解释碳酸钙溶于含有CO2的水的原理？[提示]　CaCO3溶于水的溶解平衡为CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，当遇到含有CO2的水时发生：CO2＋H2O＋CO===2HCO，促进碳酸钙的溶解平衡向右进行，逐渐溶解，生成Ca(HCO3)2溶液。[问题4]　碳酸钙可以溶于强酸(如硝酸)，但硫酸钡不能溶于强酸，为什么？[提示]　CaCO3的溶解平衡为CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，加入硝酸后CO与H＋反应生成CO2，使c(CO)减小，溶解平衡右移，碳酸钙逐渐溶解；BaSO4的溶解平衡为BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SO(aq)，加入硝酸后，Ba2＋、SO都不与H＋和NO反应，两者浓度都不改变，平衡不移动，故BaSO4不溶解。1．沉淀溶解平衡与难溶电解质的电离(1)沉淀溶解平衡是指固体沉淀与溶液中相关离子间的平衡关系，包含了沉淀的溶解和溶解后电解质的电离两个过程。如：BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SO(aq)包含了BaSO4(s)BaSO4(aq)和BaSO4===Ba2＋＋SO两个过程。(2)难溶电解质的电离仅仅是沉淀溶解平衡的后一个过程。总过程沉淀溶解平衡(可逆)分过程沉淀的溶解(可逆)电解质的电离(可逆或不可逆)沉淀溶解平衡也用电离方程式表示，①须标明状态(s)、(aq)，②一律用“”。Al(OH)3(s)Al3＋(aq)＋3OH－(aq)　(沉淀溶解平衡)Al(OH)3Al3＋＋3OH－　(电离平衡)2．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沉淀溶解平衡。(2)外界条件改变对沉淀溶解平衡的影响①温度升高，多数沉淀溶解平衡向溶解的方向移动。②加水稀释，浓度减小，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动。③加入与难溶电解质构成粒子相同的物质，沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移动。④加入与难溶电解质溶解所得的离子反应的物质，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动。1．将一定量的硫酸钡放入水中，对此有关的叙述正确的是(　　)A．硫酸钡不溶于水，硫酸钡固体质量不会改变B．最终会得到BaSO4的极稀的饱和溶液C．因为Ba2＋＋SO===BaSO4↓很容易发生，所以不存在BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SO(aq)的反应D．因为BaSO4难溶于水，所以改变外界条件也不会改变BaSO4的溶解性B　[BaSO4不溶于水并不是绝对不溶，它存在沉淀溶解平衡，当沉淀和溶解的速率相等时，得到了BaSO4的饱和溶液即建立了动态平衡BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SO(aq)，A、C项错误，B项正确；升高温度，BaSO4溶解度增大，D项错误。]2．现向含AgBr的饱和溶液中：(1)加入固体AgNO3，则c(Ag＋)________(填“变大”“变小”或“不变”，下同)。(2)加入更多的AgBr固体，则c(Ag＋)________。(3)加入AgCl固体，则c(Br－)________，c(Ag＋)________。(4)加入Na2S固体，则c(Br－)________，c(Ag＋)________。[解析]　(1)向AgBr饱和溶液中加入AgNO3，溶解平衡逆向移动，但c(Ag＋)变大；(2)加入AgBr固体，对溶解平衡无影响，c(Ag＋)不变；(3)因AgCl溶解度大于AgBr，加入AgCl固体时，c(Ag＋)变大，溶解平衡向左移动，c(Br－)变小；(4)因Ag2S溶解度小于AgBr，加入Na2S固体时，生成Ag2S，溶解平衡向右移动，c(Br－)变大，但c(Ag＋)变小。[答案]　(1)变大　(2)不变　(3)变小　变大　(4)变大　变小溶度积曲线的理解与应用在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。[问题1]　T ℃时，Ksp(AgBr)等于多少？[提示]　Ksp(AgBr)＝c(Ag＋)·c(Br－)＝7×10－7×7×10－7＝4.9×10－13。[问题2]　相同温度下，AgCl和AgBr的溶解度相对大小关系如何？[提示]　溶解度AgCl大于AgBr。[问题3]　a点是否有沉淀析出？b点是否有沉淀析出？[提示]　a点：Q<Ksp，溶液不饱和，故无沉淀析出；b点：Q>Ksp，溶液过饱和，有沉淀析出。[问题4]　采取什么措施可以使溶液由c点到d点？该过程中Ksp(AgBr)是否变化？[提示]　增大c(Br－)；不变化。沉淀溶解平衡曲线分析图像展示[以BaSO4为例：BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SO(aq)]点的变化a→c曲线上变化，增大c(SO)b→c加入1×10－5 mol·L－1 Na2SO4溶液(加水不可以)d→c加入BaCl2固体(忽略溶液的体积变化)c→a曲线上变化，增大c(Ba2＋)曲线上方的点表示有沉淀生成；曲线下方的点表示不饱和溶液1．可溶性钡盐有毒，医院中常用硫酸钡这种钡盐作为内服造影剂。医院抢救钡离子中毒患者时，除催吐外，还需要向中毒者胃中灌入硫酸钠溶液。已知：某温度下，Ksp(BaCO3)＝5.1×10－9，Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10。下列推断正确的是 (　　)A．不用碳酸钡作为内服造影剂，是因为Ksp(BaCO3)>Ksp(BaSO4)B．抢救钡离子中毒患者时，若没有硫酸钠，可以用碳酸钠溶液代替C．若误饮c(Ba2＋)＝1.0×10－5 mol·L－1的溶液时，会引起钡离子中毒D．可以用0.36 mol·L－1的Na2SO4溶液给钡离子中毒患者洗胃D　[因胃酸可与CO反应生成水和二氧化碳，使CO浓度降低，从而使平衡BaCO3(s)Ba2＋(aq)＋CO(aq)向溶解方向移动，使Ba2＋浓度增大，Ba2＋有毒，与Ksp大小无关，故A错误；BaCO3溶于胃酸，起不到解毒的作用，故B错误；c(Ba2＋)＝1.0×10－5 mol·L－1的溶液钡离子浓度很小，不会引起钡离子中毒，故C错误；用0.36 mol·L－1的Na2SO4溶液给钡离子中毒患者洗胃，反应后c(Ba2＋)＝ mol·L－1，浓度很小，可起到解毒的作用，故D正确。]2．不同温度(T1和T2)时，硫酸钡在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示，已知硫酸钡在水中溶解时吸收热量。下列说法正确的是(　　)A．T1＞T2B．加入BaCl2固体，可使溶液由a点变到c点C．c点时，在T1、T2两个温度下均有固体析出D．a点和b点的Ksp相等D　[因为硫酸钡在水中溶解时吸收热量，则温度升高硫酸钡的Ksp增大，T2时硫酸钡的Ksp大于T1时硫酸钡的Ksp，故T2＞T1，A错误；硫酸钡溶液中存在着沉淀溶解平衡，a点在平衡曲线上，加入BaCl2，c(Ba2＋)增大，平衡左移，c(SO)应降低，所以不能使溶液由a点变到c点，B错误；在T1时c点溶液的Q＞Ksp，有沉淀析出，在T2时c点溶液的Q＜Ksp，没有沉淀析出，C错误；Ksp是一常数，温度不变，Ksp不变，在曲线上的任意一点Ksp都相等，D正确。]1．(2021·山东新泰一中高二月考)为了防止热带鱼池中水藻的生长，需保持水中Cu2＋的浓度约1.2×10－5 mol·L－1。为避免在每次换池水时溶液浓度的改变，可把适当的含铜化合物放在池底，其饱和溶液提供适当的Cu2＋。已知CuS、Cu(OH)2、CuCO3的Ksp值依次为1.3×10－36、2.2×10－20、1.4×10－10，下列四种物质中，能基本满足池水浓度要求的是(　　)A．CuSO4　　　　 B．CuCO3C．Cu(OH)2   D．CuSB　[CuCO3(s)＝Cu2＋(aq)＋CO(aq)；故有Ksp＝c(Cu2＋)·c(CO)＝c2(Cu2＋)；c(Cu2＋)＝(Ksp)1/2＝1.18×10－5mol·L－1。]2．Mg(OH)2固体在水中存在下列溶解平衡：Mg(OH)2(s) Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，欲减少Mg(OH)2固体的量，可以加入少量的(　　)A．NaOH固体   B．NaCl固体C．NaHSO4固体   D．MgSO4固体C　[欲使Mg(OH)2固体的量减少，应使平衡右移，NaHSO4电离产生的H＋会使平衡体系中c(OH－)减小，而使沉淀溶解平衡右移，Mg(OH)2固体的量减小。]3．(双选)(2021·山东聊城高二月考)已知：常温下，Ksp(BaSO4)＝a。取过量BaSO4溶于蒸馏水，过滤得到滤液R溶液。下列有关说法正确的是(　　)A．R溶液中c(Ba2＋)＝ mol·L－1B．常温下，向R溶液中加入少量Na2SO4固体，产生白色沉淀C．常温下，向R溶液中加入少量BaCl2固体，Ksp(BaSO4)增大D．向R溶液中加水，c(Ba2＋)、c(SO)均增大AB　[R溶液中c(Ba2＋)＝ mol·L－1，A项正确；加入Na2SO4，平衡BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SO(aq)向左移动，产生白色沉淀，B项正确；温度不变，溶度积不变，C项错误；向R溶液中加水，c(Ba2＋)、c(SO2－4)均减小，D项错误。]4．已知25 ℃时，CaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示，向100 mL该条件下的CaSO4饱和溶液中加入400 mL 0.01 mol·L－1 Na2SO4溶液，下列叙述正确的是(　　)A．溶液中析出CaSO4固体沉淀，最终溶液中c(SO)比原来的大B．溶液中无沉淀析出，溶液中c(Ca2＋)、c(SO)都变小C．溶液中析出CaSO4固体沉淀，溶液中c(Ca2＋)、c(SO)都变小D．溶液中无沉淀析出，但最终溶液中c(SO)比原来的大D　[本题是一道考查沉淀溶解平衡的图像题。由题意知，Ksp(CaSO4)＝c(Ca2＋)·c(SO)＝3.0×10－3×3.0×10－3＝9×10－6，CaSO4饱和溶液中c(Ca2＋)＝c(SO)＝3.0×10－3 mol·L－1。加入400 mL 0.01 mol·L－1 Na2SO4溶液后，c(Ca2＋)＝ mol·L－1＝6×10－4 mol·L－1，c(SO)＝ mol·L－1＝8.6×10－3 mol·L－1，Q＝c(Ca2＋)·c(SO)＝6×10－4×8.6×10－3＝5.16×10－6＜Ksp(CaSO4)，所以溶液中无CaSO4沉淀产生，则D正确。]5．已知：25 ℃时，Cu(OH)2(s) Cu2＋(aq)＋2OH－(aq)，Ksp＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝2×10－20。当溶液中各种离子的浓度幂的乘积大于溶度积时，则产生沉淀，反之固体溶解。(1)某CuSO4溶液里c(Cu2＋)＝0.02 mol·L－1，如果生成Cu(OH)2沉淀，应调整溶液的pH，使之大于________。(2)要使0.2 mol·L－1CuSO4溶液中Cu2＋沉淀较为完全(使Cu2＋浓度降至原来的千分之一)，则应向溶液里加入NaOH溶液，使溶液的pH为________。[解析]　(1)根据信息，当Ksp＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝2×10－20时开始出现沉淀，则c(OH－)＝  mol·L－1＝ mol·L－1＝10－9 mol·L－1，c(H＋)＝ mol·L－1＝10－5 mol·L－1，pH＝5，所以要生成Cu(OH)2沉淀，应调整pH>5。(2)要使Cu2＋浓度降至0.2 mol·L－1÷1 000＝2×10－4 mol·L－1，c(OH－)＝ mol·L－1＝10－8 mol·L－1，c(H＋)＝ mol·L－1＝10－6 mol·L－1，此时溶液的pH＝6。[答案]　(1)5　(2)6