【精品】2019版高中化学第3章物质在水溶液中的行为第3节沉淀溶解平衡第2课时学案鲁科版选修4.pdf
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1、1第 2 课时沉淀溶解平衡的应用 学习目标定位 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。一、沉淀的溶解与生成1.沉淀的溶解与生成的判断对于难溶电解质AmBn(s)mAn(aq)nBm(aq),其浓度商Qcm(An)cn(Bm),通过比较Q和Ksp的相对大小,可以判断沉淀的溶解与生成。(1)QKsp时,溶液中有沉淀析出,直至QKsp,达到新的沉淀溶解平衡。(2)QKsp时,溶液饱和,沉淀溶解与生成处于平衡状态。(3)QKsp时,溶液未饱和,若加入过量难溶电解质,则会溶解,直至溶液饱和。2.问题讨论(1)BaCO3和 B
2、aSO4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?答案原因是 BaCO3能溶于胃酸(主要成分为盐酸),反应原理为BaCO3(s)Ba2(aq)CO23(aq)CO232H=CO2 H2O 可见,胃酸消耗CO23,使溶液中CO23的浓度降低,则QKsp(BaSO4),故 SO24与 Ba2结合生成BaSO4沉淀,可缓解Ba2对人体的毒害。3.生成沉淀的常用方法(1)调节 pH法:如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁,使其溶解于水,再加入氨水调节pH至78,可使 Fe3转变为 Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下:Fe33NH3H2O=Fe(OH)3 3NH4。(2)加
3、沉淀剂法: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,也是分离、除去杂质常用的方法。写出下列反应的离子方程式:用 H2S除去 Cu2:H2SCu2=CuS 2H。用 Na2S除去 Hg2:Hg2S2=HgS。沉淀的溶解与生成(1)沉淀的溶解和生成这两个方向相反的过程相互转化的条件是离子浓度,控制离子浓度,可以使反应向我们需要的方向转化。(2)根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,如果能设法不断地移去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,就可以使沉淀溶解。如常用强酸溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(O
4、H)2等难溶电解质。(3)不可能使要除去的离子全部通过沉淀除去。一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1105molL1时,杂质离子已除尽。例 1已知Ksp(AgCl)1.561010mol2L2,Ksp(AgBr)7.7 1013mol2L2,Ksp(Ag2CrO4)9.0 1012 mol3L3。某溶液中含有Cl、Br和 CrO24,浓度均为0.010 mol L1,向该溶液中逐滴加入0.010 mol L1的 AgNO3溶液时,三种阴离子产生沉淀的先后顺序为()A.Cl、Br、CrO24B.CrO24、Br、ClC.Br、Cl、CrO24D.Br、CrO24、Cl答案C 解析要产生 AgCl
5、 沉淀,Ag1.5610100.010molL11.56108molL 1;要产生 AgBr 沉淀,Ag7.7 10130.010molL 17.7 1011molL1;要产生Ag2CrO4沉淀,需 Ag 9.0 10120.010molL13.0 105molL 1;显然产生沉淀的先后顺序为Br、Cl、CrO24。考点溶度积常数题点溶度积常数(Ksp)的应用判断是否生成沉淀3例 2要使工业废水中的重金属Pb2沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂,已知Pb2与这些离子形成的化合物的溶解度如下:化合物PbSO4PbCO3PbS 溶解度/g 1.031041.811071.841014由上述
6、数据可知,选用的沉淀剂最好为()A.硫化物B.硫酸盐C.碳酸盐D.以上沉淀剂均可答案A 解析要将 Pb2沉淀,就要形成溶解度更小的物质,由表中数据可知,PbS的溶解度最小,故沉淀剂最好为硫化物。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的生成(沉淀的先后)例 3如图表示的是难溶氢氧化物在不同pH下的溶解度(S),下列说法正确的是()A.pH3 时溶液中铁元素的主要存在形式是Fe3B.若 Ni(NO3)2溶液中含有少量的Co2杂质,可通过调节溶液pH的方法除去C.若要分离溶液中的Fe3和 Cu2,可调节溶液的pH为 4 D.若向含有Cu2和 Ni2的溶液中加入烧碱,Ni(OH)2优先沉淀答案C 解析当 pH
7、3 时,Fe3已沉淀完全,A项错误;由于 Ni2和 Co2完全沉淀时的pH相差不大,故不宜通过调节溶液pH的方法除去,B项错误;根据图可知向含有Cu2和 Ni2的溶液中加入烧碱,Cu(OH)2优先沉淀,D项错误。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀溶解平衡曲线及其应用二、沉淀的转化1.实验探究沉淀的转化(1)ZnS 沉淀转化为CuS沉淀4实验步骤实验现象有白色沉淀有黑色沉淀离子反应方程式S2(aq)Zn2(aq)=ZnS ZnS(s)Cu2(aq)=CuS(s)Zn2(aq)实验结论溶解能力小的沉淀可以转化成溶解能力更小的沉淀(2)Ag的沉淀物的转化实验步骤实验现象有白色沉淀生成白色沉淀变为黄色沉淀
8、变为黑色沉淀溶解能力AgClAgIAg2S 沉淀转化的规律(1)沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。(2)一般说来,溶解能力小的沉淀转化为溶解能力更小的沉淀容易实现;两者差别越大,沉淀转化越容易。组成类型相同的难溶电解质,Ksp较大的难溶电解质能转化为Ksp较小的难溶电解质。Ksp相差不大的难溶电解质,Ksp较小的难溶电解质在一定条件下可以转化为Ksp较大的难溶电解质。2.沉淀转化的应用(1)锅炉除水垢:锅炉形成的水垢中常含有CaSO4,除去方法是CaSO4(s)Na2CO3CaCO3(s)盐酸Ca2(aq),写出有关反应的化学方程式:CaSO4(s)Na2CO3(aq)CaCO3(s)Na
9、2SO4(aq),CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2。(2)原生铜硫化物的转化:5原生铜硫化物氧化淋滤CuSO4(溶液)ZnSPbSCuS(铜蓝)。写出CuSO4转化为铜蓝的化学方程式:CuSO4(aq)ZnS(s)=CuS(s)ZnSO4(aq),CuSO4(aq)PbS(s)=CuS(s)PbSO4(s)。(3)工业废水中重金属离子的转化: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。写出用FeS除去 Hg2的离子方程式:FeS(s)Hg2(aq)=HgS(s)Fe2(aq)。(4)水垢的形成:硬水煮沸形成的水垢主要成分是C
10、aCO3和 Mg(OH)2,说明它形成的原因(用离子方程式表示)。Mg(HCO3)2=MgCO3H2O CO2,Ca(HCO3)2=CaCO3H2O CO2,MgCO3H2O=Mg(OH)2 CO2。例 4实验:0.1 molL1AgNO3溶液和 0.1 molL 1NaCl 溶液等体积混合得到悬浊液a,过滤得到滤液b 和白色沉淀c;向滤液b 中滴加 0.1 mol L1 KI溶液,出现浑浊;向沉淀 c 中滴加 0.1 mol L1KI 溶液,沉淀变为黄色。下列说法不正确的是()A.悬浊液 a 中存在沉淀溶解平衡:AgCl(s)Ag(aq)Cl(aq)B.滤液 b 中不含有AgC.中颜色变化说
11、明AgCl 转化为 AgI D.实验可以证明AgI 比 AgCl 更难溶答案B 解析在悬浊液a 中,存在AgCl 的沉淀溶解平衡,即在滤液b 中,仍含有少量Ag,故在 b中生成了AgI 沉淀,A正确,B错误;向白色沉淀AgCl 中滴加 KI 溶液生成黄色AgI,由此可说明 AgI 比 AgCl 更难溶,C项和 D项都正确。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的转化例 5已知 25:难溶电解质CaCO3CaSO4MgCO3Ksp/mol2L22.8 10 99.1 1066.810 6某学习小组欲探究CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀的可能性,实验步骤如下:向 100 mL 0.1 mol L1的 C
12、aCl2溶液中加入0.1 mol L1的 Na2SO4溶液 100 mL,立即有白色沉淀生成。向上述悬浊液中加入固体Na2CO3 3 g,搅拌,静置沉淀后弃去上层清液。6再加入蒸馏水搅拌,静置后再弃去上层清液。_。(1)由题中信息Ksp越大,表示电解质的溶解度越_(填“大”或“小”)。(2)写出第步发生反应的化学方程式:_ _。(3)设计第步的目的是_。(4)请补充第步操作及发生的现象:_ _。(5)请写出该原理在实际生活、生产中的一个应用:_ _。答案(1)大(2)Na2CO3(aq)CaSO4(s)=CaCO3(s)Na2SO4(aq)(3)洗去沉淀中附着的SO24(4)向沉淀中加入足量的
13、盐酸,沉淀完全溶解,并放出无色无味的气体(5)将锅炉水垢中的 CaSO4转化为 CaCO3,再用盐酸除去解析Ksp越大,表示电解质的溶解度越大,溶解度大的沉淀会向溶解度小的沉淀转化,要证明 CaSO4完全转化为CaCO3,可以加入盐酸,因为 CaSO4不和盐酸反应,而 CaCO3可完全溶于盐酸。在实际生活、生产中利用此反应可以将锅炉水垢中的CaSO4转化为 CaCO3再用盐酸除去。考点沉淀溶解平衡的应用题点难溶电解质沉淀溶解平衡的综合1.除去 NaCl 中的 FeCl3需加入的试剂是()A.NaOH B.石灰水C.铜片D.氨水答案A 解析在除去 FeCl3时,不能引入新的杂质。考点沉淀溶解平衡
14、的应用题点沉淀的生成(沉淀的先后)2.(2017 包头高二月考)已知:Ksp(ZnS)Ksp(CuS),在有白色固体ZnS 存在的饱和溶液中滴加适量 CuSO4溶液,产生的实验现象是()A.固体逐渐溶解,最后消失B.固体由白色变为黑色C.固体颜色变化但质量不变D.固体逐渐增多,但颜色不变7答案B 解析ZnS和 CuS的阴、阳离子个数比均为11,且Ksp(ZnS)Ksp(CuS),可得 ZnS溶解度大于 CuS,因此在ZnS饱和溶液中加CuSO4会使 ZnS沉淀转化生成黑色CuS。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的转化3.已知如下物质的溶度积常数:Ksp(FeS)6.3 1018 mol2L2,K
15、sp(CuS)6.3 1036 mol2L2。下列说法正确的是()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FeS D.除去工业废水中的Cu2和 Hg2,可以选用FeS作沉淀剂答案D 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的大;B项,Ksp不随浓度变化而变化,它只与温度有关;C 项,先达到CuS的Ksp,先出现CuS沉淀;D 项,向含有Cu2和 H
16、g2的工业废水中加入FeS,FeS 会转化为更难溶的CuS和 HgS,可以用FeS作沉淀剂。考点沉淀溶解平衡的应用题点难溶电解质沉淀溶解平衡的综合4.含有较多Ca2、Mg2和 HCO3的水称为暂时硬水,加热可除去Ca2、Mg2,使水变为软水。现有一锅炉厂使用这种水,试判断其水垢的主要成分为()(已知Ksp(MgCO3)6.8 106 mol2L 2,KspMg(OH)2 5.6 1012 mol3L 3)A.CaO、MgO B.CaCO3、MgCO3C.CaCO3、Mg(OH)2D.CaCO3、MgO 答案C 解析考查沉淀转化的原理,加热暂时硬水,发生分解反应:Ca(HCO3)2=CaCO3
17、CO2H2O,Mg(HCO3)2=MgCO3 CO2 H2O,生成的 MgCO3在水中建立起平衡:MgCO3(s)Mg2(aq)CO23(aq),而 CO23发生水解反应:CO23H2OHCO3OH,使水中的OH浓度增大,由于KspMg(OH)2CuCO3CuS B.Cu(OH)2CuCO3Cu(OH)2CuCO3D.CuSCu(OH)2CuCO3答案D 解析由可知,在水溶液中Cu2与 CO23主要生成Cu(OH)2沉淀,说明Cu(OH)2比 CuCO3更易沉淀,从而说明溶解度:Cu(OH)2CuCO3;同理由可得,溶解度:CuSCu(OH)2。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的转化6.(1)已
18、知Ksp(BaSO4)1.0 1010mol2L2,Ksp(BaCO3)2.5 109mol2L 2,某同学设想用下列流程得到BaCl2,BaSO4 饱和 Na2CO3溶液BaCO3 盐酸BaCl2则的离子方程式为_,该反应的平衡常数K_。(2)向 BaCl2溶液中加入AgNO3和 KBr,当两种沉淀共存时,BrCl_。Ksp(AgBr)5.4 1013 mol2L2,Ksp(AgCl)1.8 1010 mol2L2 答案(1)BaSO4(s)CO23(aq)=BaCO3(s)SO24(aq)0.04(2)3 103解析(1)BaSO4转化为 BaCO3的离子方程式为BaSO4(s)CO23(
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