3.4.2 沉淀溶解平衡的影响因素及其应用 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第三章 水溶液中的离子反应与平衡 第四节 沉淀溶解平衡 第二课时 沉淀溶解平衡的影响因素及其应用 溶度积Ksp和离子积Q——溶度积规则 ①表达式： 离子积 Q 任意时刻c 平衡状态c 溶度积 Q＜Ksp时 溶液不饱和，无沉淀析出，还可继续溶解直到饱和。 Q = Ksp时 溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态 Q＞Ksp时 溶液过饱和，有沉淀析出，直到溶液饱和达到平衡。 知识回顾 ②溶度积规则 莲塘一中 已知25 ℃时，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝2.0×10－12，Ksp(AgI)＝8.5×10－17。 (1)25 ℃时，氯化银的饱和溶液中，c(Cl－)＝ ， 1.3×10－5mol·L－1 学以致用 (2)25 ℃时，氯化银的饱和溶液和铬酸银的饱和溶液中，Ag＋浓度大小顺序为 ，由此可得出 更难溶。 (2)25 ℃时，氯化银的饱和溶液和铬酸银的饱和溶液中，Ag＋浓度大小顺序为 ，由此可得出 更难溶。 Ag2CrO4>AgCl AgCl 在Ag2CrO4的沉淀溶解平衡中 学以致用 已知25 ℃时，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝2.0×10－12，Ksp(AgI)＝8.5×10－17。 4.7×10－7 AgCl和AgI同时沉淀时，溶液中的c(Ag＋)一定是相同的，所以就有： 已知25 ℃时，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝2.0×10－12，Ksp(AgI)＝8.5×10－17。 学以致用 (4)将等体积的4×10－3 mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3 mol·L－1的K2CrO4溶液混合 (填“有”或“没有”)Ag2CrO4沉淀产生。 有 学以致用 已知25 ℃时，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝2.0×10－12，Ksp(AgI)＝8.5×10－17。 (1）将CaCO3溶于水后，溶液的电导率增大，说明什么？ (2）一段时间后，导电率为什么保持不变？ (3）在c点加入10mL蒸馏水，电导率为什么先减小后增大？一段时间后，为什么有保持不变？电导率保持不变时，CaCO3的溶解停止了吗？ (4）在e点再加入10mL蒸馏水，为什么会重复出现上述现象？ 学习任务一、难溶电解质沉淀溶解平衡的影响因素 难溶电解质本身的性质（决定性因素） 温度、浓度、同离子效应、离子反应等，符合“勒夏特列原理” 学习任务一、难溶电解质沉淀溶解平衡的影响因素 1.内因： 2.外因： 3.实例分析： 改变条件 移动方向 平衡后c(Ag＋) 平衡后c(Cl－) KSP 升高温度 加少量水 加入少量AgNO3（s） 通入HCl（g） 通入H2S（g） 正向移动 正向移动 逆向移动 逆向移动 正向移动 不变 增大 增大 减小 减小 不变 增大 减小 增大 增大 增大 不变 不变 不变 不变 以AgCl(s) ⇌Ag + (aq) + Cl - (aq) △H>0 为例进行分析 学习任务一、难溶电解质沉淀溶解平衡的影响因素 内因：电解质本身的性质 在电解质的溶液中，不管是易溶的，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。 ①温度：一般来说，温度越高，固体物质的溶解度越大。 极少数固体物质的溶解度随温度的升高而减小，如Ca(OH)2。 ②同离子效应：加入与电解质溶解出的离子相同的可溶性盐，平衡向生成沉淀的方向移动，溶解度减小。 ③离子反应 ：平衡向沉淀溶解方向移动，溶解度增大。 外因：温度、浓度、同离子效应、离子反应等，其影响符合“勒夏特列原理”。 【归纳整理】 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)。一定温度下，下列有关该反应的推理正确的是(　　) A．该反应达到平衡时：c(Cu2＋)＝c(Mn2＋) B．平衡体系中加入少量CuS(s)后，c(Mn2＋)变小 C．平衡体系中加入少量Cu(NO3)2(s)后，c(Mn2＋)变大 D．该反应平衡常数表达式：K＝Ksp(CuS)/Ksp(MnS) C 课堂检测 莲塘一中 难溶电解质的沉淀溶解平衡是动态平衡，我们可以通过改变条件，使平衡向着需要的方向移动——溶液中的离子转化为沉淀，或沉淀转化为溶液中的离子。因此，沉淀溶解平衡在生产、科研和环保等领域具有广泛的应用。 工业废水的处理 锅炉内部水垢的处理 学习任务二、沉淀溶解平衡的应用 在电子、医用金属、珠宝等行业，都需要用到银材料，生产废水中含有的银离子，属于重金属污染 银材料广泛被应用多各领域，例如电子、器皿、医用金属、首饰等，但在工业生产的废水中若含有大量的Ag+则属于重金属污染 :沉淀溶解为溶液中的离子 通过改变条件，使沉淀溶解平衡移动，以满足工农业生产、科研等需要。 :溶液中的离子转化为沉淀 ①沉淀的生成 ②沉淀的溶解 ③沉淀的转化 :一般把一种沉淀转化为另一种更难溶的沉淀 学习任务二、沉淀溶解平衡的应用 （一）沉淀的生成（Q>Ksp） 1. 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。 2. 原理：可通过加入沉淀剂，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。 工业废水的处理 莲塘一中 沉淀溶解平衡的应用 3. 沉淀的生成方法 ①调节pH沉淀法： 【例】除去NH4Cl中含杂质FeCl3 方法：先将固体溶于水，再加氨水调节pH，可使Fe3+生成Fe(OH)3除去。 Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+ 除杂原则：①不引入新的杂质离子；②除杂试剂要过量；③过量试剂要除掉（要易除掉） 使Fe3+离子沉淀一定要加碱吗？ 加入氨水促进三价铁的水解生成氢氧化铁沉淀，同时氨水还可抑制氢氧化铁的溶解 条件PH的本质其实是促进溶液的水解 14 沉淀溶解平衡的应用 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)2 4.4 6.4 Fe(OH)3 1.4 3.7 Fe(OH)2 7.5 14 【思考】若0.025mol/L CuCl2溶液中混有的少量Fe3+，该如何除去？ Fe3+水解：Fe3+ + 3H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3H+ 加Cu(OH)2： 加CuO： 方法：加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3或CuO，调pH至3.7~4.4之间，促进Fe3+水解，转化为Fe(OH)3沉淀除去。 使金属沉淀不一定是在碱性条件，也不一定要加碱 Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O CuO + 2H+ = Cu2+ + H2O 除去金属阳离子，使其转化为沉淀除去不一定要加碱，也不一定是碱性条件，加入条件PH的物质主要是为了促进弱阳离子的水解 15 沉淀溶解平衡的应用 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)2 4.4 6.4 Fe(OH)3 1.4 3.7 Fe(OH)2 7.5 14 【思考】若上述 CuCl2溶液中混有的少量Fe2+，又该如何除去？ 先加氧化剂(如H2O2、Cl2、O2等)把Fe2+氧化成Fe3+，然后调pH至3.7~4.4之间。 离子反应方程式为：2Fe2+ +H2O2+2H+ =2Fe3++2H2O（高频） 除去金属阳离子，使其转化为沉淀除去不一定要加碱，也不一定是碱性条件，加入条件PH的物质主要是为了促进弱阳离子的水解 16 ✪ 特别提醒： ①一般来说，当溶液中有多种可以沉淀的离子且生成相同类型的沉淀时， 越难溶(Ksp越小)的越先沉淀。 ②当离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，认为该离子已完全沉淀。 沉淀溶解平衡的应用 若Ag+过量，与I-、S2-反应直接生成沉淀，无法证明平衡移动 18 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。 3. 沉淀的生成方法（Q>Ksp） 沉淀剂选择的基本要求: ①使生成沉淀的反应进行得越完全越好(即沉淀溶解度越小越好)。 如：除去废水中的Cu2＋，可以使Cu2＋转化成CuCO3、Cu(OH)2或CuS，依据P126三者溶解度的大小可知，应选择沉淀剂使废水中的Cu2＋转化成溶解度最小的CuS。 ②要能除去溶液中指定的离子，又不能影响其他离子的存在，并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子还要便于除去，如沉淀NaNO3溶液中的Ag+，可用NaCl作沉淀剂。 ③要注意沉淀剂的电离程度，如欲使Mg2+沉淀为Mg(OH)2，用NaOH作沉淀剂比用氨水的效果要好。 例1：从海水中提取得到的粗盐中，常含有Mg2+、Ca2+、SO42-， 还需要进一步提纯，其常用的方法是什么？ （1）除去其中的SO42－，选择加 入CaCl2还是BaCl2做沉淀剂？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？ 3、加沉淀剂法 加入钡盐，因为BaSO4比CaSO4更难溶，使用钡盐可使SO42－沉淀更完全 加入过量的BaCl2，使SO42－浓度小于10－5mol/L 教材P82思考与讨论 原则:（1）选择更难溶的沉淀对应的沉淀剂。 （2）增大所用沉淀剂的浓度或用量。 例2：已知Ksp(AgCl)＝1.56×10－10 mol2·L－2， Ksp(AgBr)＝7.7×10－13 mol2·L－2， Ksp(Ag2CrO4)＝9.0×10－12 mol3·L－3。 某1L溶液中含有Cl－、Br－和 ，浓度均为 0.010 mol·L－1， 向该溶液中逐滴加入0.010 mol·L－1的AgNO3溶液时， 三种阴离子产生沉淀的先后顺序为 。 分步沉淀：溶液中含有几种离子，加入某沉淀剂均可生成沉淀，沉淀生成的先后顺序按离子积大于溶度积的先后顺序沉淀, 叫作分步沉淀。（常见例子：调节pH使某些金属离子形成其难溶氢氧化物而除去） 　　Ksp越小越先沉淀，且Ksp相差越大分步沉淀越完全，从而达到提纯、分离的目的; 如AgCl、AgBr、AgI、Ag2S Br－、Cl－、CrO42－ 5、多种方法综合处理 4、同离子效应法 加入硫酸，硫酸根浓度大，硫酸中c(SO42-) 大，使平衡左移有利于沉淀生成，故能减小损耗。 例：在洗涤硫酸钡沉淀时，为了减少损耗，可采取哪些措施？ 3、要使工业废水中的重金属离子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 PbSO4 PbCO3 PbS 溶解度/g 1.03×10－4 1.81×10－7 1.84×10－14 由上述数据可知，选用的沉淀剂最好是(　　) A．硫化物　　B．硫酸盐 C．碳酸盐 D．以上沉淀剂均可 A 课堂检测 莲塘一中 二、沉淀的溶解（Q<Ksp） 2、方法：加酸、碱、盐、强氧化剂等 1、原理：根据勒夏特列原理，设法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(碱)溶解法： 使沉淀转化为气体或弱电解质 例1：酸溶：CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2、Mg(OH)2等； 例2：碱溶：如：用NaOH能溶解H2SiO3、Al(OH)3等物质 Al(OH) 3 +OH - =AlO2- +2H2O (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 Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2OH-(aq) 加盐酸, 中和OH-, 平衡正向移动， 促进Mg(OH)2(s)的溶解 沉淀不溶解 沉淀溶解 P82 【实验3-3】 【思考与讨论】 莲塘一中 例3：医学上常用BaSO4作为内服造影剂“钡餐”，而不用BaCO3，为什么？ BaCO3(s) Ba2+（aq）+ CO32-（aq） HCO3- +H+ +H+ H2CO3 →H2O+CO2↑ 可见，胃酸消耗CO32－，使溶液中的CO32－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。 总反应BaCO3＋2H＋=Ba2＋＋H2O＋CO2↑　 所以，不能用BaCO3作为内服造影剂“钡餐”。 SO42－不与H＋结合生成硫酸，胃酸中的H＋对BaSO4的溶解平衡没有影响，Ba2＋浓度保持在安全浓度标准下，所以用BaSO4 作“钡餐”。 如果误食BaCO3，如何急救? 中毒后服用Na2SO4溶液(5.0%)洗胃，此时Q>Ksp(BaSO4)， 故与Ba2＋结合生成BaSO4沉淀， 可缓解Ba2＋对人体的毒害。 二、沉淀的溶解（Q<Ksp） Mg(OH)2(s) ⇌ Mg2+ +2OH- 2NH4+ +2H2O ⇌ 2NH3·H2O+2H+ + 2H2O ⇌ Mg(OH)2 ＋2NH4Cl = MgCl2 + 2NH3·H2O （2）用某些盐溶液溶解：例如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液。 依据：勒夏特列原理，使沉淀溶解平衡向溶解方向移动 莲塘一中 （3）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。 （4）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。 二、沉淀的溶解（Q<Ksp） AgCl + 2NH3·H2O = [Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H2O 3Ag2S＋8H＋ ＋ 2NO3- = 6Ag＋＋3S＋2NO↑＋4H2O 莲塘一中 沉淀溶解平衡的应用 三、沉淀的转化 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 沉淀的转化: 指将一种难溶物转化为另一种难溶物的过程 3.规律： ①一般来说，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现。 ②两者的溶解度差别越大，溶解度小的转化为更小的沉淀越容易。 ①一般溶解度小的沉淀可转化成溶解度更小的沉淀。注：溶解度差别不大时（只要Q＞Ksp），也可以反向转化。②当一种试剂能沉淀几种离子时，生成沉淀所需要试剂离子浓度越小的越先沉淀。③如果生成各种沉淀所需要试剂离子的浓度相差较大，就能分步沉淀，从而达到分离离子的目的。 ②当一种试剂能沉淀几种离子时，生成沉淀所需要试剂离子 30 沉淀溶解平衡的应用 【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)] BaSO4(s) ⇌Ba2+(aq) + SO42-(aq) + CO32- BaCO3(s) ③ 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。（反常） (浓度要大，即满足Q>Ksp) 溶解度小的能否转化成溶解度大的沉淀呢？可以，只要浓度够大，使得Q>Ksp即可（浓度较大） 31 【实验3-4】 【实验3-4】 步骤 （1） （2） 现象 产生 白色沉淀 （3） 白色沉淀转化为 黄色沉淀 黄色沉淀转化为 黑色沉淀 Ag+ + Cl- = AgCl↓ 三、沉淀的转化 沉淀溶解能力： AgCl>AgI>Ag2S AgCl (s) + I - ⇌ AgI(s) + Cl- 2AgI(s) + S 2- ⇌ Ag2S(s) + 2I- 莲塘一中 在实际应用中，有时需要将一种沉淀转化为另一种沉淀，那么，在什么条件下能够实现沉淀的转化呢？ 沉淀的转化：包含了沉淀的生成和沉淀的溶解两个过程。 滴加一定浓度的KI时，使得 Q(AgI)>Ksp(AgI)，故会生成AgI沉淀；c（Ag+ ）减小，导致AgCl的溶解平衡向溶解的方向移动。 【实验3-5】 莲塘一中 滴加的试剂 （1） （2） 现象 产生白色沉淀 白色沉淀转化为红褐色沉淀 Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓ 【实验3-5】 三、沉淀的转化 沉淀溶解能力： Mg(OH)2 > Fe(OH)3 3Mg(OH)2(s)+2Fe3+ ⇌2Fe(OH)3(s)+3Mg 2+ 莲塘一中 两者溶解度差别越大，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀 越容易进行。 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。 CaSO4 　　 SO42- + Ca2+ + CO32- CaCO3 水垢成分CaCO3 Mg(OH)2 CaSO4 用饱和Na2CO3 溶液浸泡数天 疏松的水垢CaCO3 、Mg(OH)2 用盐酸或饱和氯化铵溶液 除去水垢 CaSO4+CO32- ⇌ CaCO3+SO42- CaCO3+2H+ = Ca2++CO2↑+H2O Mg(OH)2+2H+ = Mg2++2H2O 3、沉淀转化的应用 （1）除锅炉水垢 三、沉淀的转化 莲塘一中 36 各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变成CuSO4溶液，并向深部渗透，遇到深层的闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)，便慢慢地使之转变为铜蓝(CuS)。 (2)自然界中矿物的转化: 其反应的化学方程式如下： (3)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+Hg2+=HgS+ Fe2+ 主要成分：Ca5(PO4)3(OH) 5Ca2＋ ＋ 3PO43－ ＋ OH－ 牙釉质存在溶解平衡： + F－ Ca5(PO4)3F（更难溶） （溶解度更小，更能抵抗酸的腐蚀，氟离子抑酸） + H＋ （4）解释一些日用品的作用原理 解释：为什么吃糖多了可能坏牙？ 阅读课本P83：氟化物防治龋齿的化学原理 糖 发酵 有机酸 溶解平衡右移 Ca5(PO4)3(OH)（s）＋ 4H+ = 5Ca2＋ (aq) ＋ 3HPO42－ (aq) ＋ H2O 3、沉淀转化的应用 三、沉淀的转化 莲塘一中 4、25℃时，5种银盐的溶度积常数(Ksp)分别是： AgCl Ag2SO4 Ag2S AgBr AgI 1.8×10－10 1.4×10－5 6.3×10－50 7.7×10－13 8.51×10－16 下列说法正确的是(　　) A．氯化银、溴化银和碘化银的溶解度依次增大 B．将硫酸银溶于水，向其中加入少量硫化钠溶液，不可能得到黑色沉淀 C．在5 mL 1.8×10－5 mol·L－1的NaCl溶液中，加入1滴(1 mL约20滴)0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，不能观察到白色沉淀 D．将浅黄色溴化银固体浸泡在饱和氯化钠溶液中，有少量白色固体生成 D 课堂检测 莲塘一中 氯化银的饱和溶液中无其他离子影响，c(Ag＋)＝c(Cl－) ＝mol·L－1≈1.3×10－5mol·L－1。 (2x)2·x＝2.0×10－12，x3＝0.5×10－12，x＝×10－4， c(Ag＋)＝2x＝2××10－4mol·L－1≈1.6×10－4mol·L－1。 Ag2CrO4(s)2Ag＋(aq)＋CrO(aq) 　　　　　　 2x　　 　　x (3)25 ℃时，取一定量含有I－、Cl－的溶液，向其中滴加AgNO3溶液，当AgCl和AgI同时沉淀时，溶液中＝ 。 ＝＝＝≈4.7×10－7。 4×10-3mol·L-1的AgNO3溶液和4×10-3mol·L-1的K2CrO4 溶液等体积混合：c(Ag＋)＝ mol·L－1＝2×10-3 mol·L-1， 同理可以求得c(CrO)＝2×10-3mol·L－1， 故：Q＝c2(Ag＋)·c(CrO)＝(2×10-3)2×2×10-3＝8×10-9 >Ksp(Ag2CrO4)＝2.0×10-12，所以有Ag2CrO4沉淀产生。 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 CuSO4(aq)＋PbS(s)CuS(s)＋PbSO4(aq) CuSO4(aq)＋ZnS(s)CuS(s)＋ZnSO4(aq) $$