新教材适用2024-2025学年高中化学第3章水溶液中的离子反应与平衡第4节沉淀溶解平衡第2课时沉淀溶解平衡的应用学案新人教版选择性必修1

第2课时沉淀溶解平衡的应用学习目标1．通过试验探究，了解沉淀的生成、溶解与转化。2．能够依据化学平衡原理分析沉淀的生成、溶解与转化。3．能举例说明沉淀溶解平衡在生产、生活中的应用。能运用沉淀溶解平衡原理，分析和解决生产、生活中有关的实际问题。核心素养1．运用化学平衡移动原理分析、理解沉淀的生成、溶解及转化，培育改变观念与平衡思想。2．通过沉淀的生成、溶解与转化在生产、生活和科学探讨中的应用，培育科学看法与社会责任。3．设计简洁的试验方案验证沉淀的生成、溶解与转化，培育科学探究与创新意识。生活中沉淀溶解平衡的应用医疗上用BaSO4作“钡餐”而不用BaCO3的缘由：碳酸钡和硫酸钡的沉淀溶解平衡分别为：BaCO3(s)Ba2＋(aq)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)，Ksp＝5.1×10－9BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)，Ksp＝1.1×10－10BaCO3(s)Ba2＋(aq)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)由于胃酸的酸性很强(pH为0.9～1.5)，假如服下碳酸钡，胃酸可与COeq\o\al(2－,3)反应生成二氧化碳和水，使COeq\o\al(2－,3)的浓度降低，Qc<Ksp，从而使碳酸钡的沉淀溶解平衡向右移动，使Ba2＋浓度增大而引起人体中毒。所以，不能用碳酸钡作“钡餐”。而硫酸是强酸，胃液中高浓度的H＋对硫酸钡的沉淀溶解平衡基本没有影响，Ba2＋浓度可以保持在平安浓度标准以下，因此硫酸钡可用作“钡餐”。新知预习一、沉淀生成1．生成沉淀方法：(1)调整pH法。加入氨水调整溶液的pH至7～8，可除去氯化铵中的杂质氯化铁。反应离子方程式：Fe3＋＋3NH3·H2O=Fe(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。(2)加沉淀剂法。加入的沉淀剂与Cu2＋反应的离子方程式与Hg2＋反应的离子方程式Na2SCu2＋＋S2－=CuS↓Hg2＋＋S2－=HgS↓H2SCu2＋＋H2S=CuS↓＋2H＋Hg2＋＋H2S=HgS↓＋2H＋2.化学沉淀法废水处理工艺流程：二、沉淀的溶解1．原理：对于在水中难溶的电解质，假如不断_移去__平衡体系中的相应离子，使平衡向_沉淀溶解__的方向进行，从而使沉淀溶解。例如CaCO3溶于盐酸的过程：分析：CO2气体逸出，_c(COeq\o\al(2－,3))__不断减小，离子积Q(CaCO3)_＜__Ksp(CaCO3)，导致平衡向_沉淀溶解__的方向移动。溶解的离子方程式：CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O。2．试验探究：试验操作试验现象_无明显现象___固体渐渐溶解__试验分析_Mg(OH)2难溶于水___Mg(OH)2在水中存在溶解平衡，加入盐酸使c(OH－)减小，溶解平衡向沉淀溶解的方向移动__反应离子方程式Mg(OH)2＋2H＋=Mg2＋＋2H2O三、沉淀的转化1．试验探究：(1)Ag＋沉淀转化的试验探究。试验步骤试验现象A中产生_白色沉淀__，B中变为_黄色沉淀__，C中变为_黑色沉淀__离子方程式试管A：Ag＋＋Cl－=AgCl↓试管B：AgCl＋I－=AgI↓＋Cl－试管C：2AgI＋S2－=Ag2S↓＋2I－试验分析Ksp(AgCl)_＞__Ksp(AgI)_＞__Ksp(Ag2S)(2)Mg(OH)2与Fe(OH)3转化的试验探究。试验步骤试验现象①中产生_白色沉淀__，②中变为_红褐色沉淀__离子方程式试管①：Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓，试管②：3Mg(OH)2(s)＋2Fe3＋(aq)=3Mg2＋(aq)＋2Fe(OH)3(s)试验分析Ksp[Mg(OH)2]_＞__Ksp[Fe(OH)3]2.沉淀转化的实质：沉淀转化的实质就是_沉淀溶解平衡的移动__。一般说来，溶解度小的沉淀易转化为溶解度更小的沉淀。溶解度差别_越大__，转化越简洁。3．沉淀转化的应用：(1)锅炉除水垢。水垢中CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)有关化学方程式：CaSO4(s)＋Na2CO3(aq)=CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)、CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O＋CO2↑。(2)自然界中矿物的转化。如原生铜硫化物eq\o(→,\s\up7(氧化),\s\do5(淋滤))CuSO4(溶液)eq\o(→,\s\up7(ZnS),\s\do5(PbS))CuS(铜蓝)有关化学方程式：ZnS(s)＋CuSO4(aq)=CuS(s)＋ZnSO4(aq)，PbS(s)＋CuSO4(aq)=CuS(s)＋PbSO4(s)。预习自测1．化工生产中含Cu2＋的废水常用MnS(s)作沉淀剂，其反应原理为Cu2＋(aq)＋MnS(s)CuS(s)＋Mn2＋(aq)，下列有关该反应的说法不正确的是(A)A．该反应达到平衡时，c(Cu2＋)＝c(Mn2＋)B．CuS的溶解度比MnS的溶解度小C．往平衡体系中加入少量Cu(NO3)2(s)后，c(Mn2＋)变大D．该反应的平衡常数表达式为K＝eq\f(Ksp(MnS),Ksp(CuS))解析：反应达到平衡时，c(Cu2＋)和c(Mn2＋)不再改变，二者不肯定相等，A项错误；该反应是沉淀的转化，溶解度小的物质能够转化为溶解度更小的物质，B项正确；加入Cu(NO3)2(s)，溶液中的c(Cu2＋)增大，平衡向正反应方向移动，c(Mn2＋)增大，C项正确；Ksp(MnS)＝c(Mn2＋)·c(S2－)，Ksp(CuS)＝c(Cu2＋)·c(S2－)，所以eq\f(Ksp(MnS),Ksp(CuS))＝eq\f(c(Mn2＋),c(Cu2＋))＝K，D项正确。2．下列说法中正确的是(D)A．钡中毒患者可尽快运用苏打溶液洗胃，随即导泻使Ba2＋转化为BaCO3而排出B．工业上不行以用FeS等不溶性硫化物除去废水中的Hg2＋C．水中的Mg(HCO3)2、Ca(HCO3)2受热易分解生成难溶性的MgCO3、CaCO3，故水垢的主要成分是MgCO3、CaCO3D．珊瑚虫从四周海水中获得Ca2＋和HCOeq\o\al(－,3)，经反应形成石灰石(CaCO3)外壳，从而渐渐形成珊瑚解析：A项中不能用苏打洗胃，胃酸的主要成分为HCl，酸性较强，BaCO3会反应而溶解，应用Na2SO4；B项，由于Ksp(FeS)>Ksp(HgS)，可以用FeS除去废水中的Hg2＋；C项，水垢的主要成分为CaCO3、Mg(OH)2。3．已知几种难溶电解质的溶度积常数Ksp(25℃)如下：难溶电解质ZnSCuSHgSKsp1.6×10－246.3×10－361.6×10－52向100mL含Zn2＋、Cu2＋和Hg2＋浓度均为0.01mol·L－1的溶液中逐滴加入0.001mol·L－1的Na2S溶液，下列说法正确的是(C)A．Zn2＋先沉淀 B．Cu2＋先沉淀C．Hg2＋先沉淀 D．同时沉淀解析：向Zn2＋、Cu2＋和Hg2＋浓度均为0.01mol·L－1的溶液中逐滴加入0.001mol·L－1的Na2S溶液，当溶液中离子起先沉淀时，溶液中c(金属离子)×c(S2－)＝Ksp，Ksp越小的难溶物最先生成，Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)>Ksp(HgS)，因此Hg2＋先沉淀。故选C。学问点沉淀溶解平衡的应用问题探究：1．在有Cl－和Br－共同存在的溶液中，只要滴入AgNO3溶液，就肯定先有AgBr沉淀生成吗？2．AgCl可以转化为AgBr，试思索AgBr有可能转化为AgCl吗？3．已知不同金属离子在溶液中完全沉淀时，溶液的pH不同。如Fe3＋：pH≥3.7，Cu2＋：pH≥4.4。据信息分析除去CuCl2溶液中的FeCl3应选什么试剂，原理是什么？探究提示：1．这要看原溶液中c(Cl－)、c(Br－)的大小，因为生成沉淀必需要满意条件c(Ag＋)·c(X－)>Ksp(AgX)，假如c(Cl－)较大而c(Br－)较小，c(Ag＋)·c(Cl－)>Ksp(AgCl)，而c(Ag＋)·c(Br－)<Ksp(AgBr)时，则先生成AgCl沉淀。2．有可能。当溶液中c(Ag＋)·c(Br－)之积小于Ksp(AgBr)而c(Cl－)·c(Ag＋)之积大于Ksp(AgCl)时，就会使AgBr转化为AgCl沉淀。即向AgBr溶解的平衡体系中加入浓度足够大的Cl－，就会使AgBr转化为AgCl沉淀。3．因FeCl3发生水解反应：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，故可选择CuO或CuCO3或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，消耗Fe3＋水解生成的H＋，调整溶液pH于3.7～4.4，从而促进Fe3＋完全以Fe(OH)3形式沉淀出来，并通过过滤除去Fe(OH)3及过量的CuO或CuCO3或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3。学问归纳总结：1．沉淀溶解平衡的应用：应用实例沉淀的生成加沉淀剂法分离离子如以Na2S、H2S等作沉淀剂，使某些金属离子如Cu2＋、Hg2＋等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，也是分别、除去杂质常用的方法。离子方程式为Cu2＋＋S2－=CuS↓、Cu2＋＋H2S=CuS↓＋2H＋和Hg2＋＋S2－=HgS↓、Hg2＋＋H2S=HgS↓＋2H＋限制溶液的pH分别物质如工业原料NH4Cl中含杂质FeCl3，使其溶解于水，再加入氨水调整pH至7～8，可使Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀而除去，离子方程式为Fe3＋＋3NH3·H2O=Fe(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)沉淀的溶解酸碱溶解法如酸溶解法：如难溶于水的CaCO3沉淀可以溶于盐酸中。反应中，气体CO2的生成和逸出，使CaCO3溶解平衡体系中的COeq\o\al(2－,3)浓度不断减小，平衡向沉淀溶解的方向移动盐溶解法如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液是由于NHeq\o\al(＋,4)与OH－反应，使c(OH－)减小，Mg(OH)2溶解平衡右移沉淀的转化实例①锅炉中的水垢含有CaSO4的转化清除过程：CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)②在自然界也发生着溶解度小的矿物转化为溶解度更小的矿物的现象。地表的原生铜的硫化物被氧化为CuSO4溶液，向地下渗透时，深层的闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)，便渐渐地转变为铜蓝(CuS)转化的一般原则(1)溶解度较小的沉淀易转化成溶解度更小的沉淀(2)当一种试剂能沉淀溶液中的几种离子时，生成沉淀所需试剂离子浓度越小的越先沉淀(3)假如生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大，就能分步沉淀，从而达到分别离子的目的(4)两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越简洁2.沉淀先后依次的推断：向溶液中加入沉淀剂，当有多种沉淀生成时，哪种沉淀的溶解度最小(当各种沉淀的Ksp表达式相同时，Ksp越小，沉淀的溶解度越小)，则最先生成该沉淀。(1)向含等浓度Cl－、Br－、I－的混合液中加入AgNO3溶液，最先生成的沉淀是AgI。(2)向含等浓度COeq\o\al(2－,3)、OH－、S2－的混合液中加入CuSO4溶液，最先生成的沉淀是CuS。(3)向Mg(HCO3)2溶液中加入适量NaOH溶液，生成的沉淀是Mg(OH)2而不是MgCO3，缘由是Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小。典例下列说法正确的是(D)A．向AgI沉淀中加入饱和KCl溶液，有白色沉淀生成，说明AgCl比AgI更难溶B．向浓度均为0.1mol·L－1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水，若先生成蓝色Cu(OH)2沉淀，则Ksp[Mg(OH)2]<Ksp[Cu(OH)2]C．向BaSO4饱和溶液中加入饱和Na2CO3溶液，有白色沉淀产生，说明Ksp(BaSO4)大于Ksp(BaCO3)D．向1mL0.2mol·L－1的NaOH溶液中滴入1mL0.1mol·L－1的MgCl2溶液，产生白色沉淀后，再滴加2滴0.1mol·L－1的FeCl3溶液，又生成红褐色沉淀，说明在相同温度下的溶解度：Mg(OH)2>Fe(OH)3解析：A项，加入饱和KCl溶液，c(Cl－)比较大，会导致c(Cl－)·c(Ag＋)>Ksp(AgCl)，不能说明AgCl比AgI更难溶，错误；B项能说明Ksp[Mg(OH)2]>Ksp[Cu(OH)2]，错误；C项；加入饱和Na2CO3溶液，c(COeq\o\al(2－,3))比较大，会导致c(COeq\o\al(2－,3))·c(Ba2＋)>Ksp(BaCO3)，不能说明Ksp(BaSO4)大于Ksp(BaCO3)，错误；D项，加入FeCl3溶液后，白色沉淀转化为红褐色沉淀，说明在相同温度下的溶解度：Mg(OH)2>Fe(OH)3，正确。变式训练酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其四周是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示：化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值10－1710－1710－39用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是加稀硫酸和H2O2溶解，铁变为_Fe3＋__，加碱调整至pH为_2.7__时，铁元素恰好沉淀完全(离子浓度小于1×10－5mol·L－1时，即可认为该离子沉淀完全)；接着加碱至pH为_6__时，锌起先沉淀(假定Zn2＋浓度为0.1mol·L－1)。若上述过程不加H2O2后果是_Zn2＋和Fe2＋分别不开__，缘由是_Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近__。解析：由Zn(OH)2、Fe(OH)2、Fe(OH)3的Ksp可分别计算出Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋完全沉淀时的pH为8、8、2.7。所以要除去Zn皮中的杂质铁，需先把Fe转化为Fe3＋，再调整溶液pH＝2.7时Fe3＋恰好沉淀完全，再加碱至溶液pH＝6时，Zn2＋起先沉淀[因c(Zn2＋)＝0.1mol·L－1，所以c(Zn2＋)·c2(OH－)＝10－17，得出对应pH＝6]。所以溶解金属时加H2O2的目的就是使Fe转化为Fe3＋，否则Fe2＋和Zn2＋一起沉淀，无法分别出杂质。1．概念之间的关系溶度积溶解度物质的量浓度在肯定温度下，难溶电解质在溶液中达到溶解平衡时，溶液中有关离子的浓度幂之积在肯定温度下，物质在溶液中达到饱和时，100g溶剂(不特别说明，溶剂指水)所溶解溶质的质量用单位体积的溶液里所含溶质的物质的量来表示溶液组成的物理量由此可见溶度积、溶解度、物质的量浓度不外乎用溶质的质量或物质的量以及溶剂、溶液的质量或体积来表示溶液的组成。其中，溶质的物质的量与质量之间可通过溶质的摩尔质量来实现相互转化，溶液的体积与质量之间可通过溶液的密度来实现相互转化，故溶度积、溶解度、物质的量浓度三者之间可实现相互转化。2．溶度积、溶解度及物质的量浓度之间的换算方法由于难溶电解质的溶解度很小，在计算时可以把溶液的密度看成水的密度，则溶液的质量可近似看成溶剂水的质量，故溶度积(Ksp)、溶解度(S)、物质的量浓度(c)之间相互转化的方法如下：(1)由溶解度(S)求溶度积(Ksp)的方法对于AmBn(s)mAn＋(aq)＋nBm－(aq)，Ksp＝cm(An＋)·cn(Bm－)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(10mS,M)))m·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(10nS,M)))n。式中M犯难溶电解质AmBn的摩尔质量；由100g水中溶解SgAmBn可得c(AmBn)＝eq\f(10S,M)mol·L－1，其中溶液质量近似为100g、体积近似为100mL。(2)由溶度积(Ksp)求溶解度(S)的方法利用Ksp→c(An＋)或c(Bm－)→1L溶液中含有AmBn的物质的量→100g溶液(体积约为0.1L，也可近似看作100g水)中AmBn的物质的量→S(100g水中溶解AmBn的质量)。(3)由溶解度(S)求物质的量浓度(c)的方法c＝eq\f(1000ρS,(100＋S)M)式中ρ为溶液密度，对于难溶电解质而言，其溶液密度可近似为水的密度；M为溶质的摩尔质量。1．25℃时，三种难溶银盐的Ksp与颜色如下表，下列说法正确的是(C)AgClAg2CrO4AgI颜色白砖红黄Ksp1.8×10－101.0×10－128.5×10－17A.AgCl、Ag2CrO4、AgI饱和溶液中c(Ag＋)依次减小B．Ag2CrO4饱和溶液中c(Ag＋)约为1.0×10－6mol·L－1C．向AgCl悬浊液中加入足量KI溶液，沉淀将由白色转化为黄色D．向等浓度的KCl与K2CrO4混合溶液中滴加少量AgNO3溶液，将生成砖红色沉淀解析：由表中数据可知，AgCl饱和溶液中c(Ag＋)＝eq\r(,1.8×10－10)mol·L－1＝eq\r(,1.8)×10－5mol·L－1，Ag2CrO4饱和溶液中c(Ag＋)＝eq\r(3,2×1.0×10－12)mol·L－1＝eq\r(3,2)×10－4mol·L－1，A、B两项错误；AgI的溶度积小于AgCl，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的简洁实现，所以向AgCl悬浊液中加入足量KI溶液，可能有黄色沉淀产生，C项正确；由A项可知，饱和溶液中c(Ag＋)：AgCl<Ag2CrO4，向等浓度的KCl与K2CrO4混合溶液中滴加少量AgNO3溶液，将生成白色沉淀，D项错误。2．已知BaCO3、BaSO4溶度积常数分别为Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9，Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，则BaSO4可作钡餐，BaCO3不能作钡餐的主要缘由是(D)A．BaSO4的溶度积常数比BaCO3的小B．SOeq\o\al(2－,4)没有毒性，COeq\o\al(2－,3)有毒性C．BaSO4的密度大D．胃酸能与COeq\o\al(2－,3)结合，生成CO2和H2O，使BaCO3的溶解平衡向右移动，Ba2＋浓度增大，造成人体Ba2＋中毒解析：BaSO4可作钡餐是因为硫酸钡不溶于酸。而BaCO3能与酸反应：BaCO3＋2H＋=Ba2＋＋H2O＋CO2↑，生成的Ba2＋进入人体，会造成重金属盐中毒。3．已知如下物质的溶度积常数：FeS：Ksp＝6.3×10－18；CuS：Ksp＝6.3×10－36。下列说法正确的是(D)A．同温度下，CuS的溶解度大于FeS的溶解度B．同温度下，向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体后，Ksp(FeS)变小C．向含有等物质的量的FeCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液，最先出现的沉淀是FeSD．除去工业废水中的Cu2＋，可以选用FeS作沉淀剂解析：A项，由于FeS的Ksp大，且FeS与CuS的Ksp表达式是相同类型的，因此FeS的溶解度比CuS大；B项，Ksp不随浓度改变而改变，它只与温度有关；C项，先达到CuS的Ksp，先生成CuS沉淀；D项，