3.4-沉淀溶解平衡教学案解析

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，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)溶解沉淀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0.01 g的电解质称为难溶电解质。对于常量的化学反应来说，0.01 g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1105 molL1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)Kspc(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溶解：QcKsp，溶液过饱和，有沉淀析出；QcKsp，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态；Qc1.81010 mol2L2Ksp，故有AgCl沉淀析出。5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BAgCl的Ksp1.81010 mol2L2，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1.81010 mol2L2C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1.81010 mol2L2，故B项叙述错误；当QcKsp，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()20 mL 0.01 molL1 KCl；30 mL 0.02 molL1 CaCl2溶液；40 mL 0.03 molL1 HCl溶液；10 mL蒸馏水；50 mL 0.05 molL1 AgNO3溶液ABCD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)0.01 molL1；c(Cl)0.04 molL1；c(Cl)0.03 molL1；c(Cl)0 molL1；c(Ag)0.05 molL1。Ag或Cl浓度由小到大的排列顺序：。练基础落实125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D2CaCO3在下列哪种液体中，溶解度最大()AH2O BNa2CO3溶液 CCaCl2溶液 D乙醇答案A解析在B、C选项的溶液中，分别含有CO、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。4AgCl和Ag2CrO4的溶度积分别为1.81010 mol2L2和2.01012 mol3L3，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()AAgCl和Ag2CrO4的溶解度相等BAgCl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Ka3.6104 molL1，CaF2的Ksp1.461010 mol2L2。向1 L 0.1 molL1的HF溶液中加入11.1 g CaCl2，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。0.1 molL1的HF溶液中c(HF)0.1 molL1，因此，c2(F)c(H)c(F)3.6104 molL10.1 molL13.6105 mol2L2，又c(Ca2)11.1 g111 g/mol1 L0.1 molL1，c2(F)c(Ca2)3.6106Ksp，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2.0105 mol3L3，将适量Ag2SO4固体溶于100 mL水中至刚好饱和，该过程中Ag和SO浓度随时间变化关系如图所示饱和Ag2SO4溶液中c(Ag)0.034 molL1。若t1时刻在上述体系中加入100 mL 0.020 molL1 Na2SO4溶液，下列示意图中，能正确表示t1时刻后Ag和SO浓度随时间变化关系的是()答案B解析已知Ag2SO4的Ksp2.0105 mol3L3c(Ag)2c(SO)，则饱和溶液中c(SO) molL10.017 molL1，当加入100 mL 0.020 molL1 Na2SO4溶液时，c(SO)0.018 5 molL1，c(Ag)0.017 molL1(此时Q cKsp(MgF2)，则会产生MgF2沉淀，D错误。8Mg(OH)2难溶于水，但它溶解的部分全部电离。室温下时，饱和Mg(OH)2溶液的pH11，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1.0 gcm3)答案0.002 9 g解析根据Mg(OH)2(s)Mg2(aq)2OH(aq)，c(OH)103 molL1，则1 L Mg(OH)2溶液中，溶解的nMg(OH)21 L103 molL15104 mol，其质量为58 gmol15104 mol0.029 g，再根据可求出S0.002 9 g。凡是此类题都是设溶液的体积为1 L，根据1 L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/molL1)如下图。(1)pH3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_。A1 B4左右 C6(3)在Ni(OH)2溶液中含有少量的Co2杂质，_(填“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FeSMnSCuSPbSHgSZnSKsp6.310182.510131.310363.410286.410531.61024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)ANaOH BFeS CNa2S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)24NH3H2O=Cu(NH3)422OH4H2O(5)B解析(1)据图知pH45时，Cu2开始沉淀为Cu(OH)2，因此pH3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，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)24NH3H2O=Cu(NH3)422OH4H2O。(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，使其溶解于水，再加入氨水调节pH至78，可使Fe3转变为Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下：Fe33NH3H2O=Fe(OH)33NH。(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：Cu2S2=CuS，Cu2H2S=CuS2H，Hg2S2=HgS，Hg2H2S=HgS2H。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AgNO3NaCl=AgClNaNO3AgClKI=AgIKCl2AgINa2S=Ag2S2NaI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化学方程式MgCl22NaOH=Mg(OH)22NaCl3Mg(OH)22FeCl3=2Fe(OH)33MgCl2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)CaCO3Ca2(aq)其反应方程式是CaSO4Na2CO3CaCO3Na2SO4，CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2。(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)。其反应如下：CuSO4ZnS=CuSZnSO4，CuSO4PbS=CuSPbSO4。知识点一沉淀的生成1在含有浓度均为0.01 molL1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()AAgCl、AgBr、AgI BAgI、AgBr、AgClCAgBr、AgCl、AgI D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()ANaOH BNa2CO3 C氨水 DMgO答案D解析要除FeCl3实际上是除去Fe3，由于pH3.7时，Fe3完全生成Fe(OH)3，而pH11.1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/g1.031041.811071.841014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5 mL 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，根据上述变化过程，分析此三种沉淀物的溶解度关系为()AAgClAgIAg2S BAgClAgIAgIAg2S DAgIAgClAg2S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：Ksp6.31018 mol2L2；CuS：Ksp6.31036 mol2L2。下列说法正确的是()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FeSD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、CdSD溶解度小于CuS、PbS、CdS答案C2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()AMgCl2 BNaOH CMgSO4 DNaHSO4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)21.21011 mol3L3，Ksp(AgCl)1.81010 mol2L2，Ksp(Ag2CrO4)1.91012 mol3L3，Ksp(CH3COOAg)2.3103 molL2。下列叙述正确的是()A等体积混合浓度均为0.2 mol/L的AgNO3溶液和CH3COONa溶液一定产生CH3COOAg沉淀B将0.001 mol/L的AgNO3溶液滴入0.001 mol/L的KCl和0.001 mol/L的K2CrO4溶液中先产生Ag2CrO4沉淀C在Mg2为0.121 mol/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C4已知下表数据：物质Fe(OH)2Cu(OH)2Fe(OH)3Ksp/25 8.01016 mol3L32.21020 mol3L34.01038 mol4L4完全沉淀时的pH范围9.66.434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34后过滤，可获得纯净的CuSO4溶液在pH5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)6.8106 mol2L2，KspMg(OH)25.61012 mol3L3)ACaO、MgO BCaCO3、MgCO3CCaCO3、Mg(OH)2 DCaCO3、MgO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)2CaCO3CO2H2O，Mg(HCO3)2MgCO3CO2H2O，生成的MgCO3在水中建立起平衡：MgCO3(s)Mg2(aq)CO(aq)，而CO发生水解反应：COH2OHCOOH，使水中的OH浓度增大，由于KspMg(OH)2c(Ba2)c(SO)，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)Kspc(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)2Ksp2.8109 mol2L29.1106 mol2L26.8106 mol2L21.81012 mol3L3实验步骤如下：往100 mL 0.1 molL1的CaCl2溶液中加入100 mL 0.1 molL1的Na2SO4溶液，立即有白色沉淀生成。向上述悬浊液中加入固体Na2CO3 3 g，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：_。答案(1)大(2)Na2CO3Ca