【知识解析】沉淀溶解平衡的应用

沉淀溶解平衡的应用难溶电解质的沉淀溶解平衡是动态平衡，因此可以通过改变条件，使平衡向着需要的方向移动——沉淀转化为溶液中的离子，或溶液中的离子转化为沉淀。沉淀的生成（1）在无机物的制备和提纯、废水处理等领域，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。（2）化学沉淀法废水处理工艺流程示意图（如图）沉淀的生成（3）沉淀生成的方法①调节pH法：如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，将含杂质的氯化铵溶解于水，再加入氨水调节pH，可使Fe3＋生成Fe（OH）3，沉淀而除去。发生的离子反应为Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe（OH）3↓＋3NH4＋。②加沉淀剂法：如在工业废水处理过程中，以Na2S作沉淀剂，使废水中的某些金属离子如Cu2＋、Hg2＋等，生成极难溶的CuS、HgS等沉淀而除去，也是分离、除去杂质常用的方法。发生的反应为Cu2＋＋S2－===CuS↓，Hg2＋＋S2－===HgS↓。沉淀的生成③同离子效应法：增大沉淀溶解平衡体系中某种离子的浓度，使平衡向生成沉淀的方向移动。④氧化还原法：改变某离子的存在形式，促使其转化为溶解度更小的难溶电解质，便于分离出来，例如通过氧化还原反应将Fe2＋氧化为Fe3＋，从而生成更难溶的Fe（OH）3沉淀。说明：加入过量沉淀剂可使被沉淀离子沉淀完全。化学上通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10－5mol/L时，沉淀完全。沉淀的生成教材延伸1．要能除去溶液中指定的离子，又不能影响其他离子的存在，并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子还要便于除去，如沉淀NaNO3溶液中的Ag＋，可用NaCl作沉淀剂。2．溶液中沉淀物的溶解度越小，离子沉淀越完全，如沉淀Ca2＋，可将其转化成CaCO3、CaSO4或CaC2O4沉淀，但这三种沉淀中CaC2O4的溶解度最小，因此，沉淀成CaC2O4时Ca2＋除去得最完全。沉淀剂的选择沉淀的生成教材延伸3．要注意沉淀剂的电离程度，如欲使Mg2＋沉淀为：Mg（OH）2，用NaOH作沉淀剂比用氨水的效果要好。沉淀剂的选择沉淀的溶解（1）教材P80·实验3－3实验操作实验现象沉淀不溶解沉淀溶解沉淀的溶解原因解释Mg（OH）2难溶于水Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq），盐酸中的H＋与OH－结合生成弱电解质H2O，使Mg（OH）2沉淀溶解平衡体系中的OH－浓度不断减小，Mg（OH）2的沉淀溶解平衡右移，直至Mg（OH）2完全溶解续表沉淀的溶解（2）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平衡体系中的相应离子，使得Q＜Ksp从而使平衡向沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。沉淀的溶解（3）沉淀溶解的方法方法实例解释酸溶解法CaCO3、FeS、Al（OH）3、Cu（OH）2等难溶电解质的酸溶①难溶于水的CaCO3沉淀可以溶于盐酸中：CaCO3（s）Ca2＋（aq）＋

（aq）CO2-3沉淀的溶解方法实例解释酸溶解法CaCO3、FeS、Al（OH）3、Cu（OH）2等难溶电解质的酸溶在上述反应中，CO2气体的生成和逸出，使CaCO3溶解平衡体系中的

浓度不断减小，溶液中

与Ca2＋的离子积——Q（CaCO3）＜Ksp（CaCO3），导致平衡向沉淀溶解的方向移动。只要盐酸的量足够，CaCO3就可以完全溶解。②难溶电解质FeS、Al（OH）3、Cu（OH）2等也可溶于强酸，其反应的离子方程式分别为FeS＋2H＋===Fe2＋＋H2S↑、Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O、Cu（OH）2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O续表CO2-3CO2-3沉淀的溶解方法实例解释盐溶解法NH4Cl溶液溶解Mg（OH）2沉淀Mg（OH）2可溶于NH4Cl溶液中。Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq），当加入NH4Cl溶液时，NH4＋＋OH－

NH3·H2O，c（OH－）减小，溶液中Mg2＋与OH－的离子积Q[Mg（OH）2]＜Ksp[Mg（OH）2]，致使沉淀溶解平衡右移，Mg（OH）2溶解续表沉淀的溶解方法实例解释生成配合物法AgCl可溶于氨水中AgCl（s）Ag＋（aq）＋Cl－（aq），当加入氨水后，Ag＋与NH3·H2O作用生成可溶的[Ag（NH3）2]＋：Ag＋＋2NH3·H2O===[Ag（NH3）2]＋＋2H2O，c（Ag＋）减小，溶液中Ag＋与Cl－的离子积Q（AgCl）＜Ksp（AgCl），致使AgCl的沉淀溶解平衡向右移动，AgCl溶解续表沉淀的溶解教材延伸（1）FeS、ZnS可溶解在稀盐酸、稀硫酸中，如FeS＋2H＋===Fe2＋＋H2S↑；CuS、Ag2S等不溶于盐酸或稀硫酸。（2）将H2S气体通入FeCl2、ZnSO4溶液中不能生成FeS、ZnS沉淀；将H2S气体通入CuSO4、（CH3COO）2Pb溶液中，能产生CuS、PbS沉淀，如H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4。（3）CuS等不溶于盐酸、稀硫酸（非氧化性酸）的金属硫化物能溶于硝酸（氧化性酸），如3CuS＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋3S＋2NO↑＋4H2O。沉淀的转化（1）沉淀转化的过程探究①

教材P80·实验3－4AgCl、AgI、Ag2S的转化实验操作沉淀的转化实验现象（1）有白色沉淀析出（2）白色沉淀转化为黄色沉淀（3）黄色沉淀转化为黑色沉淀化学方程式NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3AgCl＋KIAgI＋KCl2AgI＋Na2SAg2S＋2NaI续表【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＜Agl＜AgCl。沉淀的转化【结论解释】以AgCl沉淀转化为AgI沉淀为例说明沉淀能够转化的原因。AgCl在水中存在沉淀溶解平衡：AgI在水中也存在沉淀溶解平衡：AgCl（s）Ag＋（aq）＋Cl－（aq）

Ksp＝1.8×10－10AgI（s）Ag＋（aq）＋I－（aq）

Ksp＝8.5×10－17沉淀的转化Ksp（AgI）<<Ksp（AgCl），即AgI在水中的溶解度远比AgCl的溶解度小，当向AgCl沉淀中滴加KI溶液时，溶液中Ag＋和I－的离子积——Q（AgI）＞Ksp（AgI），因此，Ag＋与I－结合生成AgI沉淀，导致AgCl的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动，直至建立新的沉淀溶解平衡：沉淀的转化如果加入足量的KI溶液，上述过程可以继续进行，直到绝大部分AgCl沉淀转化为AgI沉淀。反应的离子方程式可表示为I－（aq）＋AgCl（s）AgI（s）＋Cl－（aq）沉淀的转化②

教材P81·实验3－5Mg（OH）2与Fe（OH）3的转化实验操作沉淀的转化实验现象（1）产生白色沉淀（2）白色沉淀转化为红褐色沉淀化学方程式MgCl2＋2NaOH===Mg（OH）2↓＋2NaCl3Mg（OH）2＋2FeCl32Fe（OH）3＋3MgCl2续表【实验结论】Mg（OH）2沉淀转化为Fe（OH）3沉淀，说明溶解度：Fe（OH）3＜Mg（OH）2。沉淀的转化【结论解释】Mg（OH）2、Fe（OH）3沉淀在水溶液中分别存在沉淀溶解平衡：Ksp[Fe（OH）3]<<Ksp[Mg（OH）2]，向Mg（OH）2沉淀中滴加FeCl3溶液时，溶液中的OH－和Fe3＋的离子积——Q[Fe（OH）3]＞Ksp[Fe（OH）3]，溶液中逐渐生成Fe（OH）3沉淀，Mg（OH）2的沉淀溶解平衡向沉淀溶解的方向移动，反应的离子方程式为2Fe3＋（aq）＋3Mg（OH）2（s）2Fe（OH）3（s）＋3Mg2＋（aq）。Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq）

Ksp[Mg（OH）2]＝5.6×10－12Fe（OH）3（s）Fe3＋（aq）＋3OH－（aq）

Ksp[Fe（OH）3]＝2.8×10－39沉淀的转化（2）沉淀转化的实质与规律①实质：沉淀的转化是指由一种沉淀转化为另一种沉淀的过程，其实质是沉淀溶解平衡的移动。②规律a．一般来说，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现。两者的溶解度差别越大，转化越容易。沉淀的转化（2）沉淀转化的实质与规律②规律b．当一种试剂能沉淀溶液中的几种离子时，生成沉淀所需要试剂离子浓度越小的越先沉淀。c．如果生成各种沉淀所需要试剂离子的浓度相差较大，就能分步沉淀，从而达到分离离子的目的。沉淀的转化名师提醒（1）溶度积和溶解度都可用来表示难溶电解质的溶解能力。①对于同类型的难溶电解质（阴、阳离子个数相同，如AgCl与AgI、Ag2CO3与Ag2S等），可直接用溶度积比较难溶电解质的溶解能力，Ksp越大，难溶电解质在水中的溶解能力越强。②对于不同类型的难溶电解质，Ksp不能直接作为比较依据，而应通过计算将Ksp转化为饱和溶液中溶质的物质的量浓度确定难溶电解质溶解能力的强弱。（2）若用溶度积比较不同难溶电解质的溶解性时，判断方法主要有以下两种：沉淀的转化（3）沉淀转化的应用①除锅炉水垢（含有CaSO4）：CaSO4（s）

CaCO3（s）

Ca2＋（aq），反应为CaSO4＋Na2CO3

CaCO3＋Na2SO4，CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。②自然界中矿物的转化：原生铜的硫化物

CuSO4溶液

铜蓝（CuS），反应为CuSO4＋ZnS

CuS＋ZnSO4，CuSO4＋PbS

CuS＋PbSO4。沉淀的转化教材延伸硬水中含有Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2、MgSO4、CaSO4、CaCl2、MgCl2等钙盐、镁盐。硬水在煮沸时，可发生以下反应：Ca（HCO3）2

CaCO3↓＋CO2↑＋H2O△Mg（HCO3）2

MgCO3↓＋CO2↑＋H2O△水垢中Mg（OH）2的生成沉淀的转化教材延伸水垢中Mg（OH）2的生成持续加热时，生成的MgCO3在水中建立沉淀溶解平衡：MgCO3（s）Mg2＋（aq）＋

（aq），而

发生水解反应：

＋H2O

OH－（主），

＋H2O

H2CO3＋OH－（次），使水中OH－浓度增大，OH－与Mg2＋结合生成Mg（OH）2沉淀，且Mg（OH）2的溶解度小于MgCO3的溶解度。因此，持续加热会使水中部分溶解的MgCO3转化为更难溶的Mg（OH）2，成为水垢的主要成分之一。CO2-3CO2-3CO2-3HCO-3HCO-3沉淀的转化教材延伸（1）电子的跃迁是物理变化（未发生电子转移），而原子得失电子发生的是化学变化。（2）一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p2表示基态碳原子，1s22s12p3为激发态碳原子（电子数不变）。（3）激发态原子不稳定，易释放能量变为基态原子，其能量可转化为可见光。典例详析例2－6如表所示是三种物质的溶解度（20℃），下列说法正确的是（）B物质MgCl2Mg（OH）2MgCO3溶解度（g/100gH2O）54.89×10－40.01A．含有MgCO3固体的溶液中，都有c（Mg2＋）＝c（CO32－）B．将表中三种物质分别与水混合，加热、灼烧，最终的固体产物相同C．除去粗盐中含有的MgCl2杂质，最佳除杂试剂为Na2CO3溶液D．用石灰水处理含有Mg2＋和HCO3－的硬水，发生反应的离子方程式为Mg2＋＋2HCO3－＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋MgCO3↓＋2H2O典例详析解析：含MgCO3固体的饱和MgCO3溶液中，c（Mg2＋）和C（CO32－）相等，当加入其他物质如MgCl2溶液时，溶液中C（Mg2＋）增大，MgCO3的沉淀溶解平衡逆向移动，c（CO32－）减小，故含MgCO3固体的溶液中c（Mg2＋）和c（CO32－）不一定相等，A项错误。MgCl2＋2H2O

Mg（OH）2＋2HCl，加热过程中，HCl易挥发，平衡向右移动，蒸干后得到Mg（OH）2，灼烧Mg（OH）2得到MgO；MgCO3＋2H2O

Mg（OH）2＋H2CO3，加热过程中，H2CO3转化为CO2选出，平衡向右移动，蒸干后得到Mg（OH）2，灼烧得到MgO，B项正确。由于Mg（OH）2的溶解度更小，故除去粗盐中MgCl2的最佳试剂是NaOH溶液，C项错误。用石灰水处理含有Mg2＋和HCO3－的硬水，Ca（OH）2、Mg2＋、HCO3－、发生反应可生成CaCO3和Mg（OH）2，D项错误。典例详析警示：沉淀Mg2＋一般用OH－而不用CO32－，是为了生成更难溶的Mg（OH）2沉淀，过滤除去。典例详析例2－7已知相同温度下，Fe（OH）3的溶解度小于Mg（OH）2的溶解度，且随pH的升高，Fe（OH）3首先析出。为除去MgCl2酸性溶液中的Fe3＋，可以在加热搅拌的条件下，加入一种试剂，过滤后再加入适量盐酸，这种试剂不可以是（）AA．NH3·H2O

B．MgOC．Mg（OH）2

D．MgCO3典例详析解析：加NH3·H2O会引入新的杂质离子NH4＋。MgO消耗MgCl2酸性溶液中的H＋，促使Fe3＋水解生成Fe（OH）3而除去，同时MgO转化为MgCl2，不会引入新的杂质，即使MgO过量，由于MgO难溶于水，过滤即可除去。加Mg（OH）2和MgCO3的原理与加MgO的原理相同。典例详析例2－8为研究沉淀的生成及其转化，某小组进行如图所示的实验。下列关于该实验的分析不正确的是（）典例详析例2－8为研究沉淀的生成及其转化，某小组进行如图所示的实验。下列关于该实验的分析不正确的是（）A．①浊液中存在平衡：AgSCN（s）Ag＋（aq）＋SCN－（aq）B．②中颜色变化说明上层清液中含有SCN－C．该实验可以证明AgI比AgSCN更难溶D．③中颜色变化说明有AgI生成C典例详析解析：①中生成的白色沉淀为AgSCN，在溶液中存在沉淀溶解平衡，则有AgSCN（s）Ag＋（aq）＋SCN－（aq），故A正确；取上层清液，加入Fe（NO3）3溶液，溶液变红，说明上层清液中含有SCN－，故B正确；因在①中AgNO3过量，余下的浊液中含有过量的Ag＋，与KI反应生成黄色沉淀，不能证明AgSCN转化为AgI，即不能证明AgI比AgSCN更难溶，故C错误；Ag＋与I－结合生成Agl黄色沉淀，③中颜色变化说明有AgI生成，故D正确。典例详析例2－9工业上采用湿法炼锌过程中，以ZnSO4为主要成分的浸出液中含有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋、Cl－等杂质，这些杂质不利于锌的电解，必须先除去。现有下列试剂可供选择：①酸性KMnO4溶液

②NaOH溶液

③ZnO④H2O2溶液

⑤Zn⑥Fe⑦AgNO3

⑧Ag2SO4A下列说法不正确的是（）A．用酸性KMnO4溶液将Fe2＋氧化成Fe3＋，再转化为Fe（OH）3沉淀除去B．用ZnO调节浸出液的酸碱性，可使某些离子形成氢氧化物沉淀典例详析例2－9工业上采用湿法炼锌过程中，以ZnSO4为主要成分的浸出液中含有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋、Cl－等杂质，这些杂质不利于锌的电解，必须先除去。现有下列试剂可供选择：①酸性KMnO4溶液

②NaOH溶液

③ZnO④H2O2溶液

⑤Zn⑥Fe⑦AgNO3

⑧Ag2SO4A下列说法不正确的是（）C．在实际生产过程中，加入Ag2SO4可除去Cl－，利用的是沉淀转化原理D．可以用ZnCO3代替ZnO调节溶液的酸碱性典例详析解析：用酸性KMnO4溶液氧化Fe2＋时，会引入K＋、Mn2＋等杂质离子，这些离子在后续反应中难以除去，A项错误。生产中应使用H2O2溶液氧化Fe2＋，然后加入ZnO或ZnCO3调节溶液的pH，使Fe3＋等形成氢氧化物沉淀而除去，没有引入新的杂质，B、D项正确。AgCl比Ag2SO4更难溶，利用沉淀转化可除去Cl－，C项正确。典例详析例2－10（2019河北邯郸月考）锅炉水垢是一种安全隐患，除去水垢中的CaSO4，可先用Na2CO3溶液处理，使之转化为易溶于酸的CaCO3，然后用酸除去。下列说法不正确的是（）CA．CaCO3的溶解度小于CaSO4B．沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动C．沉淀转化的难易与溶解度差别的大小无关D．CaSO4到CaCO3的转化中并存着两个沉淀溶解平衡典例详析解析：溶解度小的难溶电解质可转化为溶解度更小的难溶电解质，故CaCO3的溶解度比CaSO4的小，A项正确；沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动，B项正确；一般来说，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀，故沉淀转化与溶解度有关，且两者的溶解度差别越大，转化越容易，C项错误；CaSO4到CaCO3的转化中，存在CaSO4的沉淀溶解平衡和CaCO3的沉淀溶解平衡，D项正确。典例详析例2－11（2020北京东城区期末）实验：①将0.1mol/LMgCl2溶液和0.5mol/LNaOH溶液等体积混合得到浊液；②取少量①中浊液，滴加0.1mol/LFeCl3溶液，出现红褐色沉淀；③将①中浊液过滤，取少量白色沉淀，滴加0.1mol/LFeCl3溶液，沉淀变为红褐色。下列说法不正确的是（）CA．将①中浊液过滤，所得滤液中含少量Mg2＋C．②中沉淀颜色变化说明Mg（OH）2转化为Fe（OH）3D．③可以证明Fe（OH）3比Mg（OH）2更难溶B．①中浊液存在沉淀溶解平衡：Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq）典例详析解析：①中反应生成Mg（OH）2沉淀，存在Mg（OH）2沉淀溶解平衡：Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq），故过滤后所得滤液中仍含少量Mg2＋，A、B项正确；①中反应后有剩余的NaOH，NaOH与FeCl3反应可生成Fe（OH）3，②中沉淀颜色变化不能说明Mg（OH）2转化为Fe（OH）3，C项错误；③中只有Mg（OH）2与FeCl3反应，故可证明Fe（OH）3比Mg（OH）2更难溶，D项正确。典例详析例2－12自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液，向地下深层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变为铜蓝（CuS）。下列分析一定正确的是（）DA．溶解度：PbS＜CuSB．原生铜的硫化物具有还原性，而铜蓝没有还原性C．CuSO4与ZnS反应的离子方程式是Cu2＋＋S2－===CuS↓D．整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应典例详析解析：沉淀转化一般遵循溶解度小的物质向溶解度更小的物质转化的原则，