沉淀溶解平衡+高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四节

沉淀溶解平衡第三章

水溶液中的离子反应与平衡【情境创设】肾结石为泌尿系常见病，多发病，人群发病率1/20。病因是尿液中成石物质浓度升高或溶解度降低，析出晶体并局部生长聚积形成结石。肾结石的主要成分：CaC2O4Ca2++C2O42-=CaC2O4↓为什么多喝水能有效缓解肾结石？难溶物在水中存在溶解现象和平衡？肾结石的产生与治疗AgNO3的溶液和NaCl溶液混合，请写出可能出现的现象和反应的离子方程式。

现象：离子方程式：生成白色沉淀Ag++Cl—=AgCl↓现象：产生黄色沉淀原因：Ag+

+

I-

=

AgI↓结论：上层清液中含有Ag+和Cl-【思考】如果上述两种溶液中AgNO3和NaCl的物质的量相等且充分反应，此时溶液中还有Ag+和Cl-吗？如何验证？通过以上实验可以看出，沉淀(如AgCl)在水中并不是完全不溶的，只是溶解度很小。10易溶可溶1微溶0.01难溶S/g溶解度与溶解性的关系：20℃溶解度：在一定温度下，某物质在100克溶剂(通常是水)里达到饱和状态

时所溶解的质量。符号：S习惯上将溶解度小于0.01g的电解质称为难溶电解质。问题一：如何定义难溶电解质？【任务一】认识难溶电解质的沉淀溶解平衡化学式溶解度g/100g化学式溶解度g/100gAgCl1.5×10−4Ba(OH)23.89AgNO3222BaSO42.4×10−4AgBr8.4×10−6Ca(OH)20.165Ag2SO40.796CaSO40.202Ag2S1.3×10−16Mg(OH)29×10−4BaCl235.7Fe(OH)33×10−9一些常见电解质的溶解度(20oC)难溶

绝对不溶【结论】AgCl沉淀是难溶物，但不是绝对不溶，只不过溶解度很小，在水中存在沉淀溶解平衡。以AgCl为例，分析沉淀溶解平衡的建立溶解沉淀v(溶解)=v(沉淀)两个过程一段时间后溶解速率沉淀速率时间速率沉淀溶解平衡问题二：如何建立沉淀溶解平衡？1.概念：在一定温度下，当难溶电解质溶解和沉淀的速率相等时，形成电解质的饱和溶液，达到平衡状态，溶液中各离子的浓度保持不变，这种平衡称为沉淀溶解平衡。2.特征：逆、等、动、定、变3.

沉淀溶解平衡表达式AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)

溶解沉淀b.

书写时注意表明各物质的状态“s/aq”并用“⇌

”连接

a.

不等同于电离平衡【注意】一、难溶电解质的沉淀溶解平衡AgCl(aq)Ag+(aq)+Cl-(aq)

1、内因：电解质本身的性质在电解质的溶液中，不管是易溶（如NaCl)的，微溶的，难溶的电解质都存在着溶解平衡。只要是饱和溶液都存在溶解平衡。2、外因（1）温度：升温，多数平衡向溶解方向移动。（2）浓度：加水，平衡向溶解方向移动；加相同离子，平衡向沉淀方向移动；加能发生反应的物质：平衡向溶解方向移动。Mg(OH)2(s)⇋

Mg2+(aq)+2OH-(aq)特例：a.随温度变化不明显：NaCl；b.随温度升高反而降低：Ca(OH)2；

c.与水任意比混溶：乙醇等【任务二】影响难溶电解质沉淀溶解平衡的因素（3）同离子：（4）相反应：定性分析1、氯化银在水中存在溶解平衡：AgCl(s)⇌Ag+(aq)+Cl-(aq)。在相同温度下，将足量氯化银分别放人相同体积的下列溶液中，Ag+的浓度最小的是()A.0.1mol/L盐酸B.蒸馏水C.0.1mol/LAlCl3溶液D.0.1mol/LMgCl2溶液C2、在一定温度下，Mg(OH)2固体在水溶液中达到沉淀溶解平衡Mg(OH)2(s)⇌Mg2+(aq)

+2OH-(aq)

，要使Mg(OH)2固体减少而c(Mg2+)不变，可采取的措施是(

)A.加MgSO4固体B.加盐酸C.加NaOH固体

D.加水DKsp=c(Ag+)·c(Cl—)

1、定义：Ksp

称为难溶电解质的沉淀溶解平衡常数，简称溶度积。思考：AgCl溶解平衡的平衡常数如何表示？AgCl(s)Ag＋(aq)+Cl—(aq)AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)沉淀溶解平衡的平衡常数（溶度积）固体纯物质不列入平衡常数Ksp=cm(An+)·cn(Bm-)3、影响因素：Ksp只受温度影响

T↑，Ksp↑(Ca(OH)2

相反)2、表达式：【任务三】定量描述难溶电解质溶解程度

a.反映了难溶电解质在水中的溶解能力

(1)对于同类型(阴、阳离子个数比相同)的难溶电解质来说，Ksp越小，其溶解度越小。化学式AgClAgBrAgIAg2CrO4Ag2SKsp1.8×10-105.4×10-138.1×10-172.2×10-126.3×10-50溶解度(S)1.5×10-48.4×10-62.1×10-71.1×10-31.3×10-16溶度积：Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI)溶解度：S(AgCl)>S(AgBr)>S(AgI)4、Ksp的意义(2)不同类型的难溶电解质不能直接通过Ksp的大小判断溶解度大小，要通过Ksp计算出离子浓度来比较。【例】已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12，

则溶解度AgCl___Mg(OH)2。<Mg(OH)2(s)⇌Mg2+(aq)+2OH-(aq)

解：AgCl(s)⇌Ag+(aq)+Cl-(aq)

x

x

Ksp(AgCl)

=c(Ag+)·c(Cl-)

=

x2

x

2x

Ksp[Mg(OH)2]

=c(Mg2+)·c2(OH-)

=4x3

AnBm(s)nAm+(aq)+mBn-(aq)

任意时刻(不一定平衡)离子积:Qc=[c(Am+)]n·[c(Bn-)]m溶液未饱和，若体系中有沉淀，则沉淀溶解直至达到平衡.溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态.溶液过饱和，有沉淀析出,直至达到平衡.Qc>Ksp

，Qc=Ksp

，Qc<Ksp

，平衡时，才有溶度积KspKsp＝[c(Am＋)]n·[c(Bn—)]m

b.判断沉淀是否生成

溶度积Ksp与离子积Qc的关系——溶度积规则

A点：Qc=Ksp，无沉淀的饱和溶液B点：Qc=Ksp，有沉淀的饱和溶液C点：Qc>Ksp，析出沉淀趋于平衡D点：Qc<Ksp，无沉淀不饱和溶液【例】25℃时，在1.00

L

0.03

mol/L

AgNO3溶液中加入0.50

L

0.06

mol/L的CaCl2溶液，能否生成AgCl沉淀？【Ksp（AgCl）＝1.8×10－10】c(Ag＋)＝(0.03

mol/L×1.00

L)÷(1.00

L＋0.50

L)＝0.020

mol/L

c(Cl－)＝(0.06

mol/L×2×0.50

L)÷(1.00

L＋0.50

L)＝0.040

mol/L

Qc＝c(Ag＋)·c(Cl－)＝0.020

mol/L×0.040

mol/L＝8.0×10－4由于Qc>Ksp，所以有AgCl沉淀生成。【例】在1L含

0.001mol/LSO42-的溶液中，注入等体积0.01mol/LBaCl2，能否使SO42-沉淀完全？[Ksp(BaSO4)=1.08×10-10]c(SO42-)=2.4×10-8mol/L

Ksp(BaSO4)=c(Ba2+)·c(SO42-)=1.08×10-10∴

沉淀完全0.01mol0.001mol剩余的n(Ba2+)=0.009molc(Ba2+)=4.5×10-3mol/L<1.0×10-5mol/L解：

Ba2++SO42-=BaSO4↓

c.判断溶液中离子能否沉淀完全【例】已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10，Ksp(Ag2CrO4)=1.1×10-12，向浓度均为0.01mol/L的Cl-和CrO42-的混合液中滴加AgNO3溶液，Cl-和CrO42-谁优先沉淀？

d.判断沉淀析出的顺序解：Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=1.8×10-10c(Ag+)=1.8×10-8mol/LKsp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO42-)=1.1×10-12AgCl沉淀时需要的离子浓度小，AgCl先沉淀。溶解度小的先沉淀e.计算某离子开始沉淀的pH和完全沉淀的pH【例】实验测得某水样中的铁离子的浓度为2.6×10-3mol/L若要使水中的铁离子转化为沉淀，则溶液的pH值至少要控制在多少以上？[已知Fe(OH)3的Ksp为2.6×10-39]解：Ksp=c(Fe3+)·c3(OH-)=2.6×10-39c(OH-)3

=1×10-36mol/Lc(OH-)

=1×10-12mol/Lc(H+)

=

1×10-2mol·L-1pH

=2pH要控制在2以上才能使水中的铁离子转化为沉淀。注意：若要计算使某个离子沉淀完全时的pH值，则该离子浓度要取1×10-5mol/L带入Ksp计算。

氢氧化物沉淀不一定在碱性环境

锅炉水垢既会降低燃料的利用率，造成能源浪费，也会影响锅炉的使用寿命，造成安全隐患，因此要定期清除。水垢的主要成分有Mg(OH)2、CaCO3、CaSO4等。硫酸钙在硫酸、盐酸中的溶解度小，如何除去锅炉水垢呢？【情境创设】二、沉淀溶解平衡的应用(一)沉淀的生成1、原理：通过加入沉淀剂，或应用同离子效应，或控制溶液的pH，使Q>Ksp，生成溶解度小的电解质（沉淀），越小越好。进水预处理设备混合投药药剂设备部分回流沉淀物处理设备沉淀物排除反应沉淀补充处理出水Na2S、H2S溶液等Cu2+、Hg2+等工业废水的处理2、应用：在无机物的制备和提纯、废水处理等领域，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。化学沉淀法废水处理工艺流程示意图3、方法：①调pH值法：如在工业原料氯化铵中混有氯化铁，使其溶解于水，再加

调pH值至7~8，可使Fe3＋转变为

而除去。离子方程式为：

氨水Fe(OH)3沉淀Fe3＋+3NH3•H2O=Fe(OH)3↓+3NH4＋

【练习】根据下表的数据，酸性CuCl2中混有少量Fe3+如何除去？【方法】加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3或CuO，调节pH至3.2≤pH<4.4，促进Fe3+水解，转化为氢氧化铁沉淀。氢氧化物开始沉淀时的pH值沉淀完全时的pH值(＜10-5mol/L)Cu(OH)24.46.4Fe(OH)31.43.2Fe3+水解：Fe3++3H2O

⇌

Fe(OH)3+3H+加Cu(OH)2：Cu(OH)2+2H+=

Cu2++2H2O

②加沉淀剂法：如：以Na2S、H2S等作沉淀剂，可使废水中Cu2+、Hg2+等重金属离子生成极难溶的硫化物CuS、HgS沉淀。

利用生成沉淀分离或除去某种离子，首先要使生成沉淀的反应能够发生；其次希望沉淀反应完成后，溶液中剩余离子的浓度能够尽量小。【思考与讨论】若要除去某溶液中的SO42-，你选择加入钙盐还是钡盐?

为什么?(2)如何使沉淀反应完成后，溶液中剩余离子的浓度能够尽量小?加入钡盐，因为K(BaSO4)<K(CaSO4)，加入等物质的量的钡盐和钙盐，钡盐使溶液中剩余的c(SO42-)较小。增大所用沉淀剂的浓度③氧化还原法：如：在粗制CuSO4·5H2O晶体中常含有杂质Fe2+，在提纯时，为了除去Fe2+，常用什么方法？方法：向溶液加入少量的H2O2，使Fe2+氧化成Fe3+，然后再加入Cu(OH)2或CuO或Cu2(OH)2CO3调节pH至调节pH至3.2≤pH<4.42，再将生成的Fe(OH)3沉淀过滤除去。氧化剂可用：双氧水、氧气等（不引入杂质）氢氧化物开始沉淀时的pH值(0.1mol/L)沉淀完全时的pH值

(＜10-5mol/L)Fe2+6.958.95Cu2+4.426.67Fe3+1.873.2④同离子效应法：如洗涤硫酸钡固体，用蒸馏水好还是稀硫酸好？提示：硫酸钡在硫酸中的溶解度比在纯水中小，硫酸中硫酸根浓度大，使平衡左移有利于沉淀生成。故用稀硫酸洗【练习】将足量AgCl分别加入下列溶液中，AgCl溶解度由大到小的顺序是（）

①20ml0.01mol

L-1KCl溶液②20ml0.02mol

L-1CaCl2溶液③20ml蒸馏水④20ml0.03mol

L-1HCl溶液⑤20ml0.05mol

L-1AgNO3溶液A.①＞②＞④＞③＞⑤B.③＞①＞④＞②＞⑤C.⑤＞③＞②＞①＞④D.③＞④＞⑤＞②＞①BBaSO4(s)⇌Ba2+(aq)+SO42-(aq)(二)沉淀的溶解2、方法：加酸、碱、盐、强氧化剂等1、原理：不断减少溶解平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动，就达到使沉淀溶解的目的（即Q<Ksp时，沉淀发生溶解）。①酸溶解法：强酸是常用的溶解难溶电解质的试剂。解释：CaCO3为什么能溶于稀盐酸？CaCO3(s)⇌CO32-(aq)+Ca2+(aq)

+H+HCO3-(aq)+H+H2CO3H2O+CO2↑CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑

可用强酸溶解的难溶电解质还有BaCO3、FeS、Cu(OH)2等。【思考】为什么医学上常用BaSO4作为内服造影剂“钡餐”，而不用BaCO3?因为BaCO3会溶于胃酸，产生大量有毒的Ba2+。(1)写出实验中有关反应的化学方程式。(2)应用平衡移动原理分析、解释实验中发生的反应。滴加的试剂水盐酸现象Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O沉淀不溶解

加盐酸,中和OH-,平衡正向移动，促进Mg(OH)2(s)的溶解沉淀溶解【思考与讨论】【实验3-3】③盐溶解法：NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O②碱溶法：如用NaOH能溶解H2SiO3、Al(OH)3等物质例如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液。Mg(OH)2(s)⇌Mg2+(aq)+2OH-(aq)

原理分析：Mg(OH)2+2NH4+＝Mg2+

+2NH3·H2O+2NH4+2NH3·H2O④配位溶解法如：在有固态AgCl存在的饱和溶液中，加入NH3·H2O溶液AgCl溶解。⑤氧化还原法如：不溶于盐酸的Ag2S、CuS、HgS等硫化物，一定条件下可溶于硝酸中。AgCl+2NH3·H2O=[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O3Ag2S＋8H＋＋2NO3-=6Ag＋＋3S＋2NO↑＋4H2O【实验3-4】(三)沉淀的转化步骤现象白色沉淀白色沉淀转化为黄色沉淀黄色沉淀转化为黑色沉淀（1）（2）（3）Ag++Cl-=AgCl↓

沉淀溶解能力：AgCl>AgI>Ag2SMg2++2OH-=Mg(OH)2↓

沉淀溶解能力：Mg(OH)2

>

Fe(OH)3

【实验3-5】步骤现象白色沉淀白色沉淀转化为红褐色沉淀（1）（2）1、实质：沉淀溶解平衡的移动2、条件：两种沉淀的溶解度不同3、规律：溶解度较大的沉淀转化为溶解度较小的沉淀容易实现，溶解度相差越大，转化越容易。【思考】向BaSO4的饱和溶液中加入Na2CO3溶液，能否使BaSO4沉淀转化为BaCO3沉淀？[已知Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3)]注意：当两种难溶物溶解度相差不大时，溶解度相对较小的物质在一定条件下也可以转化为溶解度相对较大的物质。BaSO4Ba2＋＋SO42－+CO32－BaCO3（浓度较大）BaSO4＋CO32－BaCO3＋SO42－【定量计算】计算当CO32-的浓度达到SO42-浓度的多少倍数时，才能实现由BaSO4转化成BaCO3沉淀。KSP(BaSO4)=1.1×10-10KSP(BaCO3)=2.58×10-9BaSO4+CO32-BaCO3+SO42-则该反应的平衡常数K=c(SO42-)c(CO32-)c(SO42-)·c(Ba2+)c(CO32-)·c(Ba2+)=KSP(BaSO4)KSP(BaCO3)=1.1×10-102.58×10-9=当

QC＜K，反应向正方向进行c(SO42-)c(CO32-)＜c(CO32-)c(SO42-)>=23.51.1×10-102.58×10-92.58×10-91.1×10-10解:锅炉中水垢中含有CaSO4

，可先用Na2CO3溶液处理，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3。C