第3節(jié)沉淀溶解平衡一、沉淀溶解平衡1.實驗探究在裝有少量難溶的PbI2黃色固體的試管中,加入約3mL蒸餾水,充分振蕩后靜置。(1)若在上層清液中滴加濃的KI溶液,觀察到的現(xiàn)象是________________________。(2)由上述實驗得出的結(jié)論是____________________________________________。必備知識·素養(yǎng)奠基上層清液中出現(xiàn)黃色沉淀原上層清液中含有Pb2+,PbI2在水中存在溶解平衡2.概念在一定溫度下,沉淀___________的速率等于___________________的速率,固體的質(zhì)量和溶液中各離子的濃度_________的狀態(tài)叫作沉淀溶解平衡。3.表示方法PbI2沉淀溶解平衡可表示為PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq)。溶解成離子離子重新結(jié)合成沉淀保持不變【巧判斷】(1)電解質(zhì)的溶解開始后,只有電解質(zhì)的溶解過程,沒有電解質(zhì)的析出過程。

(

)提示:×。電解質(zhì)溶解開始后,離子就已開始結(jié)合析出,只不過是析出速率小于溶解速率。(2)沉淀溶解達到平衡時,溶液中溶質(zhì)的各離子濃度相等,且保持不變。(

)提示:×。沉淀溶解達到平衡時,溶液中溶質(zhì)的離子濃度保持不變,但不一定相等。二、溶度積1.概念在一定溫度下,沉淀達到溶解平衡后的溶液為_____溶液,其離子濃度______________,溶液中各離子濃度冪之積為常數(shù),叫作___________或_______,用___表示。飽和不再發(fā)生變化溶度積常數(shù)溶度積Ksp2.表達式(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.影響因素溶度積常數(shù)只與_______________________有關(guān),與沉淀的量和溶液中離子的濃度無關(guān)。難溶電解質(zhì)的性質(zhì)和溫度【微思考】不同類型的物質(zhì),Ksp數(shù)值差別較小時,能不能用Ksp直接作為難溶電解質(zhì)在水中溶解能力的判斷依據(jù)?提示:不同類型的物質(zhì),Ksp數(shù)值差別較小時,不能用Ksp直接作為判斷的依據(jù),如AgCl的Ksp為1.8×10-10mol2·L-2,Mg(OH)2的Ksp為1.8×10-11mol3·L-3,雖然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、沉淀溶解平衡的應(yīng)用1.沉淀的溶解與生成(1)溶度積規(guī)則(濃度商Q與Ksp的關(guān)系)Q

__

Ksp溶液中的離子生成沉淀,直至平衡。

Q

__

Ksp沉淀溶解與離子生成沉淀處于平衡狀態(tài)。

Q

__

Ksp若體系中有足量固體,則固體溶解,直至平衡。

>=<(2)應(yīng)用。①作“鋇餐”用_____而不用BaCO3②誤服可溶性鋇鹽可用__________溶液洗胃③石筍、鐘乳石和石柱的形成,涉及的化學(xué)反應(yīng)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都難溶于水,在醫(yī)學(xué)上常用BaSO4作鋇餐透視,而不能用BaCO3的原因是什么?提示:原因是BaCO3能溶于胃酸(主要成分為鹽酸),反應(yīng)原理為BaCO3(s)Ba2+(aq)+(aq);+2H+CO2+H2O。可見,胃酸消耗

,使溶液中

的濃度降低,則Q<Ksp,從而使BaCO3的沉淀溶解平衡向右移動,使Ba2+濃度增大而引起人體重金屬中毒。2.沉淀的轉(zhuǎn)化(1)ZnS沉淀轉(zhuǎn)化為CuS沉淀實驗步驟

實驗現(xiàn)象______________________離子反應(yīng)方程式S2-(aq)+Zn2+(aq)

ZnS↓ZnS(s)+Cu2+(aq)====CuS(s)+Zn2+(aq)實驗結(jié)論___________的沉淀可以轉(zhuǎn)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)沉淀轉(zhuǎn)化的應(yīng)用①工業(yè)廢水處理工業(yè)廢水處理過程中,重金屬離子可利用沉淀轉(zhuǎn)化原理用FeS等難溶物轉(zhuǎn)化為HgS、Ag2S、PbS等沉淀。用FeS除去Hg2+的離子方程式:__________________________________。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,說明它形成的原因(用化學(xué)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】家用水壺、暖水瓶里長了水垢,將醋倒入壺中燒煮,可以有效去除水垢。(1)水垢的主要成分是碳酸鈣、氫氧化鎂等,如何形成的?(2)將醋倒入壺中燒煮,可以有效去除水垢。原理是什么?提示:(1)水垢的形成:水中溶解的碳酸氫鎂和碳酸氫鈣等,在沸騰的水里分解,釋放出二氧化碳,變成難溶解的碳酸鈣沉淀,持續(xù)加熱可以使水中部分溶解的MgCO3轉(zhuǎn)化為更難溶的Mg(OH)2。(2)難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↑。關(guān)鍵能力·素養(yǎng)形成知識點一沉淀溶解平衡的影響因素【重點釋疑】1.實例分析已知溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)ΔH>0,當(dāng)改變外界條件時,其對溶解平衡的影響如下表所示:條件改變移動方向c平(Mg2+)c平(OH-)加水正向移動不變不變升溫正向移動增大增大加MgCl2(s)逆向移動增大減小加鹽酸正向移動增大減小加NaOH(s)逆向移動減小增大2.外界條件對沉淀溶解平衡的影響(1)溫度:升高溫度,多數(shù)溶解平衡向溶解方向移動;少數(shù)溶解平衡向生成沉淀方向移動,如Ca(OH)2的溶解平衡。(2)濃度:加水稀釋,溶解平衡向溶解方向移動。(3)同離子:加入與難溶電解質(zhì)構(gòu)成中相同的離子,平衡向生成沉淀方向移動。(4)反應(yīng)離子:加入可與難溶電解質(zhì)溶解所得的離子反應(yīng)的物質(zhì),溶解平衡向溶解方向移動。【思考·討論】(1)對于固體物質(zhì)來說,溫度越高,溶解度越大嗎?提示:升高溫度,對于Ca(OH)2來說,其溶解度減小。(2)向澄清的PbI2飽和溶液中滴入KI溶液,有什么現(xiàn)象?試從平衡移動角度分析。提示:上層澄清溶液又生成黃色沉淀。PbI2飽和溶液中存在平衡PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq),滴入KI溶液,溶液中c平(I-)增大。Q>Ksp,平衡逆向移動,從而又有PbI2黃色沉淀生成。【拓展深化】(1)電解質(zhì)的溶解度大小與電解質(zhì)的強弱沒有關(guān)系,如BaSO4是強電解質(zhì)卻是難溶物。(2)Ca(OH)2是微溶物,溶解度隨溫度的升高而減小。【案例示范】【典例】氯化銀是中學(xué)化學(xué)中常見的一種物質(zhì),你知道早期在不是非常敏感的照片軟片、膠版和膠紙上常使用氯化銀進行感光嗎?已知AgCl在溶液中存在溶解平衡:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),關(guān)于此溶解平衡的說法正確的是

(

)A.AgCl沉淀的生成和溶解同時在不斷進行,且速率相等B.等物質(zhì)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的飽和溶液中加入鹽酸,一定會有沉淀生成D.“”說明AgCl沒有完全電離,AgCl是弱電解質(zhì)【解題指南】解答本題注意以下兩點:(1)明確影響沉淀溶解平衡的因素。(2)注意辨析不同的影響因素對沉淀溶解平衡移動的影響程度。【解析】選A。沉淀溶解平衡是一個動態(tài)平衡,A項正確;沉淀溶解平衡存在,則肯定存在Ag+和Cl-,B項錯誤;如果加入鹽酸后溶液中Cl-的濃度小于原飽和溶液中的Cl-濃度,則不產(chǎn)生沉淀,C項錯誤;“”說明AgCl是極少部分溶解,但溶解部分完全電離,AgCl是強電解質(zhì),D項錯誤。【母題追問】(1)若向AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)的平衡體系中加入NaCl固體,平衡向哪移動?提示:加入NaCl固體,增加Cl-的濃度,平衡逆向移動。(2)若向AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)的平衡體系中加水,平衡向哪個方向移動,Ksp有無變化?提示:加水,向溶解方向移動,但Ksp無變化。【遷移·應(yīng)用】1.(2020·杭州高二檢測)Mg(OH)2固體在水中存在下列溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),欲減少Mg(OH)2固體的量,可以加入少量的(

)A.NaOH固體 B.NaCl固體C.NaHSO4固體 D.MgSO4固體【解析】選C。欲使Mg(OH)2減少,應(yīng)使平衡右移,NaHSO4電離產(chǎn)生的H+會使平衡體系中c平(OH-)減小,而使沉淀溶解平衡右移,Mg(OH)2固體的量減小。2.(2020·濰坊高二檢測)向飽和澄清石灰水中加入少量CaC2,充分反應(yīng)后恢復(fù)到原來的溫度,所得溶液中 (

)A.c平(Ca2+)、c平(OH-)均增大B.c平(Ca2+)、c平(OH-)均保持不變C.c平(Ca2+)、c平(OH-)均減小D.c平(OH-)增大、c平(H+)減小【解析】選B。碳化鈣溶于水與水反應(yīng)生成氫氧化鈣和乙炔,反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaC2+2H2O→Ca(OH)2+HC≡CH↑。由于原溶液是飽和溶液,因此生成的氫氧化鈣不可能再溶解。另一方面溶劑水被消耗,導(dǎo)致原溶液中氫氧化鈣析出,但溫度不變,析出后的溶液仍然是飽和溶液,因此溶液中離子的濃度均保持不變,答案選B。知識點二溶度積及其應(yīng)用【重點釋疑】1.溶度積的應(yīng)用(1)利用Ksp比較難溶電解質(zhì)的溶解度的大小:相同溫度下,同種類型的難溶電解質(zhì),Ksp越大,溶解能力越強。(2)利用Ksp判斷沉淀的溶解與生成:定義難溶電解質(zhì)溶液中有關(guān)離子濃度冪的乘積(濃度商)為Q。通過比較Ksp和Q的相對大小,可以判斷難溶電解質(zhì)在給定條件下能否溶解。Q與Ksp關(guān)系溶液性質(zhì)有無沉淀析出Q>Ksp過飽和有沉淀析出Q=Ksp飽和沉淀溶解平衡Q<Ksp不飽和無沉淀析出2.溶度積的計算(1)溶度積的計算。①已知溶度積,求溶液中的某種離子的濃度,如Ksp=a的飽和AgCl溶液中,c平(Ag+)=mol·L-1。②已知溶度積、溶液中某離子的濃度,求溶液中的另一種離子的濃度,如某溫度下AgCl的Ksp=a,在0.1mol·L-1的NaCl溶液中加入過量的AgCl固體,達到平衡后c平(Ag+)=10amol·L-1。(2)計算沉淀生成和沉淀完全。(可視為離子濃度小于10-5mol·L-1)時的pH:利用Ksp和Kw的關(guān)系計算溶液的pH①沉淀開始時pH的計算已知25℃時,Ksp[Cu(OH)2]=2×10-20mol3·L-3計算向2mol·L-1的CuSO4溶液中加入NaOH調(diào)節(jié)溶液pH是多少時才開始生成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沉淀完全時pH的計算:已知25℃時,Ksp[Zn(OH)2]=1×10-17mol3·L-3計算向0.1mol·L-1ZnCl2溶液中加入NaOH調(diào)節(jié)溶液pH是多少時,溶液中Zn2+沉淀完全。提示:當(dāng)溶液中c平(Zn2+)≤10-5mol·L-1時,可視為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·討論】(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,則在AgCl、AgBr、AgI三種難溶鹽的飽和溶液中,Ag+濃度大小順序是什么?提示:同類型的難溶電解質(zhì)的Ksp值越大,其溶解性越強,由Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI)可知飽和溶液中c平(Ag+):AgCl>AgBr>AgI。(2)已知CaCO3的Ksp=2.8×10-9mol2·L-2,現(xiàn)將濃度為2×10-4mol·L-1的Na2CO3溶液與CaCl2溶液等體積混合,若要產(chǎn)生沉淀,則所用CaCl2溶液的濃度至少應(yīng)大于多少?提示:由沉淀形成的條件可知,要產(chǎn)生沉淀必須滿足Q=c平(Ca2+)·c平()>2.8×10-9mol2·L-2,因兩種溶液等體積混合后c平()=1×10-4mol·L-1,故混合后溶液中c平(Ca2+)應(yīng)大于2.8×10-5mol·L-1,則混合前c平(CaCl2)至少應(yīng)大于5.6×10-5mol·L-1。【規(guī)律方法】溶度積及應(yīng)用(1)溶度積Ksp反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力,Ksp的大小和溶質(zhì)的溶解度不同,它只與溫度有關(guān),與濃度無關(guān)。利用溶度積Ksp可以判斷沉淀的生成、溶解情況以及沉淀溶解平衡移動方向。(2)沉淀的轉(zhuǎn)化是一種難溶電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種難溶電解質(zhì)的過程,其實質(zhì)是沉淀溶解平衡的移動。【案例示范】【典例】(2020·滁州高二檢測)室溫時,CaCO3在水中的溶解平衡曲線如圖所示。已知25℃其溶度積為2.8×10-9mol2·L-2,下列說法不正確的是(

)A.x數(shù)值為2×10-5B.c點時有碳酸鈣沉淀生成C.加入蒸餾水可使溶液由d點變到a點D.b點與d點對應(yīng)的溶度積相等【解題指南】解答應(yīng)注意以下兩點:(1)在曲線上的每一點都是在同一溫度下的飽和溶液,Ksp相同。(2)c點可相對于b、d分析。【解析】選C。在d點c平()=1.4×10-4mol·L-1,因室溫時,CaCO3的溶度積Ksp=2.8×10-9mol2·L-2,所以c平(Ca2+)=2×10-5mol·L-1,故x的數(shù)值為2×10-5,A正確;在c點c平(Ca2+)>2×10-5mol·L-1,即相當(dāng)于增大c平(Ca2+),平衡左移,有CaCO3生成,B正確;d點為飽和溶液,加入蒸餾水后如仍為飽和溶液,則c平(Ca2+)、c平()都不變,如為不飽和溶液,則二者濃度都減小,故不可能使溶液由d點變成a點,C錯誤;b點與d點在相同的溫度下,溶度積相等,D正確。【母題追問】(1)B項c點改為a點是否正確?提示:不正確。a點在曲線下面,為不飽和溶液,無沉淀生成。(2)升溫能否使溶液由d點變到c點?提示:不能。升溫CaCO3的溶度積增大,c平(Ca2+)、c平()都增大。【遷移·應(yīng)用】1.(2020·三明高二檢測)已知25℃時,AgCl的溶度積Ksp=1.8×10-10mol2·L-2,則下列說法正確的是 (

)A.向飽和AgCl水溶液中加入鹽酸,Ksp值變大B.AgNO3溶液與NaCl溶液混合后的溶液中,一定有c平(Ag+)=c平(Cl-)C.溫度一定時,當(dāng)溶液中c平(Ag+)c平(Cl-)=Ksp時,此溶液中必有AgCl沉淀析出D.Ksp(AgI)<Ksp(AgCl),所以S(AgI)<S(AgCl)【解析】選D。A項,Ksp只與溫度有關(guān),不正確;B項,混合后Ag+或Cl-可能有剩余,不一定有c平(Ag+)=c平(Cl-);C項,Q=Ksp時達到溶解平衡,沒有AgCl沉淀析出;D項,比較物質(zhì)的溶解度大小時,要注意物質(zhì)的類型相同且化學(xué)式中陰陽離子的個數(shù)比相同,溶度積越小,其溶解度也越小。如果不同,則不能直接利用溶度積的大小來比較其溶解性,需轉(zhuǎn)化為溶解度進行比較,否則容易誤判。2.某溫度下,Ksp(CaSO4)=9×10-6mol2·L-2,此溫度下CaSO4在水溶液中的沉淀溶解平衡曲線如圖。下列說法不正確的是 (

)

A.CaSO4溶解在水中,c平(Ca2+)=c平()=3×10-3mol·L-1B.在d點溶液中加入一定量的CaCl2可能會有沉淀析出C.a點對應(yīng)的Ksp等于c點對應(yīng)的KspD.b點將有沉淀生成,平衡后溶液中c平()=3×10-3mol·L-1【解析】選D。CaSO4溶解在水中形成的是飽和溶液,存在c平(Ca2+)·c平()=Ksp,所以c平(Ca2+)=c平()==3×10-3mol·L-1,A對;d點與c點相比較,濃度相同,Ca2+濃度較c點小,所以溶液未達到飽和,加入CaCl2后,如果c平(Ca2+)·c平()>Ksp,可能有沉淀析出,B對;a點和c點在同一條線上,所以Ksp相等,C對;b點與c點相比較,濃度相同,Ca2+濃度偏大,相當(dāng)于在CaSO4的平衡中增大Ca2+濃度,平衡向生成沉淀方向進行,且Ca2+濃度大于

濃度,D錯。【補償訓(xùn)練】(2020·吉林高二檢測)Cu(OH)2在水中存在著如下沉淀溶解平衡:Cu(OH)2(s)Cu2+(aq)+2OH-(aq),在常溫下,Ksp=2×10-20mol3·L-3。某CuSO4溶液中,c平(Cu2+)=0.02mol·L-1,在常溫下如果要生成Cu(OH)2沉淀,需要向CuSO4溶液中加入堿來調(diào)節(jié)pH,使溶液的pH大于 (

)A.2

B.3

C.4

D.5【解析】選D。在常溫下如果要生成Cu(OH)2沉淀,則Q=c平(Cu2+)·(OH-)>Ksp[Cu(OH)2]=2×10-20mol3·L-3,所以(OH-)>,c平(OH-)>10-9mol·L-1,故應(yīng)調(diào)節(jié)pH大于5。【課堂回眸】課堂檢測·素養(yǎng)達標(biāo)1.(改編題)下列應(yīng)用或現(xiàn)象主要體現(xiàn)的是沉淀溶解平衡原理的是 (

)①熱純堿溶液洗滌油污的能力強②誤將鋇鹽[BaCl2、Ba(NO3)2]當(dāng)作食鹽食用后,常用0.5%的Na2SO4溶液解毒③溶洞的形成④碳酸鋇不能作“鋇餐”而硫酸鋇能⑤泡沫滅火器滅火A.②③④

B.①②③

C.③④⑤

D.全部【解析】選A。①利用的是水解原理,⑤利用兩種離子水解的相互促進作用,②③④體現(xiàn)的均是沉淀溶解平衡原理。2.在含有Mg(OH)2沉淀的飽和溶液中加入固體NH4Cl后,則Mg(OH)2沉淀(

)A.溶解 B.增多 C.不變 D.無法判斷【解析】選A。Mg(OH)2沉淀的飽和溶液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),加入NH4Cl固體后,+OH-====NH3·H2O,使c平(OH-)減小,平衡正向移動。3.方解石的化學(xué)成分為CaCO3(碳酸鈣),因含微量元素Mn、Fe、Zn、Co等而呈現(xiàn)豐富的顏色。已知,在有固態(tài)CaCO3存在的飽和溶液中,存在著如下平衡CaCO3(s)Ca2+(aq)+(aq),加入下列溶液能使CaCO3質(zhì)量增加的是(

)A.CaCl2溶液 B.KNO3溶液C.NH4Cl溶液 D.NaCl溶液【解析】選A。加入KNO3溶液和NaCl溶液相當(dāng)于加入了H2O,使平衡向右移動,使CaCO3質(zhì)量減少;加入NH4Cl溶液,由于

水解顯酸性,消耗了

,使平衡向右移動,促進了CaCO3的溶解使其質(zhì)量減少;而加入CaCl2溶液,增大了鈣離子的濃度,使平衡左移,使CaCO3質(zhì)量增加。4.已