資源簡介

3.4 第2課時　沉淀溶解平衡原理的應用
【學習目標】
1.運用溶度積規則判斷沉淀的產生和溶解。
2.能夠運用平衡移動的觀點對沉淀的溶解、生成和轉化進行分析,并能解釋一些生活問題。
【合作探究】
任務1　沉淀的溶解和生成
【學習情境】
石灰石巖層在經歷了數萬年的歲月侵蝕之后,會形成各種奇形異狀的溶洞。你知道它們是如何形成的嗎
在涉及無機制備、工藝生產、科研、廢水處理等領域中,常利用生成沉淀來達到分離或除去某些離子的目的。
【新知生成】
1.沉淀的生成
(1)應用:可利用生成沉淀來達到　　　　或除去某些離子的目的。
(2)方法
方法 實例 反應的離子方程式
調節pH法 用Cu(OH)2、CuO等除去CuCl2溶液中的FeCl3 Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,Cu(OH)2+2H+Cu2++2H2O
沉淀劑法 以Na2S、K2S等作沉淀劑除去污水中的Cu2+等重金屬離子 S2-+Cu2+　　
　　2.沉淀的溶解
(1)酸溶解法,如CaCO3溶于鹽酸,離子方程式為　　　　　　　　　　　　　。
(2)鹽溶液溶解法,如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液,離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】1.(1)分離　(2)CuS↓
2.(1)CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑
(2)Mg(OH)2+2NMg2++2NH3·H2O
【核心突破】
典例1　已知298 K時,Mg(OH)2的溶度積常數Ksp=5.6×10-12,取適量MgCl2溶液,加入一定量的燒堿溶液達到沉淀溶解平衡,測得pH=13.0,則下列說法不正確的是(　　)
A.所得溶液中的c(H+)=1.0×10-13 mol·L-1
B.加入Na2CO3固體,可能生成沉淀
C.所加的燒堿溶液pH=13.0
D.所得溶液中的c(Mg2+)=5.6×10-10 mol·L-1
【解析】A項,pH=13的溶液中,c(H+)=1.0×10-13mol·L-1,正確;B項,加入Na2CO3固體,當c(Mg2+)·c(C)>Ksp(MgCO3)時,會生成沉淀,正確;C項,因為向MgCl2溶液中加NaOH溶液后混合溶液的pH=13,所以所加NaOH溶液的pH>13,錯誤;D項,溶液中的c(Mg2+)=5.6×10-12÷10-2=5.6×10-10mol·L-1,正確。
【答案】C
歸納總結：(1)沉淀的生成
加入沉淀劑,應用同離子效應(當溶液中存在與難溶電解質同種的離子時,難溶物的溶解度將降低,沉淀將更完全),控制溶液的pH,當Qc>Ksp時,有沉淀生成。
(2)沉淀的溶解
當Qc①利用氧化還原反應降低某一離子的濃度;
②生成弱電解質;
③生成絡合物,例如銀氨溶液的配制。
訓練1　在25 ℃時,AgX、AgY、AgZ均難溶于水,且Ksp(AgX)=1.8×10-10,Ksp(AgY)=1.0×10-12,Ksp(AgZ)=8.7×10-17。下列說法錯誤的是(　　)
A.三種飽和溶液中溶質的物質的量濃度的大小順序為c(AgX)>c(AgY)>c(AgZ)
B.若向AgY的飽和溶液中加入少量的AgX固體,則c(Y-)減小
C.若取0.188 g的AgY(相對分子質量為188)固體放入100 mL水中(忽略溶液體積的變化),則溶液中Y-的物質的量濃度為1.0×10-2 mol·L-1
D.往C選項的溶液中加入1 mL 0.1 mol·L-1 NaZ溶液,能生成AgZ沉淀
【解析】對于相同類型的難溶電解質,Ksp越大,溶解度越大,A項正確;向AgY飽和溶液中加入溶解度更大的AgX,溶液中Ag+濃度增大,AgY的沉淀溶解平衡逆向移動,Y-濃度減小,B項正確;0.188 g AgY的物質的量為0.001 mol,由AgY的Ksp可知,Y-的濃度遠小于1.0×10-2 mol·L-1,C項錯誤;AgZ的溶解度小于AgY,故加入NaZ,AgY中溶解的Ag+與Z-結合生成沉淀,D項正確。
【答案】C
任務2　沉淀的轉化
【學習情境】
在自然界中也發生著溶解度小的礦物轉化為溶解度更小的礦物的現象。例如,各種原生銅的硫化物經氧化、淋濾作用后可變成CuSO4溶液,并向深部滲透,遇到深層的閃鋅礦(ZnS)和方鉛礦(PbS),便慢慢地使它們轉化為銅藍(CuS)。為什么沉淀會發生轉化
【新知生成】
沉淀的轉化
(1)實質:　　　　　的移動。
(2)特征:①一般來說,溶解度小的沉淀轉化為溶解度　　　的沉淀容易實現;②沉淀的溶解度差別　　　,越容易轉化。
(3)應用
①鍋爐除垢。如將CaSO4轉化為CaCO3,反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　。
②礦物轉化。如用飽和Na2CO3溶液處理重晶石(BaSO4)制備可溶性鋇鹽的離子方程式為　　　　　。
【答案】(1)沉淀溶解平衡　(2)更小　越大　(3)①CaSO4(s)+C(aq)CaCO3(s)+S(aq)　②BaSO4(s)+C(aq)BaCO3(s)+S(aq)、BaCO3+2H+Ba2++H2O+CO2↑
【活動探究】
沉淀物轉化的實驗探究
(1)Ag+的沉淀物的轉化
實驗步驟
實驗現象 有白色沉淀生成 白色沉淀變為黃色 黃色沉淀變為黑色
化學方程式 AgNO3+NaCl AgCl↓+NaNO3 AgCl+KI AgI+KCl 2AgI+Na2S Ag2S+2NaI
實驗結論 溶解度小的沉淀可以轉化成溶解度更小的沉淀
　　(2)Mg(OH)2與Fe(OH)3的轉化
實驗步驟
實驗現象 產生白色沉淀 產生紅褐色沉淀
化學方程式 MgCl2+2NaOHMg(OH)2↓+2NaCl 3Mg(OH)2+2FeCl32Fe(OH)3+3MgCl2
實驗結論 Fe(OH)3的溶解度比Mg(OH)2小
歸納總結：沉淀轉化的規律
(1)一般來說,溶解度小的沉淀轉化為溶解度更小的沉淀容易實現。兩者的溶解度差別越大,轉化越容易。
(2)當一種試劑能沉淀溶液中的幾種離子時,生成沉淀所需要試劑離子濃度越小的越先沉淀。
(3)如果生成各種沉淀所需要試劑離子的濃度相差較大,就能分步沉淀,從而達到分離離子的目的。對于同一類型沉淀,Ksp越小越先沉淀,且Ksp相差越大分步沉淀越完全。
訓練2　25 ℃時,三種難溶銀鹽的Ksp與顏色如下表,下列說法正確的是(　　)
AgCl Ag2CrO4 AgI
顏色 白 磚紅 黃
Ksp 1.8×10-10 1.0×10-12 8.5×10-17
A.AgCl、Ag2CrO4、AgI飽和溶液中c(Ag+)依次減小
B.Ag2CrO4飽和溶液中c(Ag+)約為1.0×10-6 mol·L-1
C.向AgCl懸濁液中加入足量KI溶液,沉淀將由白色轉化為黃色
D.向等濃度的KCl與K2CrO4混合溶液中滴加少量AgNO3溶液,將生成磚紅色沉淀
【解析】由表中數據可知,AgCl飽和溶液中c(Ag+)= mol·L-1=×10-5 mol·L-1,Ag2CrO4飽和溶液中c(Ag+)=mol·L-1=×10-4 mol·L-1,AgI飽和溶液中c(Ag+)= mol·L-1=×10-8.5 mol·L-1,A、B兩項錯誤;AgI的溶度積小于AgCl,溶解度小的沉淀轉化為溶解度更小的容易實現,所以向AgCl懸濁液中加入足量KI溶液,可能有黃色沉淀產生,C項正確;由A項可知,飽和溶液中c(Ag+):AgCl【答案】C
任務3　溶度積圖像突破方法
【新知生成】
第一步:識圖像。認識圖像橫坐標、縱坐標表示什么,如表示離子濃度、pM等;曲線上的點表示達到平衡狀態,曲線外的點代表“過飽和溶液”或“不飽和溶液”。
第二步:想原理。涉及的原理主要有溶度積的表達式、沉淀溶解平衡的影響因素以及溶度積常數的影響因素。如濃度不會改變溶度積,溶度積只與溫度有關,大多數情況下,溫度越高,溶度積越大。
第三步:找聯系。將圖像與溶度積原理聯系起來,分析題目設置的問題,如求離子濃度、判斷沉淀溶解平衡狀態等。
【核心突破】
典例2　不同溫度(T1和T2)時,硫酸鋇在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示,已知硫酸鋇在水中溶解時吸收熱量。下列說法正確的是(　　)
A.T1>T2
B.加入BaCl2固體,可使a點變成c點
C.c點時,在T1、T2兩個溫度下均有固體析出
D.a點和b點的Ksp相等
【解析】A項,硫酸鋇在水中溶解時吸收熱量,溫度越高,Ksp越大,在T2時硫酸鋇的Ksp大,故T2>T1,錯誤;B項,硫酸鋇溶液中存在沉淀溶解平衡,a點在平衡曲線上,加入BaCl2,會增大c(Ba2+),平衡左移,c(S)降低,所以不能使溶液由a點變到c點,錯誤;C項,T1時,c點表示Qc>Ksp,溶液飽和,有沉淀析出,T2時,c點表示Qc【答案】D
方法技巧：正確理解難溶電解質(MmNn)溶解平衡曲線
1.曲線上任意點的Ksp都相同,即cm(Mn+)·cn(Nm-)相同,溫度相同。
2.曲線外的任意點對應溫度下的Ksp與曲線上任意點的Ksp不同,溫度不同。
3.實現曲線上點之間的轉化需保持溫度不變,改變相關微粒濃度;實現曲線上點與曲線外點之間的轉化一定得改變溫度。
訓練3　25 ℃時,用Na2S沉淀Cu2+、Zn2+兩種金屬離子(M2+),所需S2-最低濃度的對數值lg c(S2-)與lg c(M2+)的關系如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.Na2S溶液中:c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)=2c(Na+)
B.25 ℃時Ksp(ZnS)約為1×10-27.5
C.25 ℃時,H2S飽和溶液:[c(H+)]2·c(S2-)=1.0×10-22,將少量CuS固體加入稀硫酸中,CuS不溶解
D.向Cu2+濃度為10-5mol·L-1的工業廢水中加入ZnS粉末,會有CuS沉淀析出
【解析】A項,由物料守恒得:2c(S2-)+2c(HS-)+2c(H2S)=c(Na+),錯誤;B項,Ksp(ZnS)=c(Zn2+)·c(S2-)=10-10×10-17.5=10-27.5,正確;C項,Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-)=10-25×10-10=10-35,若CuS在稀硫酸中溶解,則發生反應CuS+2H+Cu2++H2S↑,K====10-13,故不能溶解,正確;D項,由于CuS的Ksp小于ZnS的Ksp,故向Cu2+濃度為10-5mol·L-1廢水中加入ZnS粉末,會有CuS沉淀析出,正確。
【答案】A
課堂小結
【隨堂檢測】
1.工業上向鍋爐里注入Na2CO3溶液浸泡,將水垢中的CaSO4轉化為CaCO3,而后用鹽酸去除。下列敘述不正確的是(　　)
A.溫度升高,Na2CO3溶液的Kw和c(OH-)均會增大
B.沉淀轉化的離子方程式為C(aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+S(aq)
C.在鹽酸中,CaCO3的溶解度大于CaSO4
D.向Na2CO3溶液中通入CO2后,溶液中陰離子濃度均減小
【解析】溫度升高,促進碳酸鈉溶液水解,c(OH-)增大,Kw增大,A項正確;加入碳酸鈉溶液,把硫酸鈣轉化為碳酸鈣:C(aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+S(aq),B項正確;因為碳酸鈣與鹽酸反應,而硫酸鈣不與鹽酸反應,所以在鹽酸中碳酸鈣的溶解度大于硫酸鈣,C項正確;向Na2CO3溶液中通入CO2后,根據反應C+CO2+H2O2HC知,HC的濃度增大,D項錯誤。
【答案】D
2.已知常溫下,Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI)。在含有濃度均為0.01 mol·L-1的Cl-、Br-、I-的溶液中,緩慢且少量地加入AgNO3稀溶液,結合Ksp判斷析出三種沉淀的先后順序是(　　)
A.AgCl、AgBr、AgI
B.AgI、AgBr、AgCl
C.AgBr、AgCl、AgI
D.三種沉淀同時析出
【解析】AgI比AgBr、AgCl更難溶于水,故Ag+不足時先生成AgI,析出沉淀的先后順序是AgI、AgBr、AgCl。
【答案】B
3.下列說法中正確的是(　　)
A.難溶電解質的Ksp越小,溶解度就一定越小
B.一般認為沉淀離子濃度小于1.0×10-5 mol·L-1時,沉淀就達完全
C.用飽和Na2CO3溶液可以將BaSO4轉化為BaCO3,說明Ksp(BaCO3)小于Ksp(BaSO4)
D.向含AgCl沉淀的懸濁液中加入NaCl飽和溶液,AgCl的溶解度變小,溶度積常數變小
【解析】A項,Ksp越小,電解質的溶解度不一定越小,溶解度還取決于溶液的類型和濃度關系,以及物質的摩爾質量等因素,錯誤;B項,當離子濃度小于1.0×10-5mol·L-1時,可認為沉淀完全,正確;C項,BaSO4飽和溶液中加入飽和Na2CO3溶液有白色沉淀生成,是因為碳酸根離子濃度大,和鋇離子濃度乘積等于碳酸鋇的Ksp,實際Ksp(BaCO3)大于Ksp(BaSO4),錯誤;D項,溶度積常數與溫度有關,與溶液類型以及濃度無關,錯誤。
【答案】B
4.化工生產中常用MnS作沉淀劑除去工業廢水中的Cu2+:Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq),下列說法錯誤的是(　　)
A.相同條件下,MnS的Ksp比CuS的Ksp大
B.該反應的平衡常數K=
C.該反應達到平衡時c(Mn2+)=c(Cu2+)
D.往平衡體系中加入少量CuSO4固體后,c(Mn2+)變大
【解析】A項,沉淀易向更難溶的方向轉化,根據化學方程式可知,相同條件下,MnS的Ksp比CuS的Ksp大,正確;B項,平衡常數K==,正確;C 項,平衡時濃度不再發生變化,但c(Mn2+)與c(Cu2+)不一定相等,錯誤;D項,往平衡體系中加入少量CuSO4固體后,c(Cu2+)增大,平衡向正反應方向移動,則c(Mn2+)變大,正確。
【答案】C
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