3.4 沉淀溶解平衡-【新课程能力培养】2024-2025学年高中化学选择性必修1学习手册（人教版）

学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 学 习 目 标 1. 认识难溶电解质的沉淀溶解平衡及其影响 因素。 2. 了解溶度积及其应用。 3. 了解沉淀溶解平衡的应用。 4. 会用沉淀溶解平衡原理分析和解决生产、 生活中的实际问题。 知 识 梳 理 知识点 1 难溶电解质的沉淀溶解平衡 1. 定义： 在一定温度下， 当沉淀溶解和生成 的速率相等时， 即达到溶解平衡。 2. 表达式 （以 AgCl 为例 ）： AgCl （ s ） 溶解 沉淀 Ag ＋ （ aq ） ＋Cl － （ aq ）。 3. 特征 4. 生成难溶电解质的离子反应的限度 （ 1 ） 25 ℃ 时， 溶解性与溶解度的关系 （ 2 ） 反应完全的标志 对于常量的化学反应来说， 化学上通常认 为残留在溶液中的离子浓度小于 1×10 -5 mol/L 时， 沉淀就达到完全。 5. 沉淀溶解平衡的影响因素 （ 1 ） 内因： 难溶电解质本身的性质 （主要因 素）， 如 CaSO 4 微溶， CaCO 3 难溶。 （ 2 ） 外因 警示： 沉淀溶解平衡与难溶电解质的电离。 第四节 沉淀溶解平衡 难溶 微溶 可溶 易溶 溶解性 溶解度 /g1010.01 逆 电解质的沉淀和溶解是可逆的。 动 动态平衡， 平衡时， 溶解和沉淀过程仍不断进行。 等 沉淀溶解速率和沉淀生成速率相等。 定 达到平衡时， 溶液中离子的浓度保持不变。 变 当改变外界条件时， 溶解平衡将发生移动， 达到新 的平衡。 溶解平衡： Mg （ OH ） 2 (s) Mg 2＋ （ aq ） ＋2OH － （ aq ） 影响因素 移动方向 K sp 升温 正向 增大 加入盐酸 正向 不变 加入 NaOH 固体 逆向 不变 加入 H 2 O 正向 不变 加入 MgCl 2 固体 逆向 不变 加入 NH 4 Cl 固体 正向 不变 温馨提示 （ 1 ） 难溶电解质的溶解平衡属于化学平 衡， 符合勒夏特列原理， 外界条件 改变时， 平衡将会发生移动。 （ 2 ） 温度升高， 多数物质的溶解度增大， 溶解平衡向溶解的方向移动； 也有 例外， 如 Ca （ OH ） 2 。 （ 3 ） 溶解平衡的平衡常数为 K sp ， 它与温 度有关， 在下面内容中有详细讲解。 沉淀溶解平衡 难溶电解质的电离 平衡 状态 已 溶 溶 质 的 离 子 与 未溶溶质之间的 平衡 可能存在电离平衡 ， 如 Al （ OH ） 3 ； 可能不存在电离平衡， 如 BaSO 4 82 学 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 6. 溶度积常数 （ 1 ） 溶度积 K sp 定义 在一定条件下， 难溶电解质 A m B n 溶于 水形成饱和溶液时， 溶质的离子与该固态物 质之间建立动态平衡， 叫做沉淀溶解平衡。 这时， 离子浓度的乘积为一常数， 叫做溶度 积， 用 K sp 表示。 （ 2 ） 表达式 对于 A m B n （ s ） mA n＋ （ aq ） ＋nB m－ （ aq ） K sp ＝ ［ c （ A n＋ ）］ m ·［ c （ B m－ ）］ n 。 （ 3 ） 影响因素 K sp 只与难溶电解质的性质、 温度有关， 而与沉淀的量无关， 并且溶液中的离子浓度 的变化只能使平衡移动， 并不改变溶度积。 （ 4 ） 意义 ①K sp 反映了难溶电解质在水中的溶解 能力， 当化学式所表示的阴、 阳离子个数比 相同时， K sp 数值越大的难溶电解质在水中 的溶解能力相对越强。 ② 可以利用 K sp 来计算饱和溶液中某种 离子的浓度。 （ 5 ） 判断沉淀生成与否的原则——溶度积 规则 通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度 幂的乘积——离子积 Q 的相对大小， 可以判 断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或 溶解： Q>K sp ， 溶液过饱和， 有沉淀析出， 直 至溶液饱和， 达到新的平衡； Q＝K sp ， 溶液饱和， 沉淀与溶解处于平 衡状态； Q<K sp ， 溶液未饱和， 无沉淀析出， 若 加入过量难溶电解质， 难溶电解质溶解直至 溶液饱和。 知识点 2 沉淀溶解平衡的应用 1. 沉淀的生成 生成沉淀的主要方法： （ 1 ） 调节 pH 法 加入氨水调节 pH 至 7～8 ， 可除去氯化 铵溶液中的杂质氯化铁。 反应的离子方程式 如下： Fe 3＋ ＋3NH 3 · H 2 O Fe （ OH ） 3 ↓＋3NH ＋ 4 。 （ 2 ） 加沉淀剂法 以 Na 2 S 、 H 2 S 等作沉淀剂 ， 使 Cu 2 ＋ 、 Hg 2＋ 等生成极难溶的硫化物 CuS 、 HgS 等沉 淀。 反应的离子方程式如下： Cu 2＋ ＋S 2- CuS↓ Cu 2＋ ＋H 2 S CuS↓＋2H + Hg 2＋ ＋S 2- HgS↓ Hg 2＋ ＋H 2 S HgS↓＋2H + 2. 沉淀的溶解 表示 方法 Al （ OH ） 3 （ s ） Al 3＋ （ aq ） ＋3OH － （ aq ） BaSO 4 （ s ） Ba 2＋ （ aq ） ＋SO 2- 4 （ aq ） Al （ OH ） 3 Al 3＋ ＋3OH － BaSO 4 Ba 2＋ ＋SO 2- 4 沉淀溶解平衡 难溶电解质的电离 续表 温馨提示 沉淀溶解平衡的方程式必须标明状 态 （ s 、 aq ）， 而电离平衡则不用。 温馨提示 （ 1 ） 溶度积 K sp 仅与温度有关 （当难溶电 解质一定时）。 （ 2 ） 溶度积与溶解度均可表示物质的溶 解性。 （ 3 ） 相同类型的物质， 溶度积越小， 其 溶解度越小。 83 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） （ 1 ） 原理 根据平衡移动原理， 对于在水中难溶的 电解质， 只要不断减少溶解平衡体系中的相 应离子， 平衡就向沉淀溶解的方向移动， 从 而使沉淀溶解。 （ 2 ） 方法 ① 酸溶解法 例如： 难溶于水的 CaCO 3 溶于盐酸中 ② 盐溶液溶解法 例如： Mg （ OH ） 2 固体能溶于浓 NH 4 Cl 溶 液中 Mg （ OH ） 2 （ s ） Mg 2＋ （ aq ） ＋2OH － （ aq ）， 加 入 NH 4 Cl 溶液时， 由于发生反应 NH + 4 ＋OH － NH 3 · H 2 O ， 使上述平衡正向移动， 因此 Mg （ OH ） 2 固体能逐渐溶解。 3. 沉淀的转化 （ 1 ） 实质 溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉 淀。 两种沉淀的溶解度差别越大， 沉淀越容 易转化。 例如： AgNO 3 溶液 ①NaCl 白色沉淀 ②KI 沉淀转化为黄色 ③Na 2 S 沉淀转化为黑色。 （ 2 ） 应用 ① 锅炉除水垢 水垢［ CaSO 4 （ s ）］ （ Na 2 CO 3 ） CaCO 3 （ s ） HCl Ca 2＋ （ aq ） ② 自然界中矿物的转化 原生铜的硫化物氧化、 淋滤， CuSO 4 溶 液渗透 加闪锌矿 （ ZnS ） 和方铅矿 （ PbS ） 铜蓝 （ CuS ） 其反应的化学方程式如下： CuSO 4 ＋ZnS CuS↓＋ZnSO 4 CuSO 4 ＋PbS CuS↓＋PbSO 4 要 点 精 析 要点 1 沉淀溶解平衡及其影响因素 典例 1 把足量熟石灰放入蒸馏水中， 一段 时间后达到平衡： Ca （ OH ） 2 （ s ） Ca 2+ （ aq ） + 2OH － （ aq ） ΔH<0 ， 下列叙述正确的是 （ ） A. 给溶液加热， 溶液的 pH 升高 B. 恒温下向溶液中加入 CaO ， 溶液的 pH 升高 C. 向溶液中加入 Na 2 CO 3 溶液， Ca （ OH ） 2 固 体增多 D. 向溶液中加入少量的 NaOH 固体， Ca （ OH ） 2 固体增多 解析： 给溶液加热， Ca （ OH ） 2 的溶解度降低， 溶液 pH 减小， 故 A 错误； 恒温下向溶液中 加入 CaO ， 发生 CaO+H 2 O Ca （ OH ） 2 ， 仍是 饱和溶液 ， pH 不变 ， 故 B 错误 ； 加入 Na 2 CO 3 溶液 ， 发生 Ca 2+ +CO 2- 3 CaCO 3 ↓ ， 平衡向正反应方向移动， 则其中的 Ca （ OH ） 2 的固体减少， 故 C 错误； 加入少量的 NaOH 固体， OH - 浓度增大， 平衡向逆方向移动， 则 Ca （ OH ） 2 的固体增多， 故 D 正确。 CaCO 3 （ s ） Ca 2+ （ aq ） +CO 2- 3 （ aq ） HCO - 3 +H + H 2 CO 3 CO 2 ↑+H 2 O +H + 温馨提示 （ 1 ） 上例步骤 ① 中加入的 NaCl 一定是足 量的。 （ 2 ） 沉淀转化的一般规律是从难溶到更难 溶， 即同型的， 由 K sp 大的向 K sp 小的 转化， 但在一定条件下也可以实现由 K sp 小的向 K sp 大的转化。 （同型： 同 为 AB 型或 A 2 B 型等） 84 学 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 答案： D 变式训练 1 在有固态 Mg （ OH ） 2 存在的饱和溶液中， 存在着如下平衡： Mg （ OH ） 2 （ s ） Mg 2＋ （ aq ） ＋ 2OH － （ aq ）， 若向该饱和溶液中分别加入固体 CH 3 COONa 、 NH 4 Cl 时， 固态 Mg （ OH ） 2 的质 量有什么变化？ 并回答理由。 （ 1 ） 加入固体 CH 3 COONa 时， 固态 Mg （ OH ） 2 ， 理由是 。 （ 2 ） 加入固体 NH 4 Cl 时 ， 固态 Mg （ OH ） 2 ， 理由是 。 要点 2 溶度积常数 典例 2 已知， 常温下， K sp （ AgCl ） ＝1.8×10 －10 ， K sp （ AgI ） ＝8.3×10 －17 ， 下列叙述正确的是 （ ） A. 常温下， AgCl 在饱和 NaCl 溶液中的 K sp 比在纯水中的 K sp 小 B. 向 AgCl 的悬浊液中加入 KI 溶液， 沉淀 由白色转化为黄色 C. 将 0.001 mol · L －1 AgNO 3 溶液滴入 KCl 和 KI 的混合溶液中， 一定先产生 AgI 沉淀 D. 向 AgCl 的饱和溶液中加入 NaCl 晶体有 AgCl 析出 ， 溶液中 c （ Ag ＋ ）仍与 c （ Cl － ） 相等 解析： K sp 只与温度有关， 与溶液中离子浓 度无关， A 错误； K sp （ AgCl ） >K sp （ AgI ）， 沉 淀转化为溶解度更小的物质， B 正确； KCl 和 KI 混合溶液中， c （ Cl － ）和 c （ I － ）的大小无法 比较， 无法判断 Q 与 K sp 的相对大小， 无法 确定沉淀的先后顺序， C 错误； 向 AgCl 饱 和溶液中加入 NaCl 晶体， 沉淀溶解平衡逆 向移动， c （ Ag ＋ ）减小， c （ Cl － ）增大， c （ Ag ＋ ） < c （ Cl － ）， D 错误。 答案： B 变式训练 2 已知如下物质的溶度积常数： K sp （ FeS ） = 6.3×10 -18 ， K sp （ CuS ） =6.3×10 -36 。 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 Na 2 S 固体后， K sp （ FeS ） 变小 C． 向含有等物质的量的 FeCl 2 和 CuCl 2 的混 合溶液中逐滴加入 Na 2 S 溶液， 最先出现 的沉淀是 FeS D． 除去工业废水中的 Cu 2＋ 和 Hg 2＋ ， 可以选用 FeS 作沉淀剂 思维延伸 影响沉淀溶解平衡的因素 （ 1 ） 内因： 难溶电解质本身的性质。 （ 2 ） 外因： ① 温度： 温度升高， 多数溶解平衡向溶 解的方向移动。 ② 浓度： 加水稀释， 溶解平衡向溶解方 向移动。 ③ 同离子效应： 加入与难溶电解质构成 微粒相同的物质， 溶解平衡向生成沉 淀的方向移动。 ④ 能反应的物质： 加入与难溶电解质溶 解所得的离子发生反应的物质， 溶解 平衡向溶解的方向移动。 85 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 要点 3 沉淀溶解平衡的应用 典例 3 实验： ①0.1 mol/L AgNO 3 溶液和 0.1 mol/L NaCl 溶液等体积混合得到浊液 a ， 过滤得到滤液 b 和白色沉淀 c ； ② 向滤液 b 中滴加 0.1 mol/L KI 溶液， 出现浑浊； ③ 向 沉淀 c 中滴加 0.1 mol/L KI 溶液， 沉淀变为 黄色。 下列分析不正确的是 （ ） A. 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 Ag + C. ③ 中颜色变化说明 AgCl 转化为 AgI D. 实验可以证明 AgI 比 AgCl 更难溶 解析： 向二者恰好反应后的滤液 b 中滴加 0.1 mol/L KI 溶液出现 AgI 沉淀， 则说明浊 液 a 中存在沉淀溶解平衡， A 项正确； 向滤 液 b 中加入 0.1 mol/L KI 溶液， 出现浑浊， 则说明 b 中含有 Ag + ， B 项错误； ③ 中颜色 变化是沉淀进行了转化 ， 即 AgCl 转化为 AgI ， C 项正确； 因 AgCl 沉淀能转化为 AgI 沉淀， 所以 K sp （ AgI ） <K sp （ AgCl ）， AgI 更难 溶， D 项正确。 答案： B 变式训练 3 下列应用或现象主要体现的是沉淀溶解 平衡原理的有 （ ） ① 热纯碱溶液洗涤油污的能力强 ② 误将钡盐 ［ BaCl 2 、 Ba （ NO 3 ） 2 ］ 当作食盐食 用后， 常用 0.5% 的 Na 2 SO 4 溶液解毒 ③ 溶洞的形成 ④ 碳酸钡不能作 “钡餐” 而硫酸钡可以 ⑤ 泡沫灭火器灭火 A. ②③④ B. ①②③ C. ③④⑤ D. 全部 变式训练 4 下列有关说法正确的是 （ ） A． 常温下， AgCl 在等物质的量浓度的 CaCl 2 和 NaCl 溶液中的溶解度相同 B． 常温下 ， 向饱和 Na 2 CO 3 溶液中加少量 BaSO 4 粉末， 过滤， 向洗净的沉淀中加稀 盐酸有气泡产生， 说明常温下 K sp （ BaCO 3 ） <K sp （ BaSO 4 ） C． 向 AgCl 浊液中滴加 Na 2 S 溶液， 白色沉淀 变成黑色 ， 说明 AgCl 的溶解平衡正向 移动 D． 已知 K sp （ Ag 2 CrO 4 ） ＝2.0×10 －12 ， K sp （ AgCl ） ＝ 1.8×10 －10 ， 说明 Ag 2 CrO 4 的溶解度小于 AgCl 变式训练 5 如图所示， 有 T 1 、 T 2 两种温度下两条 BaSO 4 在水中的沉淀溶解平衡曲线， 下列关 于 T 1 温度时 BaSO 4 在水中的沉淀溶解平衡 曲线的说法不正确的是 （ ） A． 加入 Na 2 SO 4 可使溶液由 a 点变为 b 点 B． 在 T 1 曲线上方区域 （不含曲线） 任意一 点时， 均有 BaSO 4 沉淀生成 C． 蒸发溶剂可能使溶液由 d 点变为曲线上 a 、 b 之间的某一点 （不含 a 、 b ） 变式训练 5 图 5.0×10 -5 c(SO 2- 4 )/(mol · L -1 ) c ( B a 2 + ) / ( m o l · L - 1 ) 1 . 0 × 1 0 - 4 T 1 T 2 c d a b 0 86 学 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 D． 升温可使溶液由 b 点变为 d 点 变式训练 6 实验： ① 将 0.1 mol · L -1 的 AgNO 3 溶液 和 0.1 mol · L -1 的 NaCl 溶液等体积混合， 得 到浊液 a ， 过滤， 得到滤液 b 和白色沉淀 c ； ② 取一部分沉淀 c ， 向其中滴加 0.1 mol · L -1 的 KI 溶液， 沉淀变为黄色 （ AgI ）； ③ 往剩余的沉淀 c 中滴加 0.1 mol · L -1 的 KBr 溶液， 沉淀变为淡黄色 （ AgBr ）。 通过以上实验进行分析， 下列有关结论 不正确的是 （ ） A． 滤液 b 中， c （ Na ＋ ） =c （ NO - 3 ） B． 实验 ② 中反应达到平衡时， 平衡常数表 达式为 K= c （ Cl - ） c （ I - ） C． 实验 ③ 中发生反应的化学方程式为 AgCl （ s ） ＋Br - （ aq ） AgBr （ s ） ＋Cl - （ aq ） D． 根据实验 ②③ 可得出： K sp （ AgCl ） ＞K sp （ AgBr ） ＞K sp （ AgI ） 变式训练 7 已知 K sp （ AgCl ） ＝1.8×10 －10 ， K sp （ AgBr ） ＝ 7.7×10 －13 ， K sp （ Ag 2 CrO 4 ） ＝2.0×10 －12 。 某溶液中 含有 Cl － 、 Br － 和 CrO 2- 4 ， 浓度均为 0.010mol · L －1 ， 向 该 溶 液 中 逐 滴 加 入 0.010 mol · L －1 的 AgNO 3 溶液时， 三种阴离子产生沉淀的先后 顺序为 （ ） A． Cl － 、 Br － 、 CrO 2- 4 B． CrO 2- 4 、 Br － 、 Cl － C． Br － 、 Cl － 、 CrO 2- 4 D． Br － 、 CrO 2- 4 、 Cl － 变式训练 8 根据题目提供的溶度积数据进行计算并 回答下列问题。 （ 1 ） 已知 25 ℃ 时， K sp ［ Mg （ OH ） 2 ］ ＝5.6×10 -12 ； 酸碱指示剂百里酚蓝变色的 pH 范围 如下： 25 ℃ 时， 向 Mg （ OH ） 2 饱和溶液中滴加 2 滴百里酚蓝指示剂 ， 溶液的颜色为 。 （ 2 ） 向 50 mL 0.018 mol · L -1 的 AgNO 3 溶液 中加入 50 mL 0.020 mol · L -1 的盐酸 ， 生成沉淀。 已知该温度下 AgCl 的 K sp ＝ 1.0×10 -10 ， 忽略溶液的体积变化 ， 请 计算： ① 完全沉淀后， 溶液中 c （ Ag + ） ＝ 。 ② 完全沉淀后， 溶液的 pH＝ 。 ③ 如果向完全沉淀后的溶液中继续加 入 50 mL 0.001 mol · L -1 的盐酸， 是否 有白色沉淀生成？ （填 “是” 或 “否”）。 （ 3 ） 在某温度下， K sp （ FeS ） ＝6.25×10 -18 ， FeS 饱和溶液中 c （ H + ）与 c （ S 2- ）之间存在关 系： c 2 （ H + ）· c （ S 2- ） ＝1.0×10 -22 ， 为了使溶 液里 c （ Fe 2+ ）达到 1 mol · L -1 ， 现将适量 FeS 投入其饱和溶液中， 应调节溶液中 的 c （ H + ）约为 。 变式训练答案 1. （ 1 ） 质量增加 CH 3 COONa 在溶液中水 pH ＜8.0 8.0～9.6 ＞9.6 颜色 黄色 绿色 蓝色 87 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 解： CH 3 COO － ＋H 2 O CH 3 COOH＋OH － ， 增大了 c （ OH － ）， 使 Mg （ OH ） 2 的溶解平 衡向着生成 Mg （ OH ） 2 的方向移动 （ 2 ） 质量减小 NH 4 Cl 在溶液中电离出 NH ＋ 4 ， NH ＋ 4 与 OH － 发生反应： NH ＋ 4 ＋OH － NH 3 · H 2 O ， 减小了 c （ OH － ）， 使 Mg （ OH ） 2 的 溶解平衡向着生成 Mg 2＋ 和 OH － 的方向 移动 2. D 3. A 4. C 5. D 6. D 7. C 8. （ 1 ） 蓝色 （ 2 ） ①1.0×10 -7 mol · L -1 ②2 ③ 否 （ 3 ） 4×10 -3 mol/L 88