沉淀溶解平衡教学案

1 / 25 沉淀溶解平衡教学案 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址 第四单元沉淀溶解平衡 第 1 课时 沉淀溶解平衡原理 目标要求 1.能描述沉淀溶解平衡。 2.了解溶度积和离子积的关系，并由此学会判断反应进行的方向。 一、沉淀溶解平衡的建立 1生成沉淀的离子反应之所以能够发生的原因 生成沉淀的离子反应之所以能够发生，在于生成物的溶解度小。 尽管生成物的溶解度很小，但不会等于 0。 2溶解平衡的建立 以 Agcl溶解为例： 从固体溶解平衡的角度， Agcl在溶液中存在下述两个过程：一方面，在水分子作用下，少量 Ag和 cl脱离 Agcl的表面溶于水中；另一方面，溶液中的 Ag和 cl受 Agcl表面正、负离子的吸引，回到 Agcl的表面析出 沉淀。 溶解平衡：在一定温度下，当沉淀溶解和生成的速率相等时，2 / 25 即得到 Agcl的饱和溶液，如 Agcl沉淀体系中的溶解平衡可表示为 Agcl(s)cl (aq) Ag (aq)。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。 3生成难 溶电解质的离子反应的限度 不同电解质在水中的溶解度差别很大，例如 Agcl和 AgNo3；但难溶电解质与易溶电解质之间并无严格的界限，习惯上将溶解度小于的电解质称为难溶电解质。对于常量的化学反应来说，是很小的，因此一般情况下，相当量的离子互相反应生成难溶电解质，可以认为反应完全了。 化学上通常认为残留在溶液中的离子浓度小于 110 5molL 1 时，沉淀就达完全。 二、溶度积 1表达式 对于下列沉淀溶解平衡： mmAn(s) mmn (aq) nAm (aq) ksp c(mn )mc(Am )n。 2意义 ksp表示难溶电解质在溶液中的溶解能力。 3规则 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，可以判断在给定条件下沉淀能否生成或3 / 25 溶解： Qcksp，溶液过饱和，有沉淀析出； Qc ksp，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态； Qc 10 10mol2L 2 ksp，故有 Agcl沉淀析出。 5下列说法正确的是 ( ) 5 / 25 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 10 10mol2L 2，在任何含 Agcl固体的溶液中， c(Ag ) c(cl )且 Ag与 cl浓度的乘积等于 10 10mol2L 2 c温度一定时，当溶液中 Ag和 cl浓度的乘积等于 ksp值时，此溶液为 Agcl的饱和溶液 D向饱和 Agcl水溶液中加入盐酸， ksp值变大 答案 c 解析 在 Agcl的饱和溶液中， Ag和 cl浓度的乘积是一个常数，故 A 错；只有在饱和 Agcl 溶液中 c(Ag )c(cl )才等于 10 10mol2L 2，故 B项叙述错误；当 Qc ksp，则溶液为饱和溶液，故 c 项叙述正确；在 Agcl水溶液中加入 Hcl只会使溶解平衡发生移动，不会影响 ksp，所以 D 错。 6对于难溶盐 mX，其饱和溶液中 m和 X的物质的量浓度之间的关系类似于 c(H )c(oH ) kW，存在等式c(m )c(X ) ksp。一定温度下，将足量的 Agcl分别加入下列物质中， Agcl的溶解度由大到小的排列顺序是( ) L 1kcl； L 1cacl2 溶液； 6 / 25 L 1Hcl 溶液； 10mL蒸馏水； L 1AgNo3 溶液 A B c D 答案 B 解析 Agcl(s)Ag (aq) cl (aq) ， 由 于 c(Ag )c(cl ) ksp，溶液中 c(cl )或 c(Ag )越大，越能抑制 Agcl的溶解， Agcl的溶解度就越小。 Agcl 的溶解度大小只与溶液中 Ag或 cl的浓度有关，而与溶液的体积无关。 c(cl ) L 1； c(cl ) L 1； c(cl ) L 1； c(cl ) 0molL 1； c(Ag ) L 1。 Ag或 cl浓度由小到大的排列顺序： 。 练基础落实 1 25时，在含有大量 PbI2的饱和溶液中存在着平衡PbI2(s)Pb2 (aq) 2I (aq)，加入 kI 溶液，下列说法正7 / 25 确的是 ( ) A溶液中 Pb2和 I浓度都增大 B溶度积常数 ksp 增大 c沉淀溶解平衡不移动 D溶液中 Pb2浓度减小 答案 D 2 caco3在下列哪种液体中， 溶解度最大 ( ) A H2oB Na2co3 溶液 c cacl2溶液 D乙醇 答案 A 解析 在 B、 c 选项的溶液中，分别含有 co2 3、 ca2，会抑制 caco3的溶解，而 caco3在乙醇中是不溶的。 3下列说法正确的是 ( ) A溶度积就是溶解平衡时难溶电解质在溶液中的各离子浓度的乘积 B溶度积常数是不受任何条件影响的常数，简称溶度积 c可用离子积 Qc判断沉淀溶解平衡进行的方向 D所有物质的溶度积都是随温度的升高而增大的 答案 c 解析 溶 度积不是溶解平衡时难溶电解质在溶液中的各离子浓度的简单乘积，还与平衡式中化学计量数的幂指数有关，溶度积受温度的影响，不受离子浓度的影响。 4 Agcl和 Ag2cro4 的溶度积分别为 10 10mol2L8 / 25 2 和 10 12mol3L 3，若用难溶盐在溶液中的浓度来表示其溶解度，则下面的叙述中正确的是 ( ) A Agcl和 Ag2cro4 的溶解度相等 B Agcl的溶解度大于 Ag2cro4的溶解度 c两者类型不同，不能由 ksp 的大小直接判断溶解能力的大小 D都是难溶盐， 溶解度无意义 答案 c 解析 Agcl 和 Ag2cro4 阴、阳离子比类型不同，不能直接利用 ksp来比较二者溶解能力的大小，所以只有 c 对；其余三项叙述均错误。比较溶解度大小，若用溶度积必须是同类型，否则不能比较。 5已知 HF 的 ka 10 4molL 1， caF2的 ksp 10 10mol2L 2。向 L 1 的 HF 溶液中加入，下列有关说法正确的是 ( ) A通过计算得知， HF与 cacl2反应生成白色沉淀 B通过计算得知， HF与 cacl2不反应 c因为 HF是弱酸， HF与 cacl2不反应 D如果升高温度， HF 的 ka、 caF2 的 ksp 可能增大，也可能减小 答案 A 解析 该题可采用估算法。 L 1 的 HF溶液中 c(HF)9 / 25 L 1，因此， c2(F ) c(H )c(F ) 10 4molL 1 L 1 10 5mol2L 2，又 c(ca2 ) 111g/mol 1LL 1， c2(F ) c(ca2 ) 10 6ksp，显然，A 是正确的； D 项， 由于 HF的电离是吸热的，升高温度， ka一定增大， D 错误。 练方法技巧 6. 已知 Ag2So4 的 ksp 为 10 5mol3L 3，将适量Ag2So4 固体溶于 100mL 水中至刚好饱和，该过程中 Ag和So2 4 浓度随时间变化关系如图所示 饱和 Ag2So4 溶液中c(Ag ) L 1。若 t1 时刻在上述体系中加入L 1Na2So4 溶液，下列示意图中，能正确表示 t1时刻后 Ag和 So2 4 浓度随时间变化关系的是 ( ) 答案 B 解析 已知 Ag2So4 的 ksp 10 5mol3L 3c(Ag )2c(So2 4)，则饱和溶液中 c(So2 4)kspcAg 2 10 52molL 1 L 1，当加入 L 1Na2So4 溶液时， c(So2 4) L 110 / 25 L 12 L 1， c(Ag ) L 1(此时Qcksp(mgF2)，则会产生 mgF2 沉淀， D 错误。 8 mg(oH)2 难溶于水，但它溶解的部分全部电离。室温下11 / 25 时，饱和 mg(oH)2 溶液的 pH 11，若不考虑 kW 的变化，则该温度下 mg(oH)2的溶解度是多少？ (溶液密度为 cm 3) 答案 解析 根据 mg(oH)2(s)mg2 (aq) 2oH (aq)， c(oH )10 3molL 1，则 1Lmg(oH)2 溶液中，溶解的nmg(oH)2 1L 12 10 3molL 1 5 104mol，其质量为 58gmol 1 5 10 4mol，再根据 S100g cm 3 可求出 S。 凡是此类题都是设溶液的体积为 1L，根据 1L溶液中溶解溶质的质量，计算溶解度。 练综合拓展 9金属氢氧化物在酸中溶解度不同，因此可以利用这一性质，控制溶液的 pH，以达到分离金属离子的目的。难溶金属的氢氧化物在不同 pH 下的溶解度 (S/molL 1)如下图。 (1)pH 3 时溶液中铜元素的主要存在形式是 _。 (2)若要除去 cucl2 溶液中的少量 Fe3，应该控制溶液的pH为 _。 A 1 B 4 左右 c 6 (3)在 Ni(oH)2 溶液中含有少量的 co2杂质， _(填12 / 25 “能”或“不能” )通过调节溶液 pH的方法来除去，理由是 _。 (4)要使氢氧化铜沉淀溶解，除了加入酸之外，还可以加入氨水，生成 cu(NH3)42，写出反应的离子方程式_。 (5)已知一些难溶物的溶度积常数如下表： 物质 FeSmnScuSPbSHgSZnS 10 10 10 10 10 10 24 某工业废水中含有 cu2、 Pb2、 Hg2，最适宜向此工业废水中加入过量的 _除去它们。 (选填序号 ) A NaoH B FeS c Na2S 答案 (1)cu2 (2)B (3)不能 co2和 Ni2沉淀的 pH范围相差太小 (4)cu(oH)2 4NH3H2o=cu(NH3)42 2oH4H2o (5)B 解析 (1)据图知 pH 4 5 时， cu2开始沉淀为 cu(oH)2，因此 pH 3 时，铜元素主要以 cu2形式存在。 (2)若要除去 cucl2溶液中的 Fe3，以保证 Fe3完全沉淀，13 / 25 而 cu2还未沉淀，据图知 pH应为 4 左右。 (3)据图知， co2和 Ni2沉淀的 pH 范围相差太小，无法通过调节溶液 pH 的方法除去 Ni(oH)2溶液中的 co2。 (4)据已知条件结合原子守恒即可写出离子方程式： cu(oH)2 4NH3H2o=cu(NH3)42 2oH4H2o。 (5)因为在 FeS、 cuS、 PbS、 HgS四种硫化物中只有 FeS的溶度积最大，且与其他三种物质的溶度积差别较大，因此应用沉淀的转化可除去废水中的 cu2、 Pb2、 Hg2，且因 FeS也难溶，不会引入新的杂质。 第 2 课时 沉淀溶解平衡原理的应用 目标要求 1.了解沉淀溶解平衡的应用。 2.知道沉淀转化的本质。 一、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14 / 25 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 3NH3H2o=Fe(oH)3 3NH 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。反 应如下： cu2 S2 =cuS， cu2 H2S=cuS 2H， Hg2 S2 =HgS， Hg2 H2S=HgS 2H。 二、沉淀的转化 1实验探究 (1)Ag的沉淀物的转化 实验步骤 实验现象有白色沉淀生成白色沉淀变为黄色黄色沉淀变为黑色 化学方程式 AgNo3 Nacl=Agcl NaNo3Agcl kI=AgI kcl2AgI Na2S=Ag2S 2NaI 实验结论溶解度小的沉淀可以转化成溶解度更小的沉淀 (2)mg(oH)2 与 Fe(oH)3 的转化 实验步骤 实验现象产生白色沉淀产生红褐色沉淀 15 / 25 化学方程式 mgcl2 2NaoH=mg(oH)2 2Nacl3mg(oH)22Fecl3=2Fe(oH)3 3mgcl2 实验结论 Fe(oH)3 比 mg(oH)2溶解度小 2.沉淀转化的方法 对于一些用酸或其他方法也不能溶解的沉淀，可以先将其转化为另一种用酸或其他方法能溶解的沉淀。 3沉淀转化的实质 沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。一般说来，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。 4沉淀转化的应用 沉淀的转化在科研和生产中具有重要的应用价值。 (1)锅炉除水垢 水垢 caSo4(s) Na2co3 溶液 caco3盐酸 ca2(aq) 其反应方程式是 caSo4 Na2co3caco3 Na2So4， caco32Hcl=cacl2 H2o co2。 (2)对一些自然现象的解释 在自然界也发生着溶解度小的矿物转化为溶解度更小的矿物的现象。例如，各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变成 cuSo4溶液，并向深 部渗透，遇到深层的闪锌矿 (ZnS)和方铅矿 (PbS)时，便慢慢地使之转变为铜蓝 (cuS)。 16 / 25 其反应如下： cuSo4 ZnS=cuS ZnSo4， cuSo4 PbS=cuS PbSo4。 知识点一 沉淀的生成 1在含有浓度均为 L 1的 cl、 Br、 I的溶液中，缓慢且少量的加入 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、 AgIB AgI、 AgBr、 Agcl c AgBr、 Agcl、 AgID三种沉淀同时析出 答案 B 解析 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，答案为 B。 2为除去 mgcl2 溶液中的 Fecl3，可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是 ( ) A NaoHB Na2co3c氨水 D mgo 答案 D 解析 要除 Fecl3 实际上是除去 Fe3，由于 pH时， Fe3完全生成 Fe(oH)3，而 pH时， mg2完全生成 mg(oH)2，所以应加碱性物质调 节 pH 使 Fe3形成 Fe(oH)3；又由于除杂不能引进新的杂质，所以选择 mgo。 3要使工业废水中的重金属 Pb2沉淀，可用硫酸盐、碳17 / 25 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： 化合物 PbSo4Pbco3PbS 溶解度 / 10 10 10 14 由上述数据可知，选用沉淀剂最好为 ( ) A硫化物 B硫酸盐 c碳酸盐 D以上沉淀剂均可 答案 A 解析 PbS的溶解度最小，沉淀最彻底，故选 A。 知识点二 沉淀的转化 4向 5mLNacl 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，根据上述变化过程，分析此三种沉淀物的溶解度关系为 ( ) A Agcl AgI Ag2SB AgclAgIAgIAg2SD AgIAgclAg2S 答案 c 解析 沉淀溶解平衡总是向更难溶的方向转化，由转化现象可知三种沉淀物的溶解度关系为 AgclAgIAg2S。 5已知如下物质的溶度积常数： FeS： ksp 1018mol2L 2； cuS： ksp 10 36mol2L 2。下列说法正确的是 ( ) 18 / 25 A同温度下， cuS的溶解度大于 FeS的溶解度 B同温度下，向饱和 FeS 溶液中加入少量 Na2S 固体后，ksp(FeS)变小 c向含有等物质的量的 Fecl2 和 cucl2 的混合溶液中逐滴加入 Na2S溶液，最先出现的沉淀是 FeS D除去工业废水中的 cu2，可以选用 FeS作沉淀剂 答案 D 解析 A 项由于 FeS的 ksp大，且 FeS与 cuS的 ksp 表达式是相同类型 的，因此 FeS的溶解度比 cuS大； D 项向含有 cu2的工业废水中加入 FeS， FeS会转化为更难溶的 cuS，可以用 FeS 作沉淀剂； B 项 ksp 不随浓度变化而变化，它只与温度有关； c 项先达到 cuS的 ksp，先出现 cuS沉淀。 练基础落实 1以 mno2为原料制得的 mncl2 溶液中常含有 cu2、Pb2、 cd2等金属离子，通过添加过量难溶电解质 mnS，可使这些金属离子形成硫化物沉淀而除去。根据上述实验事实，可推知 mnS具有的相关性质是 ( ) A具 有吸附性 B溶解度与 cuS、 PbS、 cdS等相同 c溶解度大于 cuS、 PbS、 cdS 19 / 25 D溶解度小于 cuS、 PbS、 cdS 答案 c 2当氢氧化镁固体在水中达到溶解平衡 mg(oH)2(s)mg2(aq) 2oH (aq)时，为使 mg(oH)2 固体的量减少，须加入少量的 ( ) A mgcl2B NaoHc mgSo4D NaHSo4 答案 D 解析 若使 mg(oH)2固体的量减小，应使 mg(oH)2 的溶解平衡右移，应减小 c(mg2 )或 c(oH )。答案为 D。 3已知常温下： kspmg(oH)2 10 11mol3L 3，ksp(Agcl) 10 10mol2L 2， ksp(Ag2cro4)10 12mol3L 3 ， ksp(cH3cooAg) 10 3molL 2。下列叙述正确的是 ( ) A等体积混合浓度均为 /L 的 AgNo3 溶液和 cH3cooNa 溶液一定产生 cH3cooAg 沉淀 B将 /L的 AgNo3 溶液滴入 /L 的 kcl和 /L的 k2cro4 溶液中先产生 Ag2cro4沉淀 c在 mg2为 /L的溶液中要产生 mg(oH)2沉淀，溶液的 pH至少要控制在 9 以上 D向饱和 Agcl水溶液中加入 Nacl 溶液， ksp(Agcl)变大 答案 c 20 / 25 4已知下表数据： 物质 Fe(oH)2cu(oH)2Fe(oH)3 ksp/25 10 16mol3L 10 20mol3L 10 38mol4L 4 完全沉淀时的 pH范围 4 对含等物质的量的 cuSo4、 FeSo4、 Fe2(So4)3 的混合溶液的说法，不正确的是 ( ) 向该混合溶液中逐滴加入 NaoH 溶液，最先看到红褐色沉淀 向该混合溶液中逐滴加入 NaoH 溶液，最先看到白色沉淀 向该混合溶液中加入适量氯水，并调节 pH 到 3 4后过滤，可获得纯净的 cuSo4溶液 在 pH 5的溶液中 Fe3不能大量存在 A B c D 答案 c 练方法技巧 5含有较多 ca2、 mg2和 Hco 3 的水称为暂时硬水，加热可除去 ca2、 mg2，使水变为软水。现有一锅炉厂使用这种水，试判断其水垢的主要成分为 ( ) (已知 ksp(mgco3) 10 6mol2L 2， kspmg(oH)2 10 12mol3L 3) A cao、 mgoB caco3、 mgco3 c caco3、 mg(oH)2D caco3、 mgo 21 / 25 答案 c 解析 考查沉淀转化的原理，加热暂时硬水，发生分解反应：ca(Hco3)2= caco3 co2 H2o， mg(Hco3)2= mgco3 co2 H2o，生成的 mgco3在水中建立起平衡：mgco3(s)mg2 (aq) co2 3(aq)，而 co2 3发生水解反应：co2 3 H2oHco 3 oH，使水中的 oH浓度增大，由于kspmg(oH)2c(Ba2 )c(So2 4)，此时是未饱和溶液，无沉淀析出， c 正确；该图象是 BaSo4 在某一确定温度下的平衡曲线，温度不变，溶度积不变， a 点和 c 点的 ksp相等， D 错。 练综合拓展 7已知难溶电解质在水溶液中存在溶解平衡： mmAn(s)mmn (aq) nAm (aq) ksp c(mn )mc(Am )n，称为溶度积。 某学习小组欲探究 caSo4沉淀转化为 caco3沉淀的可能性，查得如下资料： (25 ) 难溶 电 解质 caco3caSo4mgco3mg(oH)2 10 9 mol2L 10 6 mol2L 10 6 mol2L 10 12 mol3L 3 实验步骤如下： 往 L 1 的 cacl2 溶液中加入 L 1 的23 / 25 Na2So4 溶液，立即有白色沉淀生成。 向上述悬浊液中加入固体 Na2co33g，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。 _。 (1)由题中信息知 ksp 越大，表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： _ _。 24 / 25 答案 (1)大 (2)Na2co3 caSo4=Na2So4 caco3 (3)洗去沉