資源簡介

3.3 第1課時　沉淀溶解平衡與溶度積
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解沉淀溶解平衡的建立過程及特點(diǎn)。
2.用平衡移動原理認(rèn)識沉淀溶解平衡的主要特征。
3.理解溶度積的概念。
【自主預(yù)習(xí)】
一、難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡
1.25 ℃時,溶解性與溶解度的關(guān)系
溶解性 易溶 可溶 微溶 難溶
溶解度 >　　g 1~10 g 0.01~1 g <　　g
2.難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡
(1)沉淀溶解平衡的建立
(2)沉淀溶解平衡的概念
在一定溫度下,當(dāng)　　　　與　　　　的速率相等時,形成電解質(zhì)的　　　　溶液,達(dá)到平衡狀態(tài),這種狀態(tài)稱為沉淀溶解平衡。
(3)沉淀溶解平衡方程式
沉淀溶解平衡方程式各物質(zhì)要標(biāo)明聚集狀態(tài)。以AgCl沉淀溶解平衡為例:AgCl(s) 　 。
(4)沉淀溶解平衡的特征
(5)沉淀反應(yīng)完全的標(biāo)志
沉淀、溶解之間這種動態(tài)平衡的存在,決定了Ag+與Cl-的反應(yīng)不能進(jìn)行完全。一般情況下,當(dāng)溶液中剩余離子的濃度小于　　　　　　　　時,化學(xué)上通常認(rèn)為生成沉淀的反應(yīng)進(jìn)行完全了。
3.難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡的影響因素
(1)內(nèi)因(決定因素):難溶電解質(zhì)本身的　　　　 。
(2)外因:溫度、濃度等條件的影響符合　　　　　　　　　原理。
(3)實例分析
已知沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)M(aq)+2OH-(aq)。請分析當(dāng)改變下列條件時,對該沉淀溶解平衡的影響,填寫下表(濃度變化均指平衡后和原平衡比較):
條件改變 移動方向 c平(Mg2+) c平(OH-)
加少量水 正向移動 　　　 　　　
升溫 正向移動 　　　 　　　
加MgCl2(s) 逆向移動 　　　 　　　
加鹽酸 正向移動 　　　 　　　
加NaOH(s) 逆向移動 　　　 　　　
二、溶度積常數(shù)
1.概念
難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡常數(shù)稱為溶度積常數(shù),簡稱　　　　,符號為　　　　,Ksp的大小反映難溶電解質(zhì)在水中的　　　　能力。
2.表達(dá)式
AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq),Ksp=　　　　　　　　　。
如:Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq),Ksp=　　　　　　　　　。
3.影響因素
溶度積Ksp值的大小只與難溶電解質(zhì)本身的性質(zhì)和　　　　有關(guān)。
4.意義
溶度積(Ksp)反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力。對于陰、陽離子個數(shù)之比相同的難溶電解質(zhì),Ksp越大,電解質(zhì)在水中的溶解能力越強(qiáng)。
5.應(yīng)用
定量判斷給定條件下有無沉淀生成。
離子積(符號為Q):對于AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)任意時刻Q=(An+)·(Bm-)。
(1)Q>Ksp,溶液過飽和,有　　　　析出,直至溶液飽和,達(dá)到新的平衡。
(2)Q=Ksp,溶液飽和,沉淀與溶解處于　　　　狀態(tài)。
(3)Q【參考答案】一、1.10　0.01　2.(2)沉淀　溶解　飽和
(3)Ag+(aq)+Cl-(aq)　(5)1×10-5 mol·L-1
3.(1)性質(zhì)　(2)勒·夏特列　(3)不變　不變　增大
增大　增大　減小　增大　減小　減小　增大
二、1.溶度積　Ksp　溶解
2.(An+)·(Bm-)　c平(Fe3+)·(OH-)
3.溫度
5.(1)沉淀　(2)平衡　(3)沉淀
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)因為BaSO4難溶,所以將BaSO4加入水中,溶液中無Ba2+和S。 (　　)
(2)難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡是動態(tài)平衡,即溶解和沉淀仍然同時進(jìn)行著,只是v(溶解)=v(沉淀)。 (　　)
(3)含等物質(zhì)的量的AgNO3與NaCl的溶液混合后,恰好完全反應(yīng)生成AgCl沉淀,溶液中不存在Ag+和Cl-。 (　　)
(4)當(dāng)溶液中某離子濃度小于1×10-5 mol·L-1時,可視為該離子沉淀完全。 (　　)
(5)溶度積是沉淀溶解平衡時難溶電解質(zhì)在溶液中的各離子濃度的乘積。 (　　)
(6)Ksp小的溶解度一定小于Ksp大的。 (　　)
(7)改變外界條件使溶解平衡正向移動,Ksp一定增大。 (　　)
(8)可利用溶液混合后的Q與Ksp的相對大小來判斷溶液混合后是否有沉淀生成。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)√
2.不溶于水的物質(zhì),說明其在水中的溶解度不為0
【答案】溶解度可以很小,但仍有溶解度。溶與不溶是相對的,沒有絕對不溶的物質(zhì)。
3.溫度升高,難溶電解質(zhì)的溶解度都增大嗎
【答案】不是。大多數(shù)難溶電解質(zhì)的溶解度隨溫度的升高而增大,但是有些物質(zhì),如氫氧化鈣的溶解度隨溫度的升高而降低。
4.Ksp與溶解度(S)都可用來表示物質(zhì)的溶解能力,Ksp小的物質(zhì)的溶解度是否一定也小
【答案】不一定。同種類型的難溶電解質(zhì),Ksp可用于溶解度的直接比較,如AgCl、AgBr、AgI都是AB型;不同類型不能直接比較溶解度大小,如Ag2S是A2B型,不能與AgCl、AgBr、AgI用Ksp大小直接比較溶解度大小。
5.要將等體積的4×10-3 mol·L-1的AgNO3溶液和4×10-3 mol·L-1的K2CrO4溶液混合,是否能析出Ag2CrO4沉淀 [不考慮溶液體積的變化,已知Ksp(Ag2CrO4)=2×10-12 mol3·L-3]
【答案】能,混合后c(Ag+)=c(Cr)=2×10-3 mol·L-1,Q=c2(Ag+)·c(Cr)=(2×10-3)2mol2·L-2×2×10-3mol·L-1=8×10-9mol3·L-3>2×10-12mol3·L-3,故有Ag2CrO4沉淀析出。
【合作探究】
任務(wù)1：沉淀溶解平衡
情境導(dǎo)入　牙齒與人體的健康密切相關(guān)。牙齒的表面有一薄層釉質(zhì)保護(hù)著,釉質(zhì)層的主要成分是難溶的羥基磷灰石[Ca5(PO4)3OH],它在唾液中存在溶解平衡。
問題生成
1.寫出Ca5(PO4)3OH的沉淀溶解平衡方程式。
【答案】Ca5(PO4)3OH(s)5Ca2+(aq)+3P(aq)+OH-(aq)。
2.往牙膏中添加適量的Ca2+、P,對保護(hù)牙齒有作用,分析原因。
【答案】牙膏中添加適量的Ca2+、P,有利于Ca5(PO4)3OH的溶解平衡逆向移動,有利于保護(hù)牙齒。
3.“冷熱酸甜”中的“熱”和“酸”,真的想吃就吃嗎 從Ca5(PO4)3OH 溶解平衡(吸熱過程)移動的角度分析原因。
【答案】升高溫度,Ca5(PO4)3OH的溶解平衡向溶解的方向移動,不利于保護(hù)牙齒;酸中的H+與OH-結(jié)合,使Ca5(PO4)3OH的溶解平衡向溶解的方向移動,也不利于保護(hù)牙齒。
4.已知Ca5(PO4)3F的溶解度比Ca5(PO4)3OH更小,含氟牙膏中加入了適量的氟化物,可以防止齲齒,起到保護(hù)牙齒的作用,用沉淀轉(zhuǎn)化方程式和必要文字解釋原因。
【答案】Ca5(PO4)3OH(s)+F-(aq)Ca5(PO4)3F(s)+OH-(aq),使Ca5(PO4)3OH轉(zhuǎn)化為溶解度更小的Ca5(PO4)3F(s),從而保護(hù)牙齒。
【核心歸納】
外界條件改變對溶解平衡的影響
(1)溫度升高,多數(shù)沉淀溶解平衡向溶解的方向移動。
(2)加水稀釋,濃度減小,沉淀溶解平衡向溶解的方向移動。
(3)加入與難溶電解質(zhì)構(gòu)成微粒相同的物質(zhì),沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移動。
(4)加入與難溶電解質(zhì)溶解所得的離子反應(yīng)的物質(zhì),沉淀溶解平衡向溶解的方向移動。
【典型例題】
【例1】在AgCl飽和溶液中尚有AgCl固體存在,當(dāng)向溶液中加入0.1 mol·L-1的鹽酸時,下列說法正確的是(　　)。
A.AgCl的沉淀溶解平衡向溶解的方向移動
B.AgCl的溶解度增大
C.溶液中c(Ag+)增大
D.溶液中c(Cl-)增大
【答案】D
【解析】加入HCl溶液后,c(Cl-)增大,使沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移動,溶液中c(Ag+)減小,AgCl的溶解度減小,故A、B、C三項均不正確。
【例2】把足量熟石灰加入蒸餾水中,一段時間后達(dá)到平衡:Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)。下列敘述正確的是(　　)。
A.給溶液加熱,溶液的pH升高
B.恒溫下向溶液中加入CaO,溶液的pH升高
C.向溶液中加入Na2CO3溶液,Ca(OH)2固體增多
D.向溶液中加入少量的NaOH固體,Ca(OH)2固體增多
【答案】D
【解析】A項,加熱時Ca(OH)2的溶解度減小,平衡逆向移動,c(OH-)減小,pH減小;B項,CaO+H2OCa(OH)2,由于保持恒溫,Ca(OH)2的溶解度不變,c(OH-)不變,因此pH不變;C項,C+Ca2+CaCO3↓,平衡正向移動,Ca(OH)2固體減少;D項,加入NaOH固體,c(OH-)增大,平衡逆向移動,因此Ca(OH)2固體增多。
易錯提示：難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡與其電離平衡的區(qū)別
難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡表示已溶溶質(zhì)的離子與未溶溶質(zhì)之間的平衡,是可逆過程,表達(dá)式需要注明狀態(tài),如Al(OH)3(s)A(aq)+3OH-(aq)。電離平衡是溶解的弱電解質(zhì)分子與離子之間的轉(zhuǎn)化達(dá)到的平衡狀態(tài),難溶強(qiáng)電解質(zhì)的電離,沒有電離平衡,如BaSO4B+S;難溶弱電解質(zhì)的電離,存在電離平衡,如Al(OH)3A+3OH-。
任務(wù)2：溶度積Ksp
【核心歸納】
溶度積常數(shù)的應(yīng)用
(1)利用Ksp判斷沉淀的溶解與生成
定義:難溶電解質(zhì)溶液中有關(guān)離子濃度冪的乘積(離子積)為Q。通過比較Ksp和Q的相對大小,可以判斷難溶電解質(zhì)在給定條件下能否溶解。
Q>Ksp,溶液過飽和,有沉淀析出,直至溶液飽和,達(dá)到新的平衡。Q=Ksp,溶液飽和,沉淀與溶解處于平衡狀態(tài)。Q(2)利用Ksp計算難溶物質(zhì)的溶解度
一定溫度下,若已知難溶物質(zhì)的Ksp,可以根據(jù)Ksp表達(dá)式換算為該物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度。由于溶液極稀,密度可視為水的密度,進(jìn)一步計算出100 g溶液中溶解的難溶物的質(zhì)量,即溶解度。
【典型例題】
【例3】25 ℃時,在含有大量PbI2的飽和溶液中存在著平衡:PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq)。加入KI溶液,下列說法正確的是(　　)。
A.溶液中Pb2+和I-的濃度都增大
B.溶度積常數(shù)Ksp增大
C.沉淀溶解平衡向左移動
D.溶液中Pb2+的濃度增大
【答案】C
【解析】加入KI溶液,c(I-)增大,沉淀溶解平衡逆向移動,c(Pb2+)減小,A、D兩項錯誤,C項正確;溶度積常數(shù)Ksp只與溫度有關(guān),B項錯誤。
【例4】已知25 ℃時,AgCl的溶度積Ksp=1.8×10-10 mol2·L-2,則下列說法正確的是(　　)。
A.向飽和AgCl水溶液中加入鹽酸,Ksp變大
B.AgNO3溶液與NaCl溶液混合后的溶液中,一定有c平(Ag+)=c平(Cl-)
C.一定溫度下,當(dāng)溶液中c平(Ag+)·c平(Cl-)=Ksp時,此溶液中必有AgCl沉淀析出
D.Ksp(AgI)【答案】D
【解析】A項,Ksp只與溫度有關(guān),不正確;B項,混合后Ag+或Cl-可能有剩余,不一定有c平(Ag+)=c平(Cl-);C項,Q=Ksp時達(dá)到沉淀溶解平衡,沒有AgCl沉淀析出;D項,利用溶度積比較物質(zhì)的溶解度大小時,要注意物質(zhì)的類型相同且化學(xué)式中陰、陽離子的個數(shù)之比相同,溶度積越小,其溶解度也越小,如果物質(zhì)的類型和化學(xué)式中陰、陽離子的個數(shù)之比不同,則不能直接利用溶度積的大小來比較其溶解度。
特別提醒：(1)Ksp只與難溶電解質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關(guān),與沉淀的量無關(guān)。
(2)溶液中離子濃度的變化只能使沉淀溶解平衡移動,并不能改變?nèi)芏确e。
(3)沉淀的生成和溶解相互轉(zhuǎn)化的條件是離子濃度的大小,改變反應(yīng)所需的離子濃度,可使反應(yīng)向著所需的方向轉(zhuǎn)化。
(4)相同類型的難溶電解質(zhì)的Ksp越小,一般溶解度越小,越難溶。如:由Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI)
可得出溶解度大小為AgCl>AgBr>AgI。
(5)溶度積小的難溶電解質(zhì)在一定條件下也能向溶度積大的難溶電解質(zhì)轉(zhuǎn)化。當(dāng)兩種難溶電解質(zhì)的Ksp差別不是很大時,通過調(diào)節(jié)某種離子的濃度,可由溶度積小的難溶電解質(zhì)向溶度積大的難溶電解質(zhì)轉(zhuǎn)化。
(6)溶解平衡一般是吸熱的,溫度升高,平衡向沉淀溶解的方向移動,Ksp增大,但Ca(OH)2相反。
(7)對于化學(xué)式中陰、陽離子個數(shù)比不同的難溶物,不能直接根據(jù)Ksp的大小來確定其溶解能力的大小,需通過計算轉(zhuǎn)化為溶解度。
【隨堂檢測】
課堂基礎(chǔ)
1.下列說法中正確的是(　　)。
A.只有難溶電解質(zhì)在溶液中才存在沉淀溶解平衡
B.難溶電解質(zhì)在溶液中只存在沉淀溶解平衡,不存在電離平衡
C.沉淀溶解平衡只能通過電解質(zhì)溶于水時建立
D.達(dá)到沉淀溶解平衡時,電解質(zhì)表面上的離子或分子脫離電解質(zhì)的速率與溶液中的離子或分子回到電解質(zhì)表面的速率相等
【答案】D
【解析】沉淀溶解平衡發(fā)生在固體表面,是在一定條件下電離出的離子向溶劑中擴(kuò)散和溶劑中離子回到固體表面析出所建立的平衡。達(dá)到沉淀溶解平衡時以上兩種速率相等。
2.25 ℃時,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12 mol3·L-3,Ksp(MgF2)=7.4×10-11 mol3·L-3。下列說法正確的是(　　)。
A.25 ℃時,飽和Mg(OH)2溶液與飽和MgF2溶液相比,前者的c平(Mg2+)大
B.25 ℃時,在Mg(OH)2懸濁液中加入少量的NH4Cl固體,c平(Mg2+)增大
C.25 ℃時,Mg(OH)2固體在20 mL 0.01 mol·L-1氨水中的Ksp比在20 mL 0.01 mol·L-1 NH4Cl溶液中的Ksp小
D.25 ℃時,在Mg(OH)2懸濁液中加入NaF后,Mg(OH)2不可能轉(zhuǎn)化成MgF2
【答案】B
【解析】因為Mg(OH)2的溶度積小,所以其電離出的Mg2+濃度要小一些,A項錯誤;N可以直接結(jié)合Mg(OH)2電離出的OH-,從而促使Mg(OH)2的電離平衡正向移動,c平(Mg2+)增大,B項正確;Ksp僅與溫度有關(guān),與溶液中離子濃度的大小、難溶電解質(zhì)量的多少等無關(guān),C項錯誤;因為Ksp[Mg(OH)2]和Ksp(MgF2)相差不大,所以在Mg(OH)2懸濁液中加入NaF,若溶液中c(Mg2+)·c2(F-)>7.4×10-11 mol3·L-3,也可以生成MgF2沉淀,即由Mg(OH)2轉(zhuǎn)化為MgF2,D項錯誤。
對接高考
3.(2019·4月浙江選考,20)在溫?zé)釟夂驐l件下,淺海地區(qū)有厚層的石灰石沉積,而深海地區(qū)卻很少。下列解析不正確的是(　　)。
A.與深海地區(qū)相比,淺海地區(qū)水溫較高,有利于游離的CO2增多、石灰石沉積
B.與淺海地區(qū)相比,深海地區(qū)壓強(qiáng)大,石灰石巖層易被CO2溶解,沉積少
C.深海地區(qū)石灰石巖層的溶解反應(yīng)為CaCO3(s)+H2O(l)+CO2(aq)Ca(HCO3)2(aq)
D.海水呈弱酸性,大氣中CO2濃度增加,會導(dǎo)致海水中C濃度增大
【答案】D
【解析】CO2的溶解度隨溫度的升高而減小,隨壓力的增大而增大,在淺海地區(qū),海水層壓力較小,同時水溫比較高,因而有利于游離的CO2增多,根據(jù)平衡移動原理,上述平衡向生成CaCO3方向移動,有利于產(chǎn)生石灰石沉積,A項正確;與A項相反,石灰石巖層易被CO2溶解,沉積少,B項正確;在深海地區(qū)中,上述平衡向右移動,且傾向很大,故溶解反應(yīng)為CaCO3(s)+H2O(l)+CO2(aq)Ca(HCO3)2(aq),C項正確;海水溫度一定時,大氣中CO2濃度增加,海水中溶解的CO2隨之增大,導(dǎo)致C轉(zhuǎn)化為HC,C濃度降低,D項錯誤。
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