高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第四单元 沉淀溶解平衡导学案

这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第四单元 沉淀溶解平衡导学案，共12页。学案主要包含了沉淀溶解平衡原理，溶度积常数，沉淀溶解平衡原理的应用，沉淀的转化等内容，欢迎下载使用。


一、沉淀溶解平衡原理
1．AgCl沉淀溶解平衡的建立
(1)分析AgCl的溶解过程：AgCl在溶液中存在下述两个过程：一方面，在水分子的作用下，少量Ag＋和Cl－脱离AgCl表面进入水中(溶解过程)；另一方面，溶液中的Ag＋和Cl－受AgCl表面阴、阳离子的吸引，回到AgCl表面析出(沉淀过程)。在一定温度下，当溶解和沉淀速率相等时，达到溶解平衡状态，体系中形成AgCl饱和溶液。
(2)AgCl溶于水的平衡方程式是AgCl(s)Cl－＋Ag＋，由于沉淀溶解之间的这种动态平衡的存在，决定了Ag＋和Cl－的反应不能进行到底。
2．溶解平衡的概念与特征
(1)概念
在一定温度下，当溶解速率和沉淀速率速率相等时，即建立了动态平衡，叫做沉淀溶解平衡。
(2)特征
(3)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1.0×10－5 ml·L－1时，沉淀就达完全。
3．难溶电解质沉淀溶解平衡的影响因素
(1)内因(决定因素)：难溶电解质本身的性质。
(2)外因：温度、浓度等条件的影响符合勒夏特列原理。
(3)实例分析
已知溶解平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋＋2OH－，请分析当改变下列条件时，对该溶解平衡的影响，填写下表(浓度变化均指平衡后和原平衡比较)：
(4)外界条件对沉淀溶解平衡的影响
①温度：升高温度，多数溶解平衡向溶解方向移动；少数溶解平衡向生成沉淀方向移动，如Ca(OH)2的溶解平衡。
②浓度：加水稀释，溶解平衡向溶解方向移动。
③同离子：加入与难溶电解质构成中相同的离子，平衡向生成沉淀方向移动。
④其他：加入可与难溶电解质溶解所得的离子反应的物质，溶解平衡向溶解方向移动。
【特别提醒】 大多数电解质溶解度随温度的升高而增大，但有许多例外，如Ca(OH)2，温度越高，溶解度越小。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)由于BaSO4难溶，所以将BaSO4加入水中，溶液中无Ba2＋和SOeq \\al(2－,4)(×)
(2)难溶电解质的沉淀溶解平衡是动态平衡，即溶解和沉淀仍然同时进行着，只是v(溶解)＝v(沉淀)(√)
(3)Ca(OH)2溶解放热，所以升温Ca(OH)2(s)Ca2＋＋2OH－，溶解平衡逆向移动(√)
(4)含等物质的量的AgNO3与NaCl的溶液混合后，恰好完全生成AgCl沉淀，溶液中不存在Ag＋和Cl－(×)
(5)当溶液中某离子浓度小于1×10－5 ml·L－1时，可视为该离子沉淀完全(√)
二、溶度积常数
1．概念
难溶电解质的沉淀溶解平衡常数称为溶度积常数，简称溶度积，符号为Ksp，Ksp的大小反映了难溶电解质在水中的溶解能力。
2．表达式
AmBn(s)mAn＋＋nBm－
Ksp＝cm(An＋)·cn(Bm－)。
Fe(OH)3(s)Fe3＋＋3OH－
Ksp＝c(Fe3＋)·c3(OH－)。
3．影响因素
溶度积Ksp值的大小只与难溶电解质本身的性质和温度有关。
4．应用
定量判断给定条件下有无沉淀生成。
Q：离子积对于AmBn(s)mAn＋＋nBm－任意时刻Qc＝cm(An＋)·cn(Bm－)。
(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如：
以沉淀溶解平衡BaSO4(s)Ba2＋＋SOeq \\al(2－,4)为例，要判断溶液中能否生成沉淀，可依据化学平衡常数与浓度商的关系，将溶液中的离子浓度之积与Ksp进行比较：
c(Ba2＋)·c(SOeq \\al(2－,4))＝Ksp 沉淀溶解平衡
c(Ba2＋)·c(SOeq \\al(2－,4))>Ksp 生成沉淀
c(Ba2＋)·c(SOeq \\al(2－,4)) (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)溶度积是沉淀溶解平衡时难溶电解质在溶液中的各离子浓度的乘积(×)
(2)溶度积受离子浓度大小的影响(×)
(3)Ksp小的溶解度一定小于Ksp大的(×)
(4)改变外界条件使溶解平衡正向移动，Ksp一定增大(×)
(5)可利用溶液混合后的Qc与Ksp的相对大小来判断溶液混合后是否有沉淀生成(√)
三、沉淀溶解平衡原理的应用
1．沉淀的生成
(1)沉淀生成的应用
在涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
(2)沉淀的方法
①调节pH法：如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，使其溶解于水，再加入氨水调节pH至7～8，可使Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下：Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)。
②加沉淀剂法：如以Na2S、H2S等作沉淀剂，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。
a．通入H2S除去Cu2＋的离子方程式：H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。
b．加入Na2S除去Hg2＋的离子方程式：Hg2＋＋S2－===HgS↓。
c．同离子效应法：增大溶解平衡中离子浓度，使平衡向沉淀的方向移动。
2．沉淀的溶解
(1)沉淀溶解的原理
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)沉淀溶解的方法
①酸溶解法：用强酸溶解的难溶电解质有CaCO3、FeS、Al(OH)3、Ca(OH)2等。
如CaCO3难溶于水，却易溶于盐酸，原因是：CaCO3在水中存在溶解平衡为CaCO3(s)Ca2＋＋COeq \\al(2－,3)，当加入盐酸后发生反应：COeq \\al(2－,3)＋2H＋===H2O＋CO2↑，c(COeq \\al(2－,3))降低，溶解平衡向溶解方向移动。
②盐溶液溶解法：Mg(OH)2难溶于水，能溶于盐酸、NH4Cl溶液中。溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为Mg(OH)2(s)＋2NHeq \\al(＋,4)===Mg2＋＋2NH3·H2O。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)洗涤沉淀时，洗涤次数越多越好(×)
(2)为了减少BaSO4的损失，洗涤BaSO4沉淀时可用稀硫酸代替水(√)
(3)除废水中的某重金属离子如Cu2＋、Hg2＋时，常用Na2S等，是因为生成的CuS、HgS极难溶，使废水中Cu2＋、Hg2＋浓度降的很低(√)
(4)CaCO3溶解时常用盐酸而不用稀硫酸，是因为稀硫酸不与CaCO3反应(×)
(5)除去MgCl2溶液中的Fe2＋，先加入双氧水，再加入MgO即可(√)
四、沉淀的转化
1．Ag＋的沉淀物的转化实验探究
(1)实验探究AgCl、AgI、Ag2S的转化
(2)实验结论：AgCl沉淀转化为AgI沉淀，AgI沉淀又转化为Ag2S沉淀，说明溶解度由小到大的顺序为Ag2S(3)理论分析：
AgCl(s)Ag＋＋Cl－ Ksp＝1.8×10－10
AgI(s)Ag＋＋I－ Ksp＝8.5×10－17
由Ksp值可看出AgI的溶解度远比AgCl的小得多。
当向AgCl沉淀中滴加KI溶液时，Q(AgI)＞Ksp(AgI)导致AgCl溶解，AgI生成，离子方程式可表示为：I－＋AgCl(s)AgI(s)＋Cl－，K＝eq \f(cCl－,cI－)＝eq \f(cAg＋·cCl－,cAg＋·cI－)＝eq \f(1.8×10－10,8.5×10－17)≈2.1×106＞1×105。
反应向正方向进行完全，即AgCl可转化为AgI沉淀。
2．沉淀转化的实质
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转化成溶解度更小的沉淀容易实现。两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越容易。
3．沉淀转化的应用
(1)锅炉除水垢
水垢CaSO4(s)eq \(――→,\s\up8(Na2CO3))CaCO3(s)eq \(――→,\s\up8(盐酸))Ca2＋(aq)
有关化学方程式：
CaSO4(s)＋Na2CO3(aq)CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)、
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。
(2)自然界中矿物的转化
如原生铜硫化物eq \(――→,\s\up8(氧化),\s\d16(淋滤))CuSO4(溶液)eq \(――→,\s\up8(ZnS),\s\d7(PbS))CuS(铜蓝)
有关化学方程式：
ZnS(s)＋CuSO4(aq)CuS(s)＋ZnSO4(aq)，
PbS(s)＋CuSO4(aq)CuS(s)＋PbSO4(s)。
(3)工业废水处理
工业废水处理过程中，重金属离子可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。
用FeS除去Hg2＋的离子方程式：
FeS(s)＋Hg2＋HgS(s)＋Fe2＋。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)沉淀的转化只能由难溶的转化为更难溶的(×)
(2)向AgCl沉淀中加入KI溶液，由白色沉淀转变成黄色沉淀，是由于Ksp(AgI)(3)可用FeS除去废水中的Hg2＋、Ag＋等，是因为HgS、Ag2S比FeS更难溶(√)
(4)验证Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2，可将FeCl3溶液加入Mg(OH)2悬浊液中，振荡，可观察到沉淀由白色变为红褐色(√)
(5)溶解度小的沉淀不能转化为溶解度比其大的沉淀(×)
Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力，对于同一难溶电解质来说，Ksp只与温度有关。利用Ksp分离或除去溶液中某种离子，在生产、科研和环保等领域具有广泛的应用。
[问题1] 沉淀开始时pH的计算：
已知25 ℃时，Ksp[Cu(OH)2]＝2.0×10－20，计算向2 ml·L－1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液至pH是多少时，才开始生成Cu(OH)2沉淀？(忽略溶液体积变化)
[提示] Ksp[Cu(OH)2]＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝2×c2(OH－)＝2.0×10－20，c(OH－)＝10－10 ml·L－1，c(H＋)＝eq \f(Kw,cOH－)＝eq \f(1×10－14,10－10)＝10－4 ml·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝－lg 10－4＝4。
[问题2] 沉淀完全时pH的计算：
已知25 ℃时，Ksp[Zn(OH)2]＝1.0×10－17，计算向0.1 ml·L－1 ZnCl2溶液中加入氢氧化钠稀溶液至pH是多少时，溶液中Zn2＋沉淀完全？(忽略溶液体积变化)
[提示] Ksp[Zn(OH)2]＝c(Zn2＋)·c2(OH－)＝10－5×c2(OH－)＝1.0×10－17，c(OH－)＝10－6 ml·L－1，c(H＋)＝eq \f(Kw,cOH－)＝eq \f(10－14,10－6)＝10－8，pH＝－lg c(H＋)＝－lg 10－8＝8。
溶度积的应用
(1)比较难溶电解质在水中的溶解能力
①对于相同类型的难溶电解质，Ksp越大，在水中的溶解能力越强。
②对于不同类型的难溶电解质，Ksp差距不大时Ksp不能直接作为比较依据。如25 ℃时，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp[Mg(OH)2]＝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。
(2)计算饱和溶液中某种离子的浓度
如已知25 ℃时，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，可根据Ksp(AgCl)＝c(Ag＋)·c(Cl－)＝1.8×10－10计算AgCl饱和溶液中的c(Ag＋)或c(Cl－)。
(3)判断给定条件下沉淀能否生成或溶解
比较溶度积Ksp与溶液中有关离子的浓度幂之积Qc(离子积)的相对大小。
①Qc＞Ksp，溶液过饱和，有沉淀析出；
②Qc＝Ksp，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态；
③Qc＜Ksp，溶液未饱和，无沉淀析出。
注意：(1)离子积Qc与溶度积Ksp的表达式相同，但意义不同。Qc表达式中离子浓度是任意时刻的，所以其数值不定；但对某一难溶电解质，在一定温度下，Ksp为定值。
(2)Ksp与物质的量浓度无关；与温度有关。
1．Cu(OH)2在水中存在着如下沉淀溶解平衡：Cu(OH)2(s)Cu2＋(aq)＋2OH－(aq)，在常温下，Ksp＝2×10－20。某CuSO4溶液中，c(Cu2＋)＝0.02 ml·L－1，在常温下如果要生成Cu(OH)2沉淀，需要向CuSO4溶液加入碱来调节pH，使溶液的pH大于( )
A．2 B．3 C．4 D．5
D [在常温下如果要生成Cu(OH)2沉淀，则Qc＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＞Ksp[Cu(OH)2]＝2×10－20，所以c2(OH－)＞eq \f(2×10－20,0.02)，c(OH－)＞10－9 ml·L－1，故应调节pH大于5。]
2．已知Ksp(AgCl)＝1.56×10－10，Ksp(AgBr)＝7.7×10－13，Ksp(Ag2CrO4)＝9.0×10－12。某溶液中含有Cl－、Br－和CrOeq \\al(2－,4)，浓度均为0.010 ml·L－1，向该溶液中逐滴加入0.010 ml·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－、CrOeq \\al(2－,4) B．CrOeq \\al(2－,4)、Br－、Cl－
C．Br－、Cl－、CrOeq \\al(2－,4) D．Br－、CrOeq \\al(2－,4)、Cl－
C [要产生AgCl沉淀，c(Ag＋)＞eq \f(1.56×10－10,0.010) ml·L－1＝1.56×10－8 ml·L－1；
要产生AgBr沉淀，c(Ag＋)＞eq \f(7.7×10－13,0.010) ml·L－1＝7.7×10－11 ml·L－1；
要产生Ag2CrO4，需c2(Ag＋)·c(CrOeq \\al(2－,4))＞Ksp(Ag2CrO4)＝9.0×10－12，
即c(Ag＋)＞eq \r(\f(9.0×10－12,0.010)) ml·L－1＝3.0×10－5 ml·L－1；显然产生沉淀的顺序为Br－、Cl－、CrOeq \\al(2－,4)。]
1．下列对沉淀溶解平衡的描述正确的是( )
A．反应开始时，溶液中各离子浓度相等
B．沉淀溶解达到平衡时，沉淀的速率和溶解的速率相等
C．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
D．沉淀溶解达到平衡时，如果再加入难溶性的该沉淀物，将促进溶解
B [A项，反应开始时，各离子的浓度没有必然的关系；C项，沉淀溶解达到平衡时，溶液中溶质的离子浓度保持不变，但不一定相等；D项，沉淀溶解达到平衡时，如果再加入难溶性的该沉淀物，由于固体的浓度为常数，且溶液已达饱和故平衡不发生移动。]
2．下列有关溶度积常数Ksp的说法正确的是( )
A．常温下，向BaCO3饱和溶液中加入Na2CO3固体，BaCO3的Ksp减小
B．溶度积常数Ksp只受温度影响，温度升高Ksp一定减小
C．溶度积常数Ksp只受温度影响，温度升高Ksp一定增大
D．常温下，向Mg(OH)2饱和溶液中加入NaOH固体，Mg(OH)2的Ksp不变
D [温度不变，溶度积常数不变，故A项不正确，D项正确；大多数的难溶物随温度升高，Ksp增大，但也有少数物质相反，如Ca(OH)2，故B、C项均不正确。]
3．已知在Ca3(PO4)2饱和溶液中，c(Ca2＋)＝2.0×10－6 ml·L－1，c(POeq \\al(3－,4))＝1.58×10－6 ml·L－1，则Ca3(PO4)2的 Ksp为( )
A．2.0×10－29 B．3.2×10－12
C．6.3×10－18 D．5.1×10－27
A [Ca3(PO4)2的饱和溶液中存在溶解平衡：Ca3(PO4)2(s)3Ca2＋＋2POeq \\al(3－,4)，c(Ca2＋)＝2.0×10－6 ml·L－1，c(POeq \\al(3－,4))＝1.58×10－6 ml·L－1，则Ca3(PO4)2的Ksp＝(2.0×10－6)3×(1.58×10－6)2≈2.0×10－29，A项正确。]
4．T ℃时，Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20，Ksp[Fe(OH)3]＝1.1×10－38。此温度下要除去CuCl2溶液中的少量FeCl3，可以边搅拌边加入一种试剂，这种试剂是( )
A．CuO B．NaOH溶液
C．氨水 D．CuSO4溶液
A [根据溶度积常数可知氢氧化铜的溶度积大于氢氧化铁的溶度积，因此要除去混在CuCl2溶液中的FeCl3，可加入氢氧化铜粉末，CuO或CuCO3，通过调节溶液的pH，促进铁离子水解生成氢氧化铁沉淀而除去，且不引入新的杂质，本题选A。]
5．现进行下列实验：
(1)将0.1 ml/L AgNO3溶液和0.1 ml/L NaCl溶液等体积混合，得到悬浊液a，将悬浊液a过滤，得到滤液b和白色沉淀c。
(2)向滤液b中滴加0.1 ml/L KI溶液，滤液出现浑浊。
(3)向沉淀c中滴加0.1 ml/L KI溶液，沉淀变为黄色。
下列关于上述实验的分析错误的是( )
A．悬浊液a中存在沉淀溶解平衡：AgCl(s)Ag＋＋Cl－
B．滤液b中不含Ag＋
C．实验(3)表明AgCl转化为AgI
D．实验可以证明AgI的Ksp比AgCl的小
[答案] B
学 习 任 务
1．通过知道难溶电解质的沉淀溶解平衡及其影响因素，能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质，培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。
2．通过知道溶度积的意义，建立根据溶度积和离子积的大小关系判断反应进行方向的思维模型，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
3．通过学会用沉淀溶解平衡的移动解决生产、生活中的实际问题，并设计实验探究方案，进行沉淀转化等实验探究，培养科学探究与创新意识的化学核心素养。
条件改变
移动方向
c(Mg2＋)
c(OH－)
加水
正向移动
不变
不变
升温
正向移动
增大
增大
加MgCl2(s)
逆向移动
增大
减小
加盐酸
正向移动
增大
减小
加NaOH(s)
逆向移动
减小
增大
实验操作
实验现象
有白色沉淀析出
白色沉淀转化为黄色沉淀
黄色沉淀转化为黑色沉淀
化学方程式
NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3
AgCl＋KI===
AgI＋KCl
2AgI＋Na2S
===
Ag2S＋2NaI
溶度积的计算及应用