1、第第 3 节节 沉淀溶解平衡沉淀溶解平衡 目标导航 预习导引 学 习 目 标 1.了解难溶电解质在水中的溶解情况。 2.理解难溶电解质在水中的沉淀溶解平衡特点,掌握溶度积 Ksp的概念及其与物质溶解性的关系。 3.掌握运用浓度商和平衡常数来分析沉淀的溶解、生成和沉 淀的转化。 4.掌握简单的利用 Ksp的表达式,计算溶液中相关离子的浓 度。 5.了解沉淀溶解平衡在生产、生活中的应用 学 习 要 点 1.能定性地描述沉淀溶解平衡,知道沉淀转化的本质,建立难 溶不等于不溶的观念。 2.了解难溶物在水中的溶解情况,认识沉淀溶解平衡的建立 过程。 3.利用溶度积定性地判断单一溶质的溶液中沉淀的生成、转
2、 化和溶解。 4.利用沉淀溶解平衡解释、解决生活中的问题 目标导航 预习导引 一 二 一、沉淀溶解平衡与溶度积 1.在教材P90“观察 思考”实验中,滴加KI溶液后,在上层清液中出 现黄色沉淀,说明上层清液中有Pb2+存在。研究表明,尽管碘化铅固 体难溶于水,但是仍有部分Pb2+和I-离开固体表面进入溶液,同时进 入溶液的Pb2+和I-又会在固体表面沉积下来。当这两个过程的速率 相等时,Pb2+和I-的沉积与碘化铅固体的溶解达到平衡状态,固体的 量就不再减少,得到碘化铅的饱和溶液。我们把这种平衡状态叫做 沉淀溶解平衡,其平衡常数叫做溶度积常数或溶度积,通常用Ksp表 示。PbI2(s) Pb2
3、+(aq)+2I-(aq) Ksp=Pb2+I-2=7.110-9 mol3 L-3。 目标导航 预习导引 一 二 2.与其他化学平衡常数一样,Ksp只与难溶电解质的性质和温度有 关,而与沉淀的量无关,并且溶液中离子浓度的变化只能使平衡移 动,并不改变溶度积。Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。 对于化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同的电解质,Ksp 的数值越大,电解质在水中的溶解能力越强。 目标导航 一 二 预习导引 二、沉淀溶解平衡的应用 1.沉淀的溶解与生成 (1)沉淀溶解平衡原理与化学平衡原理相同,可以通过比较浓度商 Q与溶度积Ksp的大小来确定沉淀的溶解和生成。当QKsp时
4、,溶液 中的离子生成沉淀,直到沉淀的生成与沉淀的溶解达到平衡。当 Q=Ksp时,沉淀的溶解与离子生成沉淀的速率相等,沉淀的量不再增 加,也不再减少,沉淀溶解与离子生成沉淀处于平衡状态。当 QKsp), 以达到除去这些离子的目的。以Hg2+为例,沉淀转化反应为 FeS(s)+Hg2+(aq) HgS(s)+Fe2+(aq)。 小结:沉淀的转化是一种难溶电解质转化为另一种难溶电解质的 过程,沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。溶液中哪一种物质 的离子浓度幂指数之积先达到溶度积,哪一种物质则先沉淀。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 一、沉淀溶解平衡 活动与探究 (1)在装有少量难溶PbI2黄色固
5、体的试管中,加入约3 mL蒸馏水, 充分振荡后静置,观察现象。 (2)待上层溶液澄清后,向其中滴入几滴0.1 mol L-1的KI溶液,观察 现象。 (3)你能解释刚才的实验现象吗? (4)当沉淀的质量不再发生变化时,溶解停止了吗? 问题导学 即时检测 一 二 三 四 答案：(1)过一段时间后,发现试管底部仍有少量黄色沉淀,上层 是澄清的溶液。 (2)向上层澄清的溶液中滴入几滴0.1 mol L-1的KI溶液,澄清的溶 液中出现黄色沉淀。 (3)难溶是相对的,难溶电解质PbI2中加入蒸馏水,水中存在铅离子 和碘离子,上层澄清的溶液是碘化铅的饱和溶液。 (4)应该没有停止,沉淀继续溶解,溶液中的
6、离子也继续结合生成 沉淀。铅离子和碘离子离开固体表面进入溶液,同时溶液中的铅离 子和碘离子又会在固体表面沉积下来。当二者速率相等时,离子浓 度、固体的质量都不再发生变化,从而建立一个动态的沉淀溶解平 衡。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移与应用 例1在有固态CaCO3存在的饱和溶液中,存在着如下平 衡 ,加入下列溶液能使CaCO3质量 增加的是( ) (导学号52160071) A.CaCl2溶液 B.KNO3溶液 C.NH4Cl溶液 D.NaCl溶液 CaCO3(s)Ca2+(aq)+CO3 2-(aq) 解析：加入 KNO3溶液和 NaCl 溶液相当于加入了 H2O,使平衡 向右移
7、动,使 CaCO3质量减少;加入 NH4Cl 溶液,由于 NH4 +水解显酸 性,消耗了 CO3 2-,使平衡向右移动,促进了 CaCO3 的溶解使其质量减 少;而加入 CaCl2溶液,增大了钙离子的浓度,使平衡左移,使 CaCO3 质量增加。 答案：A 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移训练1下列关于沉淀溶解平衡的说法中不正确的是( ) A.难溶电解质在水中存在沉淀溶解平衡,且是一种动态平衡 B.Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,而与沉淀的量和溶液中 离子的浓度无关 C.Ksp反映了物质在水中的溶解能力,可直接根据Ksp的数值大小 比较电解质在水中的溶解能力大小 D.可通过Q和Ks
8、p的相对大小,来判断沉淀溶解平衡的移动方向 答案：C 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移训练2下列说法正确的是( ) A.在一定温度下的AgCl水溶液中,Ag+和Cl-浓度的乘积是一个常 数 B.AgCl的Ksp=1.810-10 mol2 L-2,在任何含AgCl固体的溶液 中,Ag+=Cl-,且Ag+和Cl-浓度的乘积等于1.810-10 mol2 L-2 C.温度一定时,在AgCl饱和溶液中,Ag+和Cl-浓度的乘积是一个常 数 D.向饱和AgCl溶液中加入盐酸,Ksp变大 答案：C 问题导学 即时检测 一 二 三 四 影响沉淀溶解平衡的外界因素: 浓度:加水稀释,平衡向溶解的方向
9、移动,但Ksp不变。 温度:绝大多数难溶盐的溶解是吸热,升高温度,平衡向溶解的 方向移动。 同离子效应:向平衡体系中加入与沉淀所含离子相同的离子, 使平衡向沉淀方向移动。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 二、溶度积与沉淀的生成 活动与探究 你能够根据溶度积常数Ksp与浓度商Q的关系解释一下为什么向 溶有PbI2黄色固体试管的上层清液中滴入几滴0.1 mol L-1的KI溶液, 澄清的溶液中会出现黄色沉淀吗? 答案：若QKsp为过饱和溶液,体系中有沉淀生成。 加入KI前,体系中的PbI2已经达到沉淀溶解平衡,向上层清液滴入 KI溶液,溶液中I-增大,使QKsp,平衡左移,因此又有沉淀产生。
10、思考与交流 你能够写出AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq)的溶度积表达式吗? 答案：溶度积Ksp=An+mBm-n 问题导学 即时检测 一 二 三 四 Ksp的意义:Ksp反映了物质在水中的溶解能力。 Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关。溶液中离子浓度的变 化只能使平衡移动,并不改变溶度积。 对于阴、阳离子个数比相同的电解质,Ksp的数值越大,电解质 在水中的溶解能力越强。 在难溶电解质的溶液中,如果有关离子浓度的乘积(以Q表示) 大于该难溶物的Ksp,就会生成沉淀。为使沉淀更完全,必须创造条 件,促进平衡向生成沉淀的方向移动,常用的方法是加沉淀剂使 QKsp,析出沉淀。 问题
11、导学 即时检测 一 二 三 四 三、沉淀的溶解 活动与探究 已知钡离子是一种有毒的重金属离子,当人体中的钡离子浓度达 到210-3 mol L-1时,就会对健康产生危害。请你利用沉淀溶解平 衡的相关知识分析:碳酸钡、硫酸钡均为难溶盐,为什么不用碳酸 钡做钡餐?(已知胃液为酸性,pH约为0.91.5) 答案：BaCO3(s)Ba2+(aq)+CO3 2-(aq)。胃液为酸性,CO32-+H+ HCO3 - ,HCO3 - +H+H2O+CO2,使 CO3 2-浓度减小,破坏了 BaCO3的溶解平衡,使上述平衡向 BaCO3溶解的方向移动,产生大量 对人体有害的 Ba2+,所以碳酸钡不能做钡餐。
12、问题导学 即时检测 一 二 三 四 思考与交流 试利用平衡移动原理解释下列事实: (1)FeS不溶于水,但能溶于稀盐酸中。 (2)分别用等体积的蒸馏水和0.010 mol L-1稀硫酸洗涤BaSO4沉淀, 用水洗涤造成BaSO4的损失量大于用稀硫酸洗涤的损失量。 解析：平衡移动原理也适用于溶解平衡,如果促进难溶物质的溶 解平衡右移,则固体逐渐溶解;如果促进难溶物质的溶解平衡左移, 则有固体生成或固体不溶解。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 答案：(1)FeS(s)Fe2+(aq)+S2-(aq),加入稀盐酸后,S2-+2H+ H2S,破坏了 FeS 的溶解平衡,使上述平衡向 FeS 溶解的
13、方向移动, 故 FeS 溶解。 (2)BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO4 2-(aq),用水洗涤使 BaSO4 的溶解平衡 向 BaSO4溶解的方向移动,造成 BaSO4的损失;而用稀硫酸洗 涤,H2SO42H+SO4 2-,SO42-的存在抑制了 BaSO4 的溶解,故 BaSO4 损失量少。 在难溶电解质饱和溶液中加入适当试剂,使之与组成沉淀的一种 离子结合成另一类化合物,从而使之溶解。具体办法可采用酸碱溶 解法、氧化还原溶解法以及沉淀转化溶解法等。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 四、沉淀的转化 活动与探究 (1)在一支试管中加入2 mL 0.1 mol L-1 ZnSO4溶液
14、,再滴入1 mol L-1 Na2S溶液,观察现象。 (2)静置后倒去上层清液,用蒸馏水洗涤沉淀23次。 (3)向沉淀中滴加适量0.1 mol L-1 CuSO4溶液,振荡试管,观察实验 现象。 请用沉淀溶解平衡的原理进行解释。 答案：现象依次是生成白色沉淀、沉淀变成黑色,说明ZnS沉淀 转化成了CuS沉淀。ZnS的溶解度比CuS的溶解度大,从而平衡向生 成CuS沉淀的方向移动,破坏了ZnS的沉淀溶解平衡,使ZnS沉淀不 断溶解。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移与应用 例2海水中含有大量的元素,常量元素如氯、微量元素如碘在海 水中均以化合态存在。25 下,向0.1 mol L-1的N
15、aCl溶液中逐滴加 入适量的0.1 mol L-1硝酸银溶液,有白色沉淀生成。从沉淀溶解平 衡的角度解释产生沉淀的原因是 ,向反应后的浊液中,继续加 入适量0.1 mol L-1的NaI溶液,振荡、静置,看到的现象是 ,产生 该现象的原因是(用离子方程式表示) 。 (导学号52160072) 已知25 时Ksp(AgCl)=1.810-10 mol2 L-2,Ksp(AgI)=1.510-16 mol2 L-2 解析：Q=Ag+Cl-Ksp(AgCl),所以有沉淀析出。由于 Ksp(AgI)Ksp(AgCl) 白色沉淀转化为黄色沉淀 AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq)
16、问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移训练3某学习小组欲探究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: 往100 mL 0.1 mol L-1的CaCl2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。 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。 再加入蒸馏水搅拌,静置,沉淀后再弃去上层清液。 。 难溶电解质 CaCO3 CaSO4 Ksp/mol2 L-2 2.8 10-9 9.1 10-6 问题导学 即时检测 一 二 三 四 (1)由题中信息Ksp越大,表
17、示电解质的溶解度越 (填“大” 或“小”)。 (2)写出第步发生反应的化学方程式: 。 (3)设计第步的目的是 。 (4)请补充第步操作及发生的现象: 。 (5)请写出该转化在实际生活、生产中的一个应用: 。 解析：CaCO3和 CaSO4中阴、阳离子个数比相同,由 Ksp大小可 知其溶解度大小,在硫酸钙的悬浊液中存在着:CaSO4(s) Ca2+(aq)+SO4 2-(aq),而加入 Na2CO3 后,溶液中 CO3 2-浓度较大,而 CaCO3的 Ksp较小,故 CO3 2-与 Ca2+结合生成沉淀,即 CO32-+Ca2+ CaCO3。既然是探究性实验,必须验证所推测结果的正确性,故设
18、计了步操作,即验证所得固体是否为碳酸钙。然后联系生活实 际除去锅炉水垢,即可解答(5)小题。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 答案：(1)大 (2)Na2CO3(aq)+CaSO4(s) Na2SO4(aq)+CaCO3(s) (3)洗去沉淀中附着的 (4)向沉淀中加入足量的盐酸,沉淀完全溶解,有气泡冒出 (5)将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3,易于除去 SO4 2- 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移训练4重晶石(主要成分为BaSO4)是制备钡的化合物的重要 原料,由重晶石制备BaCl2的大致流程如下图。 请回答下列问题。 (1)由重晶石转化为BaCO3时,试剂a应用 ,该
19、步转化能够 实现的原因是 。 (2)操作所对应的具体操作是 。 (3)由BaCO3转化为BaCl2的过程中,加入的试剂b是 ,操作 是 。 重晶石BaCO3BaCl2 问题导学 即时检测 一 二 三 四 解析：(1)BaSO4+Na2CO3(饱和)BaCO3+Na2SO4,若要使 BaCO3沉淀,应使溶液中 c(Ba2+) c(CO3 2-)Ksp(BaCO3)。虽然 BaSO4 溶液中 c(Ba2+)很小,但可通过增大 c(CO3 2-)来达到目的,所以选用的 是饱和 Na2CO3溶液。 (2)多次重复移走上层清液。 (3)BaCO3+2HClBaCl2+CO2+H2O,所以试剂 b 为 H
20、Cl 溶液,从 BaCl2溶液中获得 BaCl2固体可采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤的 操作。 答案：(1)饱和Na2CO3溶液 (2)多次重复移走上层清液 (3)HCl溶液 蒸发浓缩、降温结晶、过滤 c(Ba2+) c(CO3 2-)K sp(BaCO3) 问题导学 即时检测 一 二 三 四 由一种沉淀转化为另一种沉淀的过程称为沉淀的转化。若难溶 电解质的类型相同,则Ksp较大的沉淀易于转化为Ksp较小的沉淀。 用此原理可以解释自然界的某些现象及在工业上用于废水处理、 物质制备等。 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 1.向AgCl饱和溶液中加水,下列叙述正确的是( ) A.AgCl的
21、溶解度增大 B.AgCl的溶解度、Ksp均不变 C.AgCl的Ksp增大 D.AgCl的溶解度、Ksp增大 解析：在一定温度和指定溶剂条件下,难溶盐的溶解度和溶度积 Ksp都为常数。 答案：B 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 2.实验:0.1 mol L-1 AgNO3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; 向滤液b中滴加0.1 mol L-1KI溶液,出现浑浊; 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)
22、B.滤液b中不含有Ag+ C.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：由及沉淀溶解平衡AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)可知A选 项正确、B选项错误;由及难溶沉淀可以转化为更难溶沉淀可知 C、D正确。 答案：B 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 3.CaF2的Ksp=5.310-9 mol3 L-3,在F-浓度为3.0 mol L-1的溶液中 Ca2+可能的最高浓度是( ) (导学号52160073) A.1.810-9 mol L-1 B.1.810-10 mol L-1 C.5.910-10 mol L-1 D.5.910-9
23、 mol L-1 解析：求 Ca2+可能的最高浓度,所在溶液必须是饱和溶液,则存在下 列关系式:Ksp=Ca2+F-2=5.3 10-9 mol3 L-3,Ca2+=sp(CaF2 ) F-2 = 5.310-9mol3 L-3 (3.0mol L-1)2 =5.910-10 mol L-1。 答案：C 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 4.(2016 课标全国乙,26 改编)在化学分析中采用 K2CrO4为指示剂, 以 AgNO3标准溶液滴定溶液中 Cl-,利用 Ag+与 CrO4 2-生成砖红色沉 淀,指示到达滴定终点。当溶液中 Cl-恰好沉淀完全(浓度等于 1.0 10-5 m
24、ol L-1)时,溶液中 c(Ag+)为 mol L-1,此时溶液中 c(CrO4 2-)等于 mol L-1。(已知 Ag2CrO4、AgCl 的 Ksp 分别 为 2.010-12和 2.0 10-10)。 解析：c(Ag+)=sp(AgCl) (Cl-) = 2.010-10 1.010-5 mol L-1=210-5 mol L-1 c(CrO4 2-)=sp(Ag2CrO4) 2(Ag+) = 2.010-12 (2.010-5)2 mol L -1=510-3 mol L-1。 答案：2.010-5 5.010-3 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 5.在有固态Mg(OH
25、)2存在的饱和溶液中,存在着如下平衡: (导学号 52160074) Mg(OH)2 Mg2+(aq)+2OH-(aq) 向该饱和溶液中分别加入固体CH3COONa、NH4Cl时,固体 Mg(OH)2的质量有什么变化? 解析：可运用平衡移动原理加以解释。加入固体 CH3COONa 使 Mg(OH)2固体的质量增加。理由是 CH3COONa 在溶液中水解 CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-,增大了 c(OH-),使 Mg(OH)2的 溶解平衡向着生成 Mg(OH)2的方向移动;加入 NH4Cl 固体使 Mg(OH)2固体的质量减小。理由是 NH4Cl 在溶液中电离出 NH4 +,NH4
26、+与 OH-发生反应:NH4+OH- NH3 H2O,减小了 c(OH-), 使 Mg(OH)2溶解平衡向着生成 Mg2+和 OH-的方向移动。 答案：加入固体CH3COONa使Mg(OH)2固体的质量增加;加入 NH4Cl固体使Mg(OH)2固体的质量减小。 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 6 6.AgCl的Ksp=1.8010-10 mol2 L-2,将0.001 mol L-1 NaCl和0.001 mol L-1 AgNO3溶液等体积混合,是否有AgCl沉淀生成? (导学号 52160075) 解析：此题根据Ksp和溶液中的c(Ag+) c(Cl-)相对大小来判断沉淀 溶解平衡进行的方向。Kspc(Ag+) c(Cl-),不产生沉淀。 Ksp=c(Ag+) c(Cl-),是沉淀溶解平衡状态。KspKsp,所以有AgCl沉淀生成。 答案：有AgCl沉淀生成。
