2023-2024学年高二化学苏教版2023选择性必修1同步教案 3.4.2沉淀溶解平衡原理的应用

第第页2023-2024学年高二化学苏教版2023选择性必修1同步教案3.4.2沉淀溶解平衡原理的应用3.4.2沉淀溶解平衡

（第2课时）

一、核心素养发展目标

1、能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质。

2、学会用沉淀溶解平衡的移动解决生产、生活中的实际问题，并设计实验探究方案，进行沉淀转化等实验探究。

二、教学重难点

重点：1.沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质；

2.沉淀溶解平衡的应用。

难点：沉淀溶解平衡的应用。

三、教学方法

实验探究法、总结归纳法、分组讨论法等

四、教学过程

【导入】思考：遇到不慎误食可溶性钡盐造成中毒的病人，应尽快用5.0%硫酸钠溶液给患者洗胃，为什么？

【生】BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO42-(aq)

增大c(SO42-)，使Qc>Ksp以产生BaSO4沉淀。

【讲解】沉淀转化原理

在科学研究和工农业生产中，常常需要将某种沉淀转化为其他沉淀。在什么条件下能够实现沉淀的转化呢？

【展示】验探究AgCl、AgI、Ag2S的转化

【讲解】

实验操作

实验现象有白色沉淀析出白色沉淀转化为黄色沉淀黄色沉淀转化为黑色沉淀

实验结论(1)AgCl沉淀可转化为AgI沉淀(2)AgI沉淀又可转化为Ag2S沉淀

理论分析

①根据溶解度数据可知三种沉淀溶解能力从大到小的顺序是AgCl＞AgI＞Ag2S。

②向AgCl沉淀中滴加KI溶液时，溶液中的Ag＋和I－结合生成了更难溶解的AgI，溶液中Ag＋浓度减小，促使AgCl的沉淀溶解平衡向其溶解的方向移动，最终AgCl完全转化为AgI。

AgI转化为Ag2S的原理相同。

③沉淀的转化示意图

④沉淀转化的离子方程式：

AgCl(s)＋I－?AgI(s)＋Cl－；

2AgI(s)＋S2－?Ag2S(s)＋2I－。

【讲解】沉淀转化的实质：沉淀溶解平衡的移动。

沉淀转化的条件：溶液中的离子浓度幂之积大于Ksp

(1)一般是溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越容易。

(2)在特殊情况下，控制反应条件，也可使溶解能力相对较弱的物质转化为溶解能力相对较强的物质。

【讲解】注意事项

(1)一般来说，当溶液中有多种可以沉淀的离子且生成相同类型的沉淀时，Ksp越小的越先沉淀。

(2)当离子浓度小于1×10－5mol·L－1时，认为已完全沉淀。

【讲解】沉淀转化的应用

沉淀转化在生产和科研中具有极其重要的应用。在分析化学中常常先将难溶强酸盐转化为难溶弱酸盐，然后用酸溶解，使阳离子进入溶液。

【展示】应用一

重晶石（主要成分是BaSO4）是制备钡化合物的重要原料，但是BaSO4不溶于水也不溶于酸、碱，难以直接利用。

【讲解】重晶石转化为可溶性钡盐

BaCO3(s)Ba2＋(aq)

(1)沉淀转化

虽然BaSO4比BaCO3更难溶于水，由于饱和Na2CO3溶液中的CO浓度较大，BaSO4电离出的Ba2＋仍有部分能与CO结合形成BaCO3沉淀。用饱和Na2CO3溶液多次重复处理，可使大部分BaSO4转化为BaCO3。

离子方程式为BaSO4(s)＋CO?BaCO3(s)＋SO。

(2)沉淀溶解

用盐酸溶解碳酸钡，可使Ba2＋转入溶液中。

离子方程式为BaCO3(s)＋2H＋===Ba2＋＋H2O＋CO2↑。

【讲解】应用二

除去水垢中的CaSO4等，需要“碱洗”。即用Na2CO3溶液等浸泡一段时间，再辅以“酸洗”，可除去CaSO4。

请运用沉淀溶解平衡的原理解释原因。

CaSO4→CaCO3沉淀的转化

对于CaSO4的沉淀溶解平衡，CO32-与Ca2+反应，使c(Ca2+)减小，使Q＜Ksp，平衡向CaSO4溶解的方向移动。生成的CaCO3，可用盐酸除去。

【展示】应用三

龋齿与含氟牙膏

20世纪50年代，流行病学研究发现，氟化物具有预防龋齿的作用。1955年，含有氟化亚锡（SnF2）的牙膏问世。后来单氟磷酸钠（Na2PO3F）代替了氟化亚锡。此外，预防龋齿的牙膏中的氟化物还有氟化钠（NaF）和氟化锶（SrF2）等。

龋齿的成因可能是食物在口腔细菌和酶的作用下产生的有机酸（例如糖类分解产生的乳酸）穿透牙釉质表面，使牙齿表面的矿物质羟基磷灰石［Ca5(PO4)3(OH)］溶解。由于细菌在牙齿表面形成一层黏膜——齿斑（或称菌斑），有机酸能够长时间与牙齿表面密切接触，羟基磷灰石持续溶解，最终形成龋齿。

含氟牙膏中少量的氟离子能与羟基磷灰石发生反应，生成更难溶解的氟磷灰石［Ca5(PO4)3F］。

氟磷灰石比羟基磷灰石更能抵抗酸的侵蚀，并且氟离子还能抑制口腔细菌产生有机酸。含氟牙膏的使用显著降低了龋齿的发生率，使人们的牙齿更健康。

Ca5(PO4)3(OH)(s)＋F－Ca5(PO4)3F(s)＋OH－

【讲解】在无机化合物制备与提纯、废水处理等领域中，常利用生成沉淀的方法分离或除去某些离子。

应用四除去CuSO4溶液中混有的少量Fe3＋

由于Fe(OH)3的溶解度比Cu(OH)2小得多，调节溶液的pH至3～4时，Cu2＋留在溶液中，Fe3＋

水解生成Fe(OH)3而析出，达到除去Fe3＋的目的。

【讲解】应用五铜蓝矿的形成过程

在铜蓝矿的形成过程中，CuSO4与ZnS、PbS作用转化为CuS的过程，实质上就是沉淀的转化过程，可从ZnS和PbS的Ksp远大于CuS的Ksp得以解释。［Ksp(ZnS)＝2.93×10-25，Ksp(PbS)＝9.04×10-29，Ksp(CuS)＝1.27×10-36］

原生铜的硫化物CuSO4(溶液)CuS(铜蓝)

生成铜蓝的有关化学方程式：

ZnS(s)＋CuSO4??CuS(s)＋ZnSO4，

PbS(s)＋CuSO4??CuS(s)＋PbSO4。

【讲解】常见的沉淀溶解平衡图像类型总结

类型1c(Mn＋)、c(An－)型图像

如图为BaSO4沉淀溶解平衡曲线(温度一定)：

(1)曲线上的任意一点均为达到溶解平衡的平衡点，可利用曲线上点的坐标来计算Ksp(BaSO4)；

(2)曲线上方的点溶液过饱和，c(Ba2＋)·c(SO)＞Ksp(BaSO4)，有沉淀生成；

(3)曲线下方的点为不饱和溶液，c(Ba2＋)·c(SO)＜Ksp(BaSO4)，无沉淀生成，加入BaSO4可继续溶解。

类型2S—pH或c(Mn＋)—pH图像

Fe(OH)3和Cu(OH)2的c—pH关系如图(温度一定)：

图中曲线为相应金属离子氢氧化物的沉淀溶解平衡曲线，可利用图像判断有关氢氧化物的Ksp的大小以及离子分离方法的选择。

类型3离子浓度负对数(pX)—溶液体积(V)图像

0．1mol·L－1AgNO3溶液滴定20.00mL含有Cl－、Br－、I－且浓度均为0.1mol·L－1的混合溶液，绘得滴定曲线如图：

(1)图中曲线的起始部分，滴入c(Ag＋)不足，c(X－)变化较小，在恰好反应时出现突跃，突跃后的三条曲线为相应AgX的沉淀溶解平衡曲线。

(2)若已知a、b、c所代表的卤素离子的曲线，则可比较相应AgX的Ksp大小或利用Ksp的大小分析a、b、c分别代表哪种卤素离子的曲线。

类型4离子浓度对数或负对数曲线

解题时要理解pH、pOH、pC的含义，以及图像横、纵坐标代表的含义，通过曲线的变化趋势，找到图像与已学化学知识间的联系。

(1)pH(或pOH)—pC图

横坐标：将溶液中c(H＋)取负对数，即pH＝－lgc(H＋)，反映到图像中是c(H＋)越大，则pH越小，pOH则相反。

纵坐标：将溶液中某一微粒浓度[如c(A)]或某些微粒浓度的比值取负对数，即pC＝－lgc(A)，反映到图像中是c(A－)越大，则pC越小。

例如：常温下，几种难溶氢氧化物的饱和溶液中金属离子浓度的负对数与溶液的pH关系如图所示。

①直线上的任意一点都达到沉淀溶解平衡。

②由图像可得Fe3＋、Al3＋、Fe2＋、Mg2＋完全沉淀的pH分别为4、4.8、8.3、11.2。

(2)pC—pC图

纵、横坐标均为一定温度下，溶解平衡粒子浓度的负对数。

例如：已知p(Ba2＋)＝－lgc(Ba2＋)，p(酸根离子)＝－lgc(酸根离子)，酸根离子为SO或CO。某温度下BaSO4、BaCO3的沉淀溶解关系如图所示，

①直线上的任意一点都达到沉淀溶解平衡。

②p(Ba2＋)＝a时，即c(Ba2＋)＝10－amol·L－1时，p(SO)>p(CO)，从而可知Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3)。

③M点在BaCO3平衡曲线上方，p(Ba2＋)、p(CO)均大于平衡值，此时溶液中c(Ba2＋)、c(CO)均小于平衡线上的值，故不能生成BaCO3沉淀；M点在BaSO4平衡曲线下方，p(SO)、p(Ba2＋)

小于平衡值，此时溶液中c(Ba2＋)、c(SO)均大于平衡线上的值，故能生成BaSO4沉淀。

④此类图像沉淀溶解平衡直线，直线上任意一点都表示饱和溶液，直线上方或下方的任一点则表示不饱和溶液或过饱和溶液。

【课堂小结】师生共同完成。

沉淀溶解平衡的应用三方面：沉淀的生成、沉淀的溶解、沉淀的转化。

二、思路：核心物质-寻找平衡-改变条件-比较Q、Ksp

【课堂