2023版高中化学人教版选择性必修1 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 第四节 沉淀溶解平衡

第四节沉淀溶解平衡

1.难溶、可溶、易溶界定(20℃时)

2.沉淀溶解平衡(1)概念:在一定温度下,当某种物质沉淀和溶解速率相等时,形成该物质的饱和溶

液,达到平衡状态,人们把这种平衡称为沉淀溶解平衡。1|沉淀溶解平衡固体物质

溶液中的溶质:①v溶解>v沉淀,固体溶解;②v溶解=v沉淀,沉淀溶解平衡;③v溶解<v沉淀,析出沉淀。3.影响沉淀溶解平衡的因素(1)内因难溶电解质本身的性质,这是决定因素。(2)沉淀溶解平衡的建立(2)外因①浓度:加水稀释,平衡向沉淀溶解的方向移动。②温度:升高温度,多数平衡向沉淀溶解的方向移动;少数平衡向生成沉淀的方向

移动,如Ca(OH)2的溶解平衡。③同离子效应:向平衡体系中加入含原体系中某离子的物质,平衡向生成沉淀的方向移动。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的物质或气体的

离子时,平衡向沉淀溶解的方向移动。

1.概念:难溶电解质在水溶液中达到沉淀溶解平衡时的平衡常数,称为溶度积常

数,简称溶度积,符号为Ksp。2.表达式:AmBn(s)

mAn+(aq)+nBm-(aq)的Ksp=cm(An+)·cn(Bm-)。3.影响因素:Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,与沉淀的量和溶液中离子的浓

度无关。特别提醒

一般温度升高,Ksp增大,但Ca(OH)2的Ksp减小。4.Ksp的意义:反映了难溶电解质在水中的溶解能力。(1)相同温度下,对于同类型物质(如AgCl、AgBr、AgI等),Ksp数值越大,难溶电解

质在水中的溶解能力越强。(2)相同温度下,对于不同类型的物质,Ksp差距不大时不能直接作为比较依据。2|溶度积常数5.应用:可定量判断给定条件下有无沉淀生成。离子积(Q):对于AmBn(s)

mAn+(aq)+nBm-(aq),任意时刻Q=cm(An+)·cn(Bm-)。(1)Q>Ksp,溶液过饱和,有沉淀析出;(2)Q=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态;(3)Q<Ksp,溶液未饱和,无沉淀析出。1.沉淀的生成(1)原理:当Q>Ksp时,难溶电解质的溶解平衡向左移动,生成沉淀。(2)应用:可利用生成沉淀分离或除去溶液中的杂质离子。(3)方法①调节pH法:如除去NH4Cl溶液中的FeCl3杂质,可加入氨水调节pH,反应的离子方

程式为Fe3++3NH3·H2O

Fe(OH)3↓+3N

。②加沉淀剂法:如用H2S沉淀Cu2+,反应的离子方程式为Cu2++H2S

CuS↓+2H+。3|沉淀溶解平衡的应用2.沉淀的溶解(1)原理:当Q<Ksp时,难溶电解质的溶解平衡向右移动,沉淀溶解。(2)方法①酸溶解法:如用盐酸溶解CaCO3,反应的离子方程式为CaCO3+2H+

Ca2++CO2↑+H2O。②盐溶液溶解法:如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液,反应的离子方程式为Mg(OH)2+2N

Mg2++2NH3·H2O。③氧化还原溶解法:如不溶于盐酸的Ag2S可溶于稀HNO3。3.沉淀的转化(1)实质:沉淀溶解平衡的移动。(2)举例:AgNO3溶液

AgCl(白色沉淀)

AgBr(淡黄色沉淀)

AgI(黄色沉淀)

Ag2S(黑色沉淀)。(3)规律: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。(4)应用①锅炉除水垢:将CaSO4转化为CaCO3,然后用盐酸清洗,转化反应的离子方程式为

CaSO4+C

CaCO3+S

。②矿物转化:ZnS遇CuSO4溶液转化为CuS,反应的离子方程式为ZnS+Cu2+

CuS+Zn2+。1.将等浓度、等体积的AgNO3溶液和NaCl溶液混合后,溶液中不存在Ag+和Cl-,这

种说法对吗?提示:不对。难溶电解质在水中存在溶解平衡,生成AgCl沉淀后溶液中仍然存在

Ag+和Cl-。2.Ca(OH)2溶解放热,所以升温Ca(OH)2(s)

Ca2+(aq)+2OH-(aq)平衡逆向移动,这种说法对吗?提示:对。外界因素对沉淀溶解平衡的影响符合勒夏特列原理。3.相同温度下,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强,这种说法对吗?提示:不对。相同温度下,对于同类型物质而言,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的

溶解能力越强,如由Ksp数值可知,溶解能力AgCl>AgBr>AgI;而对于不同类型的物

质,Ksp差距不大时不能直接比较,如Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,不知识辨析能认为Mg(OH)2比AgCl更难溶。4.一般来说,溶解能力相对较强的物质易转化为溶解能力相对较弱的物质,这种说

法对吗?提示:对。沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动,溶解能力较强的物质容易

转化为溶解能力相对较弱的物质。5.AgCl(s)

Ag+(aq)+Cl-(aq)和AgCl

Ag++Cl-所表示的意义相同,这种说法对吗?提示:不对。前者是AgCl的沉淀溶解平衡,后者可表示溶于水的AgCl完全电离。

1.已知溶度积,求溶液中的某种离子的浓度。如Ksp(AgCl)=a的饱和AgCl溶液中,c(Ag+)=

mol·L-1。2.已知溶度积、溶液中某离子的浓度,求溶液中的另一种离子的浓度。如:某温度

下Ksp(AgCl)=a,在0.1mol·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10amol·L-1。3.计算反应的平衡常数。如:对于反应Cu2+(aq)+ZnS(s)

CuS(s)+Zn2+(aq),Ksp(ZnS)=c(Zn2+)·c(S2-),Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),该反应的平衡常数K=

=

。4.溶度积、溶解度和溶质的物质的量浓度都可以用来衡量沉淀的溶解能力或程

度,它们彼此关联,可以互相换算。以某温度下CaCO3的溶解平衡为例:CaCO3(s)1溶度积常数的有关计算

Ca2+(aq)+C

(aq),Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(C

),该温度下100g水中所溶解的CaCO3的质量为Sg。由于浓度很小,溶液的密度近似为1g·cm-3。(1)已知Ksp(CaCO3),则c(Ca2+)=c(C

)=

mol·L-1,S=

×100=

×100≈10

(100g溶液中水的质量近似为100g)。(2)已知S,即已知某温度下100g水中溶解SgCaCO3(可认为溶液体积为0.1L),则c(Ca2+)=

=

mol·L-1,Ksp=

。(3)已知c(Ca2+)=amol·L-1,则Ksp=c(Ca2+)·c(C

)=a2,1L溶液中含有amolCa2+、amolC

,S=

×100=10a。

典例回答下列问题:(1)在Ca(NO3)2溶液中加入(NH4)2CO3溶液后过滤,若测得滤液中c(C

)=10-3mol·L-1,则Ca2+是否沉淀完全?

(填“是”或“否”)。[已知c(Ca2+)≤10-5mol·L-1

时可视为沉淀完全;Ksp(CaCO3)=4.96×10-9](2)25℃时,Mg(OH)2饱和溶液

(填“能”或“不能”)使石蕊溶液变蓝

色。{已知Ksp[Mg(OH)2]=4.0×10-12,lg5=0.7}思路点拨解答本题的关键是理解Ksp的意义,根据Ksp确定溶液中粒子浓度。解析

(1)根据Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(C

)=4.96×10-9,得c(Ca2+)=

mol·L-1=4.96×10-6mol·L-1<10-5mol·L-1,则Ca2+可视为沉淀完全。(2)设Mg(OH)2饱和溶液中Mg2+的物质的量浓度为xmol·L-1,则4x3=4.0×10-12,x=1.0×

10-4,c(OH-)=2.0×10-4mol·L-1,c(H+)=

mol·L-1=5×10-11mol·L-1,pH=-lg(5×10-11)=11-lg5=10.3,所以能使石蕊溶液变蓝色。答案

(1)是

(2)能

1.分析方法第一步:明确图像中纵、横坐标的含义。纵、横坐标通常是难溶物溶解后电

离出的离子浓度。第二步:理解图像中线上的点、线外点的含义。(1)以氯化银为例,在该沉淀溶解平衡图像中,曲线上任意一点都达到了沉淀溶解

平衡状态,此时Q=Ksp。在温度不变时,无论改变哪种离子的浓度,另一种离子的浓

度都只能在曲线上变化,不会出现在曲线以外。(2)曲线上方区域的点均为过饱和溶液,此时Q>Ksp。(3)线下方区域的点均为不饱和溶液,此时Q<Ksp。2沉淀溶解平衡图像分析

第三步:抓住Ksp的特点,结合选项分析判断。(1)溶液在蒸发时,溶质离子浓度的变化有两种情况:①原溶液不饱和时,离子浓度

都增大;②原溶液饱和时,离子浓度都不变。(2)对于同一难溶电解质来说,溶度积常数只与温度有关,与溶液中溶质的离子浓

度无关。2.典型图像(1)沉淀溶解平衡曲线分析[以BaSO4(s)

Ba2+(aq)+S

(aq)为例]

分析图像可知:①a→c:曲线上变化,增大c(S

);②b→c:加入1×10-5mol·L-1Na2SO4溶液(加水不可以);③d→c:加入BaCl2固体(忽略溶液的体积变化);④c→a:曲线上变化,增大c(Ba2+);⑤曲线上方的点表示过饱和溶液;曲线下方的点表示不饱和溶液。(2)沉淀溶解平衡的对数图像(以MnCO3、CaCO3、MgCO3为例)

已知:pM=-lgc(M)(M:Mg2+、Ca2+、Mn2+),p(C

)=-lgc(C

)。由对数图像分析,可得以下信息:①横坐标数值越大,c(C

)越小;②纵坐标数值越大,c(M)越小;③线上方的点为不饱和溶液;④线上的点为饱和溶液;⑤线下方的点表示过饱和溶液(有沉淀生成)。

典例常温下,Mn+(代表Cu2+或Ag+)的硫化物的沉淀溶解平衡的负对数图像如图所示。下列说法正确的是

(

)

D思路点拨注意横、纵坐标的意义,建立数形结合的思维模型;注意线的走势与

离子浓度变化的关系。A.MN线代表CuS的沉淀溶解平衡B.常温下,Ksp(CuS)=Ksp(Ag2S)C.P点:易析出CuS沉淀,不易析出Ag2S沉淀D.M点和N点的c(S2-)之比为1×10-20∶1解析

Ksp(Ag2S)=c2(Ag+)×c(S2-),则lgc(S2-)+2lgc(Ag+)=lgKsp(Ag2S),Ksp(CuS)=c(Cu2+)×

c(S2-),则lgc(S2-)+lgc(Cu2+)=lgKsp(CuS),结合题给图像可知,MN线代表Ag2S的沉淀溶

解平衡,A错误;由N点数值可计算常温下Ksp(Ag2S)=c2(Ag+)×c(S2-)=(10-15)2×10-20=10-50,Ksp(CuS)=c(Cu2+)×c(S2-)=10-15×10-20=10-35,所以Ksp(CuS)>Ksp(Ag2S),B错误;c(S2-)越大,

则-lgc(S2-)越小,所以P点为Ag2S的过饱和溶液,为CuS的不饱和溶液,即易析出Ag2S

沉淀,不能析出CuS,C错误;由上述分析可知常温下Ksp(CuS)=10-35,Ksp(Ag2S)=10-50,M

点c(Ag+)=10-5mol·L-1,则c(S2-)=

=10-40mol·L-1,N点时c(Ag+)=10-15mol·L-1,则c(S2-)=

mol·L-1=10-20mol·L-1,所以M点和N点的c(S2-)之比为10-40mol·L-1∶10-20mol·L-1=1×10-20∶1,D正确。方法点津

变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知——突破水溶液中的离子平衡

化学镀镍作为金属防腐的一种重要形式,广泛地应用于汽车工业、化学工

业、石化行业、食品加工、采矿工业、军事工业、电子工业等。化学镀镍中需

要用到的一种重要原料就是次磷酸(H3PO2),次磷酸为一元弱酸。

问题1H3PO2与NaOH完全反应的化学方程式是什么?若向H3PO2溶液中滴加NaOH溶液至过量,混合溶液中水的电离程度如何变化?绘制该过程中水的电离程

度的变化曲线。提示

H3PO2是一元弱酸,与NaOH完全反应生成NaH2PO2和H2O,反应的化学方程

式为H3PO2+NaOH

NaH2PO2+H2O。H3PO2抑制水的电离,NaH2PO2促进水的电离,过量的NaOH抑制水的电离,所以二者恰好完全反应生成NaH2PO2时水的电离

程度最大。向H3PO2溶液中滴加过量NaOH溶液过程中水的电离程度变化曲线如图所示:

问题225℃时,向20mL0.1mol/L的H3PO2溶液中滴加0.1