3.4.2沉淀溶解平衡的应用 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 沉淀溶解平衡的应用 1 学习目标 1.通过实验了解沉淀的生成、溶解与转化，能应用化学平衡理论解释沉淀的生成、溶解和转化。 2.学会通过比较Q与Ksp的大小判断难溶电解质的沉淀与溶解，学会从定量的角度分析沉淀的生成与转化。 工业废水中的金属离子要如何除去呢？ 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。 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 化学沉淀法废水处理工艺流程示意图 一、沉淀的生成 2．方法 实例 操作及原理 调节 pH法 除去NH4Cl中的FeCl3 溶于水，加氨水调节pH Fe3＋＋3NH3·H2O === Fe(OH)3↓＋3NH4+ 除去CuCl2中的FeCl3 Fe3+ + 3H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3H+ 加Cu(OH)2：Cu(OH)2 + 2H+ === Cu2+ + 2H2O 加CuO：CuO + 2H+ === Cu2+ + 2H2O 2．方法 实例 操作及原理 沉淀剂法 除去废水中的Hg2+ 加入Na2S：S2- + Hg2+ === HgS↓ 除去废水中的Cu2＋ 通入H2S：H2S + Cu2+=== CuS↓ + 2H+ 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。 (1)如果要除去某溶液中的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? 钡盐，因为Ksp(BaSO4)<Ksp(CaSO4),向溶液分别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，有利于反应向沉淀生成的方向进行 【思考与讨论】 选择沉淀剂的原则： ① 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。 ②溶液中沉淀物的溶解度越小，离子沉淀越完全，例如，除去SO42-，选择Ba2+比Ca2+好。 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。 ④当一种试剂能沉淀溶液中几种离子时，生成沉淀所需试剂离子浓度越小的越先沉淀；如果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，从而达到分离离子的目的。 课堂练习1：要想除去废水中的Pb2＋，最好选用下列哪种试剂[已知：Ksp(PbCl2)＝1.9×10－14；Ksp(PbSO4)＝1.06×10－8；Ksp(PbCO3)＝3.3×10－14；Ksp(PbS)＝3.4×10－28](　　) A．NaCl　　　　　　　 B．Na2S C．Na2SO4 D．Na2CO3 B 课堂练习2：若某溶液中Fe3+和Mg2+的浓度均为0.10 , 使Fe3+完全沉淀而使Mg2+不沉淀的pH条件是什么?( Ksp(Fe(OH)3)= 4× Ksp(Mg(OH)2)= 1.8×) pH = 3.2 Mg2＋开始沉淀的pH值为: pH = 9.1 Fe3＋完全沉淀的pH值为: 因此, 只要控制pH值在3.2 ~ 9.1之间即可使Fe3+完全沉淀而使Mg2+不沉淀。 10 二、沉淀的溶解 1.原理： 2.方法 （1）酸溶解法： 用强酸溶解的难溶电解质有CaCO3、FeS、Al(OH)3、Ca(OH)2等。如CaCO3难溶于水，却易溶于盐酸。 CaCO3(s) CO32-(aq) + Ca2+(aq) H+ H2CO3 H+ 2HCO3- CO2↑+ H2O 对于在水中难溶的电解质，只要设法不断地移去平衡体系中相应的离子，使Qc<Ksp ，平衡向沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。 【实验3-3】 (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。 【实验3-3】 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 思考：为什么医学上常用BaSO4作为内服造影剂“钡餐”，而不用BaCO3作为内服造影剂“钡餐”? BaSO4 和BaCO3的沉淀溶解平衡分别为： BaSO4⇌Ba2++SO42- Ksp=1.1×10-10 BaCO3⇌Ba2++CO32- Ksp=5.1×10-9 人体内胃酸的酸性较强(pH0.9-1.5)，如果服下BaCO3,胃酸会与CO32-反应生成CO2和水，使CO32-离子浓度降低，使Qc < Ksp，使BaCO3的沉淀溶解平衡向右移动，使体内的Ba2+浓度增大而引起人体中毒。 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”。 14 3Ag2S＋8H＋ ＋ 2NO3-=6Ag＋＋3S＋2NO↑＋4H2O AgCl + 2NH3·H2O=[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O （3）氧化还原溶解法： （2）配位溶解法: 如Ag2S溶于稀HNO3 如AgCl溶于氨水 （4）盐溶液溶解法： 如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液 Mg(OH)2难溶于水，能溶于盐酸、NH4Cl溶液中。Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为： Mg(OH)2＋2NH4+=== Mg2＋＋2NH3·H2O 【实验3-4】 三、沉淀的转化 【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↓ AgCl(s) + I - ⇌ AgI(s) + Cl- 2AgI(s) + S 2- ⇌Ag2S(s) + 2I- 三、沉淀的转化 KI = I- + K+ AgCl(s) ⇌ Ag+(aq) + Cl-(aq) + AgI(s) s(AgCl)=1.5×10-4g s(AgI)=3.7×10-7g AgCl(s) +I- ⇌ AgI(s) +Cl- 【讨论】为什么沉淀能够转化呢? 溶解度小的向溶解度更小的 【结论】 沉淀向溶解度更小的方向转化 K =Ksp (AgCl)/Ksp(AgI) 一般来说，当K>1×105时，该反应进行得基本完全了 同类型的沉淀向Ksp更小的进行转化 Ksp (AgCl)＝ 1.8×10-10 Ksp(AgI)＝8.5×10-17 =2.1×107 18 Na2S = S2- + 2Na+ AgI(s) ⇌ Ag+ (aq)+(aq) + Ag2S(s) s(AgI)=3.7×10-7g s(Ag2S)=1.3×10-16g 2AgI(s) + S2- ⇌ Ag 2S(s) +2I- 【思考】用同样的方法计算证明为什么AgI可以转化为Ag2S 溶解度小的向溶解度更小的 【结论】 沉淀向溶解度更小的方向转化，差别越大越容易 K=Ksp2 (AgI)/Ksp(Ag2S)=1.1×1017 Ksp(AgI)＝8.5×10-17 Ksp(Ag2S)＝6.3×10-50 19 【实验3-5】 【实验3-5】 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↓ 3Mg(OH)2(s) + 2Fe3+ ⇌2Fe(OH)3(s) + 3Mg 2+ 1.根据你所观察到的现象，写出所发生的反应。 2.如果将上述实验中将0.1 mol/L FeCl3和0.1 mol/L MgCl2颠倒顺序，Fe(OH)3会转化成Mg(OH)2吗？试用平衡移动原理和两种沉淀溶解度上的差别加以解释，找出这类反应发生的特点。 思考与交流 MgCl2＋2NaOH= Mg(OH)2↓＋2NaCl 3Mg(OH)2＋2FeCl3=2Fe(OH)3＋3MgCl2 溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀。两者差别越大，转化越容易 不会 反常：当两种难溶物溶解能力差别不大时, 溶解能力相对较弱的物质在一定条件下能转化为溶解能力相对较强的物质。 BaSO4(Ksp=1.07×10-10)、BaCO3(Ksp=2.58×10-9) 三、沉淀的转化 2.规律：溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀。两者差别越大，转化越容易 1.沉淀的转化的实质：沉淀溶解平衡的移动 BaSO4 Ba2＋＋SO42－ CO32－ + BaCO3 (浓度较大) BaSO4＋CO32－ BaCO3＋SO42－ 23 3.沉淀转化的应用 (1)锅炉除水垢 ： （含有CaSO4） 先加Na2CO3溶液，再加稀盐酸 CaSO4(s) + Na2CO3 ⇌ CaCO3(s) + Na2SO4 CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑ (2)水垢的生成 ： 硬水中MgHCO3 MgCO3 Mg(OH)2 稀盐酸能除去CaSO4吗？ 不能 (3)自然界中 矿物的转化： 原生 铜的硫化物 CuSO4溶液 铜蓝（CuS） CuSO4 (aq) + ZnS (s) ⇌ CuS(s) + ZnSO4 (aq) CuSO4 (aq) + PbS(s) ⇌CuS (s) + PbSO4(s) (4)氟化物 预防龋齿： 牙齿表面釉质层的主要成分——难溶的羟基磷灰石[Ca5(PO4)3(OH)] Ca5(PO4)3(OH)(s) + F-(aq) ⇌ Ca5(PO4)3F(s) + OH-(aq) 氟离子与羟基磷灰石反应，生成溶解度更小的氟磷灰石 课堂练习3：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 课堂练习4：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 课堂练习5：4.已知：25°C时Ksp(Mg(OH)2) =5.6×10-12，Ksp(MgF2) =7.42×10-11  下列说法正确的是（ ） A．25 ℃时，饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比，前者的c(Mg2+)大 B．25 ℃时，在Mg(OH)2的悬浊液加入少量的NH4Cl固体，c(Mg2+)增大 C．25 ℃时，Mg(OH)2固体在20mL0.01 mol·L-1氨水中的Ksp比在20mL0.01mol·L-1 NH4Cl溶液中Ksp的小 D．25 ℃时，在Mg(OH)2的悬浊液加入NaF溶液后，不可能转化成为 MgF2 B 课堂练习6：在T ℃时，铬酸银(Ag2CrO4)在 水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。 下列说法中不正确的是(　　) A．T ℃时，在Y点和Z点，Ag2CrO4的Ksp相等 B．向饱和Ag2CrO4溶液中加入固体K2CrO4不能使溶液由Y点变为X点 C．T ℃时，Ag2CrO4的Ksp为1×10－8 D．图中a＝×10－4 C 课堂练习7：常温下，几种物质的溶度积常数见下表： 物质 Cu(OH)2 Fe(OH)3 CuCl CuI Ksp 2.2×10－20 2.6×10－39 1.7×10－7 1.3×10－12 (1)某酸性CuCl2溶液中含少量的FeCl3，为制得纯净CuCl2溶液，宜加入____________________________________调至溶液pH＝4，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，此时溶液中的c(Fe3＋)＝_________________。 (2)过滤后，将所得滤液经过_______________，_______________操作，可得到CuCl2·2H2O晶体。 蒸发浓缩 　冷却结晶 CuO[或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3]　 　2.6×10－9mol·L－1 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 $$