第三章 第三节沉淀溶解平衡2

第三节沉淀溶解平衡,已知牙齿表面有一层坚硬的牙釉质羟基磷酸钙Ca5(PO4)3(OH)，它对牙齿起到保护作用。使用含氟牙膏能生成更难溶且耐酸的氟磷酸钙Ca5(PO4)3F覆盖在牙齿表面，抵抗+的侵袭。,情景1：,第3节沉淀溶解平衡,1.加热可使天然水(硬水)中的Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2分解为CaCO3和MgCO3沉淀。但水垢的主要成分却是CaCO3和Mg(OH)2的混合物,你知道Mg(OH)2是怎样生成的吗？2.处理污水时，向其中加入FeS固体,以除去Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子，此过程发生了那些化学反应？,3.CaCO3、FeS、Mg(OH)2等盐和碱是难溶电解质，尽管难溶电解质难溶于水，但在水中也会建立一动态平衡。,溶解度的相对大小,不溶是相对的！,知识回顾,10,滴加KI溶液后,上层清液中出现黄色沉淀,说明上层清液中存在Pb2+离子.,上层清液中有I-吗？,如何检验I-的存在？,2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O,2HNO3(稀)+6HI=2NO+3I2+4H2O,取上层清液，滴加,PbI2在水中溶解平衡,尽管PbI2固体难溶于水，但仍有部分Pb2和I-离开固体表面进入溶液，同时进入溶液的Pb2和I-又会在固体表面沉淀下来，当这两个过程速率相等时，Pb2和I-的沉淀与PbI2固体的溶解达到平衡状态即达到沉淀溶解平衡状态.PbI2固体在水中的沉淀溶解平衡可表示为：,Ksp=Pb2+I-2=7.110-9mol3L-3,一定温度下，沉淀溶解成离子的速率等于离子重新结合成沉淀的速率，形成饱和溶液，固体质量和溶液中各离子的浓度保持不变的状态。,1、定义：,一、沉淀溶解平衡,PbI2(s),Pb2(aq)2I(aq),速率V,0,时间t,.,.,V溶,V结,t1,等,2、特征：,、定,、动,、变,2.影响沉淀溶解平衡的因素：,内因：难溶物质本身性质主要决定因素,CaCO3Ca2+CO32-,注：绝对不溶的电解质是没有的。同是难溶电解质，溶度积差别很大。易溶电解质做溶质时只要是饱和溶液也可存在溶解平衡。,2.影响沉淀溶解平衡的因素：,外因：（1）浓度（2）温度（3）同离子效应,加水，平衡向溶解方向移动,升温，多数平衡向溶解方向移动,向平衡体系中加入相同的离子使平衡向沉淀方向移动,（4）其他向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶物质或气体时，平衡正移,3.溶度积常数(Ksp),25时溶度积：,在一定温度下，难溶电解质在溶液中达到沉淀溶解平衡时，离子浓度保持不变。其离子浓度的化学计量数次方的乘积为一个常数，称之为溶度积常数,简称溶度积，用Ksp表示。,=7.110-9mol3L-3,Ksp=,Ksp值的大小只与难溶电解质本身的性质和温度有关，与浓度无关。,KPbI2=Pb2+I-2,例题1.有关AgCl沉淀的溶解平衡说法正确的是（）A.AgCl沉淀生成和沉淀溶解不断进行，但速率相等B.AgCl难溶于水，溶液中没有Ag+和Cl-C.升高温度，AgCl沉淀的溶解度增大D.向AgCl沉淀中加NaCl固体，AgCl沉淀的溶解度不变例题2.石灰乳中存在下列平衡：Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq),加入下列溶液，可使Ca(OH)2(s)减少的是（）A.Na2CO3溶液B.AlCl3溶液C.NaOH溶液D.CaCl2溶液,AC,AB,例题3.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，沉淀的速率与溶解的速率相等C沉淀溶解达到平衡时，溶液中离子的浓度相等且保持不变D沉淀溶解达到平衡时，如果再加入该沉淀物，将促进溶解,B,注：一般情况，温度越高，Ksp越大。对于阴阳离子个数比相同的难溶电解质，Ksp越小，溶解度越小，越难溶。,Ksp（BaSO4）=Ba2+SO42-单位：mol2L-2KspFe(OH)3=Fe3+OH-3单位：mol4L-4,练习：BaSO4、Fe(OH)3的溶度积表达式,与弱电解质的电离平衡常数做对比，Ksp的意义和影响因素,物质本身性质和温度,难溶物在水中的溶解能力,问题探究,（1）溶度积和溶解度都可以表示物质的溶解能力，请根据下表分析，溶度积与溶解度有什么关系？,溶解能力有：AgClAgBrAgI,问：AgCl、Mg(OH)2哪个更难溶？,解析：Ksp(AgCl)=Ag+Cl-=Ag+2=1.810-10mol2L-2Ag+=1.3410-5molL-1即AgCl的溶解浓度为：1.3410-5molL-1,KspMg(OH)2=Mg2+OH-2=4Mg2+3=5.610-12mol3L-3Mg2+=1.1210-4molL-1即Mg(OH)2的溶解浓度为：1.1210-4molL-1,可以看到：AgCl更难溶！,溶度积与溶解度的关系,溶解度用中学的表示法显然很麻烦，如:,BaSO4在25时的溶解度为0.000223g/100gH2O,HgS在25时的溶解度为0.0000013g/100gH2O,AgCl在25时的溶解度为0.000192g/100gH2O,一般情况下，建立溶解平衡时有：,1.AB型化合物AB(s)A+(aq)+B-(aq)平衡,但两者之间既有联系又有区别，可相互算。,2.AB2(A2B)型化合物AB2(s)A2+(aq)+2B-(aq),平衡,3.AB3型化合物AB3(s)A3+(aq)+3B-(aq),平衡,4.A3B2型化合物A3B2(s)3A2+2B3-,平衡,例1：比较CaSO4和BaSO4的溶解度,例2：比较Ag2CrO4和AgCl的溶解度,例3：在Cl-=0.1molL-1中AgCl的溶解度,s(AgCl)=/0.1=1.5610-9molL-1,(3)与溶液的浓度无关，S与溶液中的浓度有关,与弱电解质的电离平衡常数做对比，Ksp的意义和影响因素,物质本身性质和温度,难溶物在水中的溶解能力,注：一般情况，温度越高，Ka或Kb和Ksp越大。,练习：1下列说法正确的是：（）A.硫酸钡放入水中不导电，则硫酸钡是非电解质B.物质溶于水达到饱和时，溶解过程就停止了C.绝对不溶解的物质是不存在的D.某离子被沉淀完全是指该离子在溶液中的浓度为零2在有固态Mg(OH)2存在的饱和溶液中，存在如下平衡：Mg(OH)2(s)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的质量有何变化？,C,加入CH3COONa固体，CH3COO-水解得OH-，抑制Mg(OH)2溶解，Mg(OH)2质量增大,加入NH4Cl固体时，NH4+与溶液中OH-结合得NH3H2O，使Mg(OH)2溶解平衡正向移动，Mg(OH)2质量减少。,3将足量的AgCl分别放入：（1）5ml水，（2）10ml0.2molL-MgCl2溶液，（3）20ml0.5molL-NaCl溶液，（4）40ml0.1molL-盐酸中溶解至饱和，各溶液中Ag+浓度由大到小的顺序为：4常温下，在500ml0.011molL-的Ba(OH)2溶液中加入500ml0.01molL-的硫酸溶液生成沉淀。已知Ksp(BaSO4)=1.110-10mol2L-2（1）沉淀生成后溶液的PH=（2）沉淀生成后溶液中c(SO4)=,(1)(4)(2)(3)看Cl-浓度,解析：OH-,H+=1.010-11molL-1,溶液PH=11,设沉淀后SO42-浓度为x,则有：BaSO4Ba2+SO42-,510-4,x,Ksp(BaSO4)=510-4x=1.110-10mol2L-2,X=2.2x10-7molL-1,反应后余Ba2+=0.5（0.011-0.01）/1=510-4molL-1,5、溶度积规则：,（1）Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。同类型的难溶电解质，在同温度下，Ksp越大，溶解度越大；不同类型的难溶电解质，应通过计算才能进行比较。,（2）在一定温度下，通过比较任意状态离子积（Q）与溶度积（Ksp）的大小，判断难溶电解质沉淀溶解平衡进行的方向。当Q=Ksp时，当QKsp时，当QKsp时，,饱和溶液，已达到沉淀溶解平衡状态。,不饱和溶液，沉淀溶解，即反应向沉淀溶解的方向进行，直达平衡状态（饱和为止）。,离子生成沉淀，即反应向生成沉淀方向进行，直到平衡状态（饱和为止）。,问题探究,(2)将0.001mol/LNaCl溶液和0.001mol/LAgNO3溶液等体积混合,是否有AgCl沉淀生成?,QAg+Cl-,106mol2/L-2,0.001mol/L0.001mol/L,KSP,离子结合生成沉淀,(AgCl的KSP=1.81010mol2L-2),牙齿表面由一层硬的、组成为Ca5(PO4)3OH的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：Ca5(PO4)3OH（s）5Ca2+3PO43-+OH-进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是。,已知Ca5(PO4)3F(s)的溶解度比上面的矿化产物更小、质地更坚固。用离子方程表示当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因。,生成的有机酸能中和OH-，使平衡向脱矿方向移动，加速腐蚀牙齿.,交流研讨,珊瑚虫是海洋中的一种腔肠动物，它们可以从周围海水中获取Ca2+和HCO3-，经反应形成石灰石外壳：Ca2+2HCO3-CaCO3+CO2+H2O珊瑚周围的藻类植物的生长会促进碳酸钙的产生，对珊瑚的形成贡献很大。人口增长、人类大规模砍伐森林、燃烧煤和其他的化石燃料等因素，都会干扰珊瑚的生长，甚至造成珊瑚虫死亡。分析这些因素影响珊瑚生长的原因。,例已知25时BaSO4的溶解度为1.0510-5molL-1，试求该温度下BaSO4的标准溶度积常数。解：BaSO4为1-1型难溶强电解质，其标准溶度积常数为：,例已知25时，Mg(OH)2的标准溶度积常数为5.110-12，计算该温度下Mg(OH)2的溶解度。解：Mg(OH)2为2-1型难溶强电解质，溶解度为：,例25时，。试通过计算说明上述两种银盐中，哪一种在水中溶解度较大？解：AgCl为1-1型难溶强电解质，其溶解度为：Ag2CrO4为2-1型难溶强电解质，其溶解度为：因此Ag2CrO4在水中的溶解度比AgCl要大。,二、沉淀溶解平衡的应用,1、沉淀的生成（1）意义：在物质的检验、提纯及工厂废水的处理等方面有重要意义。（2）方法：A、调节PH法例：工业原料氯化铵中混有氯化铁，加氨水调PH值至78Fe3+3NH3H2O=Fe(OH)3+3NH4+B、加沉淀剂法如:沉淀Cu2+、Hg2+等，以Na2S、H2S做沉淀剂（3）原则：生成沉淀的反应能发生，且进行得越完全越好,注意：当剩余离子即平衡离子浓度10-5mol/L时，认为离子已沉淀完全或离子已有效除去。,2、沉淀的溶解,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。例如医院中进行钡餐透视时，用BaSO4做内服造影剂，为什么不用BaCO3做内服造影剂？,由于人体内胃酸的酸性较强(pH0.9-1.5)，如果服下BaCO3,胃酸会与CO32-反应生成CO2和水，使CO32-离子浓度降低，使QcKsp(CuS),所以ZnS沉淀会转化为CuS沉淀,练习:已知Ksp(MnS)=2.510-13Ksp(PbS)=3.410-28mol2L-2通过计算说明MnS沉淀中滴加0.01mol/L的Pb(NO3)2溶液是否有PbS沉淀析出。,(2).ZnS沉淀为什么转化为CuS沉淀的定量计算,利用沉淀转化原理，在工业废水的处理过程中，常用FeS(s)MnS(s)等难溶物作为沉淀剂除去废水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子。,Ksp(FeS)=6.310-18mol2L-2Ksp(CuS)=1.310-36mol2L-2Ksp(HgS)=6.410-53mol2L-2Ksp(PbS)=3.410-28mol2L-2,练习：写出FeS(s)与废水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+的反应离子方程式。,FeS(s)+Cu2+(aq)=CuS(s)+Fe2+,FeS(s)+Pb2+(aq)=PbS(s)+Fe2+,FeS(s)+Hg2+(aq)=HgS(s)+Fe2+,Cu2+MnS(s)=CuS(s)+Mn2+Cu2+H2S=CuS+2H+Cu2+S2-=CuSCu2+HS-=CuS+H+,用MnS、H2S、Na2S、NaHS、(NH4)2S作沉淀剂都能除去工业废水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子。,水垢中的Mg(OH)2是怎样生成的?,硬水:是含有较多Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-和SO42-的水.,加热时：Ca2+2HCO3-=CaCO3+CO2+H2OMg2+2HCO3-=MgCO3+CO2+H2OMgCO3+H2O=Mg(OH)2+CO2,为什么在水垢中镁主要以Mg(OH)2沉淀形式存在，而不是以MgCO3沉淀的形式存在？比较它们饱和时Mg2+的大小。,因为QcKsp(Mg(OH)2),所以有Mg(OH)2沉淀析出。即加热后，MgCO3沉淀转化为Mg(OH)2。,因此硬水加热后的水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2而不是CaCO3和MgCO3.,洗涤水垢的方法：除出水垢中的CaCO3和Mg(OH)2用食醋，CaCO3+2CH3COOH=(CH3COO)2Ca+CO2+H2OMg(OH)2+2CH3COOH=(CH3COO)2Mg+2H2O,小结,沉淀溶解平衡,溶度积,沉淀溶解平衡的应用,1.沉淀的溶解与生成,2.沉淀的转化,随堂练习,1.将410-3mol/L的Pb(NO3)2溶液与410-3mol/L的KI溶液等体积混合能否有沉淀析出？(Ksp(PbI2)=7.110-9mol3L-3),2、牙齿表面由一层硬的、组成为Ca5(PO4)3OH的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：Ca5(PO4)3OH（s）=5Ca2+3PO43-+OH-进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是。已知Ca5(PO4)3F（s）的溶解度比上面的矿化产物更小、质地