化学课件：沉淀溶解平衡

第3节沉淀溶解平衡一、沉淀溶解平衡1.实验探究在装有少量难溶的PbI2黄色固体的试管中,加入约3mL蒸馏水,充分振荡后静置。(1)若在上层清液中滴加浓的KI溶液,观察到的现象是________________________。(2)由上述实验得出的结论是____________________________________________。必备知识·素养奠基上层清液中出现黄色沉淀原上层清液中含有Pb2+,PbI2在水中存在溶解平衡2.概念在一定温度下,沉淀___________的速率等于___________________的速率,固体的质量和溶液中各离子的浓度_________的状态叫作沉淀溶解平衡。3.表示方法PbI2沉淀溶解平衡可表示为PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq)。溶解成离子离子重新结合成沉淀保持不变【巧判断】(1)电解质的溶解开始后,只有电解质的溶解过程,没有电解质的析出过程。

(

)提示:×。电解质溶解开始后,离子就已开始结合析出,只不过是析出速率小于溶解速率。(2)沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的各离子浓度相等,且保持不变。(

)提示:×。沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的离子浓度保持不变,但不一定相等。二、溶度积1.概念在一定温度下,沉淀达到溶解平衡后的溶液为_____溶液,其离子浓度______________,溶液中各离子浓度幂之积为常数,叫作___________或_______,用___表示。饱和不再发生变化溶度积常数溶度积Ksp2.表达式(1)AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)Ksp=_______________;(2)Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq)Ksp=______________;(3)AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)Ksp=_______________。c平(Ag+)c平(Cl-)3.影响因素溶度积常数只与_______________________有关,与沉淀的量和溶液中离子的浓度无关。难溶电解质的性质和温度【微思考】不同类型的物质,Ksp数值差别较小时,能不能用Ksp直接作为难溶电解质在水中溶解能力的判断依据?提示:不同类型的物质,Ksp数值差别较小时,不能用Ksp直接作为判断的依据,如AgCl的Ksp为1.8×10-10mol2·L-2,Mg(OH)2的Ksp为1.8×10-11mol3·L-3,虽然Mg(OH)2的Ksp更小,但Mg(OH)2的溶解能力大于AgCl的溶解能力。三、沉淀溶解平衡的应用1.沉淀的溶解与生成(1)溶度积规则(浓度商Q与Ksp的关系)Q

__

Ksp溶液中的离子生成沉淀,直至平衡。

Q

__

Ksp沉淀溶解与离子生成沉淀处于平衡状态。

Q

__

Ksp若体系中有足量固体,则固体溶解,直至平衡。

>=<(2)应用。①作“钡餐”用_____而不用BaCO3②误服可溶性钡盐可用__________溶液洗胃③石笋、钟乳石和石柱的形成,涉及的化学反应有_________________________,_____________________________。④珊瑚的形成____________________________△BaSO45%的Na2SO4CaCO3+H2O+CO2====Ca(HCO3)2Ca(HCO3)2====CaCO3↓+H2O+CO2↑Ca2++2CaCO3+CO2+H2O【微思考】BaCO3和BaSO4都难溶于水,在医学上常用BaSO4作钡餐透视,而不能用BaCO3的原因是什么?提示:原因是BaCO3能溶于胃酸(主要成分为盐酸),反应原理为BaCO3(s)Ba2+(aq)+(aq);+2H+CO2+H2O。可见,胃酸消耗

,使溶液中

的浓度降低,则Q<Ksp,从而使BaCO3的沉淀溶解平衡向右移动,使Ba2+浓度增大而引起人体重金属中毒。2.沉淀的转化(1)ZnS沉淀转化为CuS沉淀实验步骤

实验现象______________________离子反应方程式S2-(aq)+Zn2+(aq)

ZnS↓ZnS(s)+Cu2+(aq)====CuS(s)+Zn2+(aq)实验结论___________的沉淀可以转化成_____________的沉淀有白色沉淀有黑色沉淀溶解能力小溶解能力更小(2)沉淀转化的应用①工业废水处理工业废水处理过程中,重金属离子可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。用FeS除去Hg2+的离子方程式:__________________________________。FeS(s)+Hg2+(aq)HgS(s)+Fe2+(aq)②水垢的形成硬水煮沸形成的水垢主要成分是CaCO3和Mg(OH)2,说明它形成的原因(用化学方程式表示)。_____________________________,______________________________,___________________________。△△△Mg(HCO3)2====MgCO3↓+H2O+CO2↑Ca(HCO3)2

====CaCO3↓+H2O+CO2↑MgCO3+H2O====Mg(OH)2↓+CO2↑【情境·思考】家用水壶、暖水瓶里长了水垢,将醋倒入壶中烧煮,可以有效去除水垢。(1)水垢的主要成分是碳酸钙、氢氧化镁等,如何形成的?(2)将醋倒入壶中烧煮,可以有效去除水垢。原理是什么?提示:(1)水垢的形成:水中溶解的碳酸氢镁和碳酸氢钙等,在沸腾的水里分解,释放出二氧化碳,变成难溶解的碳酸钙沉淀,持续加热可以使水中部分溶解的MgCO3转化为更难溶的Mg(OH)2。(2)难溶解的沉淀能溶于醋酸可以有效去除水垢,如2CH3COOH+CaCO3====(CH3COO)2Ca+H2O+CO2↑。关键能力·素养形成知识点一沉淀溶解平衡的影响因素【重点释疑】1.实例分析已知溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)ΔH>0,当改变外界条件时,其对溶解平衡的影响如下表所示:条件改变移动方向c平(Mg2+)c平(OH-)加水正向移动不变不变升温正向移动增大增大加MgCl2(s)逆向移动增大减小加盐酸正向移动增大减小加NaOH(s)逆向移动减小增大2.外界条件对沉淀溶解平衡的影响(1)温度:升高温度,多数溶解平衡向溶解方向移动;少数溶解平衡向生成沉淀方向移动,如Ca(OH)2的溶解平衡。(2)浓度:加水稀释,溶解平衡向溶解方向移动。(3)同离子:加入与难溶电解质构成中相同的离子,平衡向生成沉淀方向移动。(4)反应离子:加入可与难溶电解质溶解所得的离子反应的物质,溶解平衡向溶解方向移动。【思考·讨论】(1)对于固体物质来说,温度越高,溶解度越大吗?提示:升高温度,对于Ca(OH)2来说,其溶解度减小。(2)向澄清的PbI2饱和溶液中滴入KI溶液,有什么现象?试从平衡移动角度分析。提示:上层澄清溶液又生成黄色沉淀。PbI2饱和溶液中存在平衡PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq),滴入KI溶液,溶液中c平(I-)增大。Q>Ksp,平衡逆向移动,从而又有PbI2黄色沉淀生成。【拓展深化】(1)电解质的溶解度大小与电解质的强弱没有关系,如BaSO4是强电解质却是难溶物。(2)Ca(OH)2是微溶物,溶解度随温度的升高而减小。【案例示范】【典例】氯化银是中学化学中常见的一种物质,你知道早期在不是非常敏感的照片软片、胶版和胶纸上常使用氯化银进行感光吗?已知AgCl在溶液中存在溶解平衡:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),关于此溶解平衡的说法正确的是

(

)A.AgCl沉淀的生成和溶解同时在不断进行,且速率相等B.等物质的量的AgNO3和NaCl溶于水后,溶液中不存在Ag+和Cl-C.只要向含有AgCl的饱和溶液中加入盐酸,一定会有沉淀生成D.“”说明AgCl没有完全电离,AgCl是弱电解质【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)明确影响沉淀溶解平衡的因素。(2)注意辨析不同的影响因素对沉淀溶解平衡移动的影响程度。【解析】选A。沉淀溶解平衡是一个动态平衡,A项正确;沉淀溶解平衡存在,则肯定存在Ag+和Cl-,B项错误;如果加入盐酸后溶液中Cl-的浓度小于原饱和溶液中的Cl-浓度,则不产生沉淀,C项错误;“”说明AgCl是极少部分溶解,但溶解部分完全电离,AgCl是强电解质,D项错误。【母题追问】(1)若向AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)的平衡体系中加入NaCl固体,平衡向哪移动?提示:加入NaCl固体,增加Cl-的浓度,平衡逆向移动。(2)若向AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)的平衡体系中加水,平衡向哪个方向移动,Ksp有无变化?提示:加水,向溶解方向移动,但Ksp无变化。【迁移·应用】1.(2020·杭州高二检测)Mg(OH)2固体在水中存在下列溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),欲减少Mg(OH)2固体的量,可以加入少量的(

)A.NaOH固体 B.NaCl固体C.NaHSO4固体 D.MgSO4固体【解析】选C。欲使Mg(OH)2减少,应使平衡右移,NaHSO4电离产生的H+会使平衡体系中c平(OH-)减小,而使沉淀溶解平衡右移,Mg(OH)2固体的量减小。2.(2020·潍坊高二检测)向饱和澄清石灰水中加入少量CaC2,充分反应后恢复到原来的温度,所得溶液中 (

)A.c平(Ca2+)、c平(OH-)均增大B.c平(Ca2+)、c平(OH-)均保持不变C.c平(Ca2+)、c平(OH-)均减小D.c平(OH-)增大、c平(H+)减小【解析】选B。碳化钙溶于水与水反应生成氢氧化钙和乙炔,反应的化学方程式为CaC2+2H2O→Ca(OH)2+HC≡CH↑。由于原溶液是饱和溶液,因此生成的氢氧化钙不可能再溶解。另一方面溶剂水被消耗,导致原溶液中氢氧化钙析出,但温度不变,析出后的溶液仍然是饱和溶液,因此溶液中离子的浓度均保持不变,答案选B。知识点二溶度积及其应用【重点释疑】1.溶度积的应用(1)利用Ksp比较难溶电解质的溶解度的大小:相同温度下,同种类型的难溶电解质,Ksp越大,溶解能力越强。(2)利用Ksp判断沉淀的溶解与生成:定义难溶电解质溶液中有关离子浓度幂的乘积(浓度商)为Q。通过比较Ksp和Q的相对大小,可以判断难溶电解质在给定条件下能否溶解。Q与Ksp关系溶液性质有无沉淀析出Q>Ksp过饱和有沉淀析出Q=Ksp饱和沉淀溶解平衡Q<Ksp不饱和无沉淀析出2.溶度积的计算(1)溶度积的计算。①已知溶度积,求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp=a的饱和AgCl溶液中,c平(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AgCl的Ksp=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平(Ag+)=10amol·L-1。(2)计算沉淀生成和沉淀完全。(可视为离子浓度小于10-5mol·L-1)时的pH:利用Ksp和Kw的关系计算溶液的pH①沉淀开始时pH的计算已知25℃时,Ksp[Cu(OH)2]=2×10-20mol3·L-3计算向2mol·L-1的CuSO4溶液中加入NaOH调节溶液pH是多少时才开始生成Cu(OH)2沉淀。提示:Ksp[Cu(OH)2]=c平(Cu2+)·(OH-)=2mol·L-1×(OH-)=2×10-20mol3·L-3c平(OH-)=10-10mol·L-1c平(H+)==10-4mol·L-1pH=-lgc平(H+)=-lg10-4=4②沉淀完全时pH的计算:已知25℃时,Ksp[Zn(OH)2]=1×10-17mol3·L-3计算向0.1mol·L-1ZnCl2溶液中加入NaOH调节溶液pH是多少时,溶液中Zn2+沉淀完全。提示:当溶液中c平(Zn2+)≤10-5mol·L-1时,可视为Zn2+沉淀完全。Ksp[(Zn(OH)2]=c平(Zn2+)·(OH-)=10-5mol·L-1·(OH-)=1×10-17mol3·L-3c平(OH-)=10-6mol·L-1c平(H+)==10-8mol·L-1pH=-lgc平(H+)=-lg10-8=8【思考·讨论】(1)已知:Ksp(AgCl)=1.8×10-10mol2·L-2,Ksp(AgI)=8.3×10-17mol2·L-2,Ksp(AgBr)=5.0×10-13mol2·L-2,则在AgCl、AgBr、AgI三种难溶盐的饱和溶液中,Ag+浓度大小顺序是什么?提示:同类型的难溶电解质的Ksp值越大,其溶解性越强,由Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI)可知饱和溶液中c平(Ag+):AgCl>AgBr>AgI。(2)已知CaCO3的Ksp=2.8×10-9mol2·L-2,现将浓度为2×10-4mol·L-1的Na2CO3溶液与CaCl2溶液等体积混合,若要产生沉淀,则所用CaCl2溶液的浓度至少应大于多少?提示:由沉淀形成的条件可知,要产生沉淀必须满足Q=c平(Ca2+)·c平()>2.8×10-9mol2·L-2,因两种溶液等体积混合后c平()=1×10-4mol·L-1,故混合后溶液中c平(Ca2+)应大于2.8×10-5mol·L-1,则混合前c平(CaCl2)至少应大于5.6×10-5mol·L-1。【规律方法】溶度积及应用(1)溶度积Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力,Ksp的大小和溶质的溶解度不同,它只与温度有关,与浓度无关。利用溶度积Ksp可以判断沉淀的生成、溶解情况以及沉淀溶解平衡移动方向。(2)沉淀的转化是一种难溶电解质转化为另一种难溶电解质的过程,其实质是沉淀溶解平衡的移动。【案例示范】【典例】(2020·滁州高二检测)室温时,CaCO3在水中的溶解平衡曲线如图所示。已知25℃其溶度积为2.8×10-9mol2·L-2,下列说法不正确的是(

)A.x数值为2×10-5B.c点时有碳酸钙沉淀生成C.加入蒸馏水可使溶液由d点变到a点D.b点与d点对应的溶度积相等【解题指南】解答应注意以下两点:(1)在曲线上的每一点都是在同一温度下的饱和溶液,Ksp相同。(2)c点可相对于b、d分析。【解析】选C。在d点c平()=1.4×10-4mol·L-1,因室温时,CaCO3的溶度积Ksp=2.8×10-9mol2·L-2,所以c平(Ca2+)=2×10-5mol·L-1,故x的数值为2×10-5,A正确;在c点c平(Ca2+)>2×10-5mol·L-1,即相当于增大c平(Ca2+),平衡左移,有CaCO3生成,B正确;d点为饱和溶液,加入蒸馏水后如仍为饱和溶液,则c平(Ca2+)、c平()都不变,如为不饱和溶液,则二者浓度都减小,故不可能使溶液由d点变成a点,C错误;b点与d点在相同的温度下,溶度积相等,D正确。【母题追问】(1)B项c点改为a点是否正确?提示:不正确。a点在曲线下面,为不饱和溶液,无沉淀生成。(2)升温能否使溶液由d点变到c点?提示:不能。升温CaCO3的溶度积增大,c平(Ca2+)、c平()都增大。【迁移·应用】1.(2020·三明高二检测)已知25℃时,AgCl的溶度积Ksp=1.8×10-10mol2·L-2,则下列说法正确的是 (

)A.向饱和AgCl水溶液中加入盐酸,Ksp值变大B.AgNO3溶液与NaCl溶液混合后的溶液中,一定有c平(Ag+)=c平(Cl-)C.温度一定时,当溶液中c平(Ag+)c平(Cl-)=Ksp时,此溶液中必有AgCl沉淀析出D.Ksp(AgI)<Ksp(AgCl),所以S(AgI)<S(AgCl)【解析】选D。A项,Ksp只与温度有关,不正确;B项,混合后Ag+或Cl-可能有剩余,不一定有c平(Ag+)=c平(Cl-);C项,Q=Ksp时达到溶解平衡,没有AgCl沉淀析出;D项,比较物质的溶解度大小时,要注意物质的类型相同且化学式中阴阳离子的个数比相同,溶度积越小,其溶解度也越小。如果不同,则不能直接利用溶度积的大小来比较其溶解性,需转化为溶解度进行比较,否则容易误判。2.某温度下,Ksp(CaSO4)=9×10-6mol2·L-2,此温度下CaSO4在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图。下列说法不正确的是 (

)

A.CaSO4溶解在水中,c平(Ca2+)=c平()=3×10-3mol·L-1B.在d点溶液中加入一定量的CaCl2可能会有沉淀析出C.a点对应的Ksp等于c点对应的KspD.b点将有沉淀生成,平衡后溶液中c平()=3×10-3mol·L-1【解析】选D。CaSO4溶解在水中形成的是饱和溶液,存在c平(Ca2+)·c平()=Ksp,所以c平(Ca2+)=c平()==3×10-3mol·L-1,A对;d点与c点相比较,浓度相同,Ca2+浓度较c点小,所以溶液未达到饱和,加入CaCl2后,如果c平(Ca2+)·c平()>Ksp,可能有沉淀析出,B对;a点和c点在同一条线上,所以Ksp相等,C对;b点与c点相比较,浓度相同,Ca2+浓度偏大,相当于在CaSO4的平衡中增大Ca2+浓度,平衡向生成沉淀方向进行,且Ca2+浓度大于

浓度,D错。【补偿训练】(2020·吉林高二检测)Cu(OH)2在水中存在着如下沉淀溶解平衡:Cu(OH)2(s)Cu2+(aq)+2OH-(aq),在常温下,Ksp=2×10-20mol3·L-3。某CuSO4溶液中,c平(Cu2+)=0.02mol·L-1,在常温下如果要生成Cu(OH)2沉淀,需要向CuSO4溶液中加入碱来调节pH,使溶液的pH大于 (

)A.2

B.3

C.4

D.5【解析】选D。在常温下如果要生成Cu(OH)2沉淀,则Q=c平(Cu2+)·(OH-)>Ksp[Cu(OH)2]=2×10-20mol3·L-3,所以(OH-)>,c平(OH-)>10-9mol·L-1,故应调节pH大于5。【课堂回眸】课堂检测·素养达标1.(改编题)下列应用或现象主要体现的是沉淀溶解平衡原理的是 (

)①热纯碱溶液洗涤油污的能力强②误将钡盐[BaCl2、Ba(NO3)2]当作食盐食用后,常用0.5%的Na2SO4溶液解毒③溶洞的形成④碳酸钡不能作“钡餐”而硫酸钡能⑤泡沫灭火器灭火A.②③④

B.①②③

C.③④⑤

D.全部【解析】选A。①利用的是水解原理,⑤利用两种离子水解的相互促进作用,②③④体现的均是沉淀溶解平衡原理。2.在含有Mg(OH)2沉淀的饱和溶液中加入固体NH4Cl后,则Mg(OH)2沉淀(

)A.溶解 B.增多 C.不变 D.无法判断【解析】选A。Mg(OH)2沉淀的饱和溶液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),加入NH4Cl固体后,+OH-====NH3·H2O,使c平(OH-)减小,平衡正向移动。3.方解石的化学成分为CaCO3(碳酸钙),因含微量元素Mn、Fe、Zn、Co等而呈现丰富的颜色。已知,在有固态CaCO3存在的饱和溶液中,存在着如下平衡CaCO3(s)Ca2+(aq)+(aq),加入下列溶液能使CaCO3质量增加的是(

)A.CaCl2溶液 B.KNO3溶液C.NH4Cl溶液 D.NaCl溶液【解析】选A。加入KNO3溶液和NaCl溶液相当于加入了H2O,使平衡向右移动,使CaCO3质量减少;加入NH4Cl溶液,由于

水解显酸性,消耗了

,使平衡向右移动,促进了CaCO3的溶解使其质量减少;而加入CaCl2溶液,增大了钙离子的浓度,使平衡左移,使CaCO3质量增加。4.已