内容正文:
第3章
物质在水溶液中的行为
第3章 物质在水溶液中的行为
化 学
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合 作 探 究
随 堂 演 练
第3节 沉淀溶解平衡
第3章 物质在水溶液中的行为
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随 堂 演 练
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固体溶解的
离子生成该固体的
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正向
不变
减小
减小
正向
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溶度积
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各有关离子的浓度幂之积
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平衡浓度
任意时刻的浓度
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过饱和
饱和
未饱和
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难溶物质本身的性质
温度
越小
越小
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>
离子生成沉淀
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平衡
<
溶解
平衡
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有白色沉淀
有黑色沉淀
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溶解能力小
溶解能力更小
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C
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合作探究 素能提升
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课 时 精 练(十九)
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[素养发展目标] 1.认识难溶电解质在水溶液中存在沉淀溶解平衡。2.了解沉淀的生成、溶解与转化。3.能综合运用离子反应、化学平衡原理,分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题。
一、难溶电解质的沉淀溶解平衡
1.沉淀溶解平衡
在一定温度下,当难溶电解质溶于水形成饱和溶液时,__________速率与溶液中________________速率相等,即达到沉淀溶解平衡状态。
2.沉淀溶解平衡的特征
3.沉淀溶解平衡的表达式
MmAn(s) mMn+(aq)+nAm-(aq)
难溶电解质用“s”标明状态,溶液中的离子用“aq”标明状态,并用“______”连接。例如Ag2S固体的溶解平衡表达式可表示为___________________________。
Ag2S(s) 2Ag+(aq)+S2-(aq)
4.沉淀溶解平衡的影响因素
以AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq) ΔH>0为例分析外因对溶解平衡移动的影响。
外界条件
平衡移动方向
平衡后c(Ag+)
平衡后c(Cl-)
升高温度
____
增大
增大
加水稀释
正向
____
不变
加入少量AgNO3
逆向
增大
____
通入HCl
逆向
____
增大
通入H2S
____
减小
增大
二、溶度积常数
与电离平衡、水解平衡一样,难溶电解质的沉淀溶解平衡也存在平衡常数,称为溶度积常数,简称________,符号为________。
Ksp
1.溶度积与浓度商
以AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq)为例:
溶度积
浓度商
概念
沉淀溶解平衡的平衡常数,即一定条件下,难溶电解质溶于水形成饱和溶液时,溶质的离子与该固体之间建立起动态平衡,溶液中离子浓度不再变化,其溶液中______________________为一常数,叫作溶度积常数(简称溶度积)
溶液中有关离子浓度幂的乘积
溶度积
浓度商
符号
Ksp
Q
表达式
Ksp(AmBn)=c eq \o\al(\s\up1(m),\s\do1(平)) (An+)·c eq \o\al(\s\up1(n),\s\do1(平)) (Bm-),式中的浓度都是________
Q(AmBn)=cm(An+)·
cn(Bm-),式中的浓度是______________
溶度积
浓度商
应用
通过比较溶度积(Ksp)与浓度商(Q)的相对大小,判断在一定条件下沉淀能否生成
①Q>Ksp:溶液______,有沉淀析出
②Q=Ksp:溶液____,处于平衡状态
③Q<Ksp:溶液______,无沉淀析出
2.溶度积的影响因素
(1)内因:__________________,这是主要决定因素。
(2)外因:Ksp只受____的影响(通常随温度的升高而增大),在一定温度下,Ksp是一个常数。
3.溶度积的意义
(1)Ksp的大小反映难溶电解质的溶解能力,通常Ksp____,说明难溶物越难溶解。
(2)相同类型的物质,溶度积____,其溶解度越小。
三、沉淀溶解平衡的应用
1.沉淀的溶解与生成
对于难溶电解质AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq),其浓度商Q=_______________,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)Q_____Ksp时,溶液中的_______________,直至Q_____Ksp,达到新的沉淀溶解平衡。
cm(An+)·cn(Bm-)
(2)Q=Ksp时,溶液饱和,沉淀溶解与离子生成沉淀处于_______状态。
(3)Q_____Ksp时,溶液未饱和,若加入过量难溶电解质,则会_______,直至沉淀溶解与离子生成沉淀达到_______状态。
2.沉淀的转化
(1)实验探究ZnS沉淀转化为CuS沉淀
实验步骤
实验现象
__________
__________
离子反应
方程式
S2-(aq)+Zn2+(aq)===ZnS↓
ZnS(s)+Cu2+(aq)
===
_____________________
实验结论
__________的沉淀可以转化成____________的沉淀
CuS(s)+Zn2+(aq)
(2)沉淀转化的应用
①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:_____________________________________。
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。
FeS(s)+Hg2+(aq)===HgS(s)+Fe2+(aq)
1.CaSO4有很多用途,例如制豆腐就用到石膏(主要成分是CaSO4)。CaSO4微溶于水,溶于水的部分可以形成CaSO4饱和溶液,其饱和溶液中存在平衡:CaSO4(s) Ca2+(aq)+SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) (aq),分别采取下列措施,能使溶液中c平(Ca2+)增大的是( )
A.降温
B.加入CaSO4
C.加入BaCl2
D.加水
C [降温,钙离子浓度减小,故A错误;CaSO4饱和溶液中再加入硫酸钙,不再溶解,钙离子浓度不变,故B错误;钡离子与硫酸根离子生成更难溶的硫酸钡沉淀,平衡正向移动,钙离子浓度增大,故C正确;加水稀释,钙离子浓度减小,达到新的沉淀溶解平衡,钙离子浓度不变,故D错误。]
2.下列物质的溶度积常数表达式符合Ksp=c2(Ax+)·c(By-)的是( )
A.AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)
B.Na2S===2Na++S2-
C.Ag2S(s) 2Ag+(aq)+S2-(aq)
D.PbI2(s) Pb2+(aq)+2I-(aq)
3.判断在下列情况中有无CaCO3沉淀生成。已知Ksp(CaCO3)=4.96×10-9mol2·L-2。
(1)往1.0 L纯水中分别加入0.1 mL浓度为0.01 mol·L-1的CaCl2和Na2CO3加入纯水稀释至1.0 L。
(2)将(1)中的CaCl2和Na2CO3的浓度改变为1.0 mol·L-1。
解析:(1)由题意可知,若溶质完全溶解,则有c(Ca2+)=c(CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) )=1.0×10-4L×0.01 mol·L-1÷1.0 L=1×10-6mol·L-1,则Q=c(Ca2+)·c(CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) )=1×10-12mol2·L-2<Ksp(CaCO3)=4.96×10-9mol2·L-2,由溶度积规则知,无CaCO3沉淀生成。
(2)由题意可知,若溶质完全溶解,则有c(Ca2+)=c(CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) )=1×10-4mol·L-1,则Q=c(Ca2+)·c(CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) )=1×10-8mol2·L-2>Ksp(CaCO3),有CaCO3沉淀生成。
答案: (1)无沉淀生成 (2)有沉淀生成
探究一 溶度积的应用与有关计算
1.已知常温下,Ksp(AgCl) =1.8×10-10 mol2·L-2,Ksp(Ag2CrO4)=1.0×10-11 mol3·L-3,现向c(Cl-)和c(CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) )均为0.1 mol·L-2的溶液中滴入AgNO3溶液(不考虑体积变化)。
(1)首先生成的沉淀是什么?说明原因。
提示: 据题给信息,当Cl-开始沉淀时,有c平(Cl-)·c平(Ag+)=Ksp(AgCl),故c平(Ag+)= eq \f(1.8×10-10 mol2·L-2,0.1 mol·L-1) =1.8×10-9 mol·L-1;当CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 开始沉淀时,c eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(平)) (Ag+)·c平(CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) )=Ksp(Ag2CrO4),故c eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(平)) (Ag+)= eq \f(1.0×10-11 mol3·L-3,0.1 mol·L-1) =1.0×10-10 mol2·L-2,c平(Ag+)=1.0×10-5 mol·L-1;因为沉淀Cl-所需c平(Ag+)小于沉淀CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 所需c平(Ag+),故首先生成AgCl沉淀。
提示: 当Ag2CrO4开始沉淀时,此时c平(Ag+)=1.0×10-5 mol·L-1,故c平(Cl-)= eq \f(Ksp(AgCl),c平(Ag+)) = eq \f(1.8×10-10 mol2·L-2,1.0×10-5 mol·L-1) =1.8×10-5 mol·L-1。
(2)当Ag2CrO4开始沉淀时,溶液中Cl-的浓度为多少?试通过计算说明。
2.已知常温下,Ksp[Cu(OH)2]=2.0×10-20 mol3·L-3,某CuSO4溶液中c(Cu2+)=0.02 mol·L-1,现向溶液中加入碱来调节pH,当Cu2+开始沉淀时,pH应调节为多少?通过计算证明。
提示:常温下,如果要生成Cu(OH)2沉淀,则Q[Cu(OH)2]=c平(Cu2+)·c eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(平)) (OH-)>Ksp[Cu(OH)2],即0.02 mol·L-1×c eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(平)) (OH-)>2.0×10-20 mol3·L-3,有c平(OH-)>1.0×10-9 mol·L-1,所以c平(H+)<1.0×10-5 mol·L-1,故应调节pH大于5。
1.溶度积的应用
(1)判断沉淀生成的顺序
对于同类型且含有相同离子的沉淀,溶度积越小,沉淀越先生成。例如向物质的量浓度相等的NaCl和NaI的混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液,先生成AgI沉淀,后生成AgCl沉淀。这是因为沉淀I-所需的c(Ag+)比沉淀Cl-所需的c(Ag+)小。
(2)判断沉淀完全的条件
生成沉淀的条件是满足Q>Ksp,由此可以计算出使离子沉淀完全的条件。通常认为当溶液中的离子浓度小于等于10-5mol·L-1时,该离子已沉淀完全。以Fe(OH)3为例,可计算Fe3+完全沉淀所需控制的pH:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×
10-39mol4·L-4,当c(Fe3+)=10-5mol·L-1时,c(OH-)= eq \r(3,2.8×10-34) mol·
L-1≈6.54×10-12mol·L-1,c(H+)=1.53×10-3mol·L-1,pH≈2.8,故Fe3+
在pH=2.8时沉淀完全。同理可计算Cu2+、Mg2+、Fe2+等金属离子沉淀完全
时溶液的pH。
(3)计算沉淀转化反应的平衡常数,如对于反应Cu2+(aq)+ZnS(s) CuS(s)+Zn2+(aq),Ksp(ZnS)=c(Zn2+)·c(S2-),Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),该反应的平衡常数K= eq \f(c(Zn2+),c(Cu2+)) = eq \f(c(Zn2+)·c(S2-),c(Cu2+)·c(S2-)) = eq \f(Ksp(ZnS),Ksp(CuS)) 。
1.已知某温度下,Ksp(AgCl)=1.56×10-10mol2·
L-2,Ksp(Ag2CrO4)=1×10-12mol3·L-3,下列叙述正确的是( )
A.饱和AgCl溶液与饱和Ag2CrO4溶液相比,前者的c(Ag+)大
B.Ag2CrO4(s)+2Cl-(aq)===2AgCl(s)+CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) (aq)的平衡常数为4.11×107mol-1·L-1
C.向0.000 8 mol·L-1的K2CrO4溶液中加入等体积的0.002 mol·L-1AgNO3溶液,则CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 完全沉淀
D.将0.001 mol·L-1的AgNO3溶液滴入0.001 mol·L-1KCl和0.001 mol·L-1K2CrO4的混合溶液中,则先产生Ag2CrO4沉淀
B [饱和AgCl溶液中Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=c2(Ag+)=1.56×10-10mol2·L-2,饱和Ag2CrO4溶液中Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) )= eq \f(c3(Ag+),2) =1×10-12mol3·
L-3,由此计算可知后者的c(Ag+)大,A错误;K=eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) eq \f(c(CrO),c2(Cl-))
=
=eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) eq \f(c(CrO)·c2(Ag+),c2(Cl-)·c2(Ag+))
=eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(sp)) eq \f(Ksp(Ag2CrO4),K(AgCl))
= eq \f(1×10-12mol3·L-3,(1.56×10-10)2mol2·L-2) ≈4.11×107mol-1·L-1,B正确;两溶液等体积混合,发生反应2Ag++CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) ===Ag2CrO4↓,则溶液中剩余的c(Ag+)=2×10-4mol·L-1,溶液中c(CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) )= eq \f(Ksp(Ag2CrO4),c2(Ag+)) = eq \f(1×10-12mol3·L-3,(2×10-4mol·L-1)2) mol·L-1=2.5×10-5mol·L-1>1.0×10-5mol·L-1,所以CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 不能完全沉淀,C错误;当Cl-开始沉淀时c(Ag+)= eq \f(Ksp(AgCl),c(Cl-)) = eq \f(1.56×10-10,0.001) mol·L-1=1.56×10-7mol·L-1,当CrO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 开
始沉淀时c(Ag+)=eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) eq \r(\f(Ksp(Ag2CrO4),c(CrO)))
mol·L-1= eq \r(\f(1×10-12,0.001)) mol·L-1=1.0×10-4.5mol·L-1,故先产生AgCl沉淀,D错误。]
3.当坐标为浓度的负对数时(-lg X=pX),pX和c(X)的关系如何?
提示: pX越大,c(X)越小。
探究二 沉淀溶解平衡图像的常见类型和分析方法
1.沉淀溶解平衡线上的点都为饱和溶液,如何判断线外的点是否饱和?
提示: 根据Q和Ksp的大小判断。
2.能否根据沉淀溶解平衡线上的任意一点来确定其Ksp?
提示: 能。
1.两坐标为离子浓度的曲线型图像
Ksp(CaSO4)=8×10-6 mol2·L-2
b点的Q>Ksp,有沉淀析出
d点的Q<Ksp,不饱和溶液
温度不变,增加c平(SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) ),沿曲线a→c变化
2.坐标为对数或负对数的直线型图像
已知:pCu=-lg c平(Cu+),pX=-lg c平(X-),式中X-表示卤素阴离子。298 K时,Ksp(CuCl)≈1.0×10-7 mol2·L-2,Ksp(CuBr)≈1.0×10-9 mol2·L-2,Ksp(CuI)≈1.0×10-12 mol2·L-2。298 K时,CuCl、CuBr、CuI的饱和溶液中pCu和pX的关系如图所示。
①Y、Z、W依次代表CuCl、CuBr、CuI
②图中的a=6
③图中的A点对CuBr要生成沉淀,对于CuCl是不饱和溶液
3.有关沉淀溶解平衡图像问题的思维模板
eq \x(明确图像中纵、横坐标的含义) —→ eq \x(\a\al(理解图像中线上的,点、线外点的含义))
—→ eq \x(抓住Ksp的特点,结合题目选项或问题分析判断)
一般来说,曲线上的点是该温度下达到沉淀溶解平衡的点,线上方或线下方的点的含义需要根据纵、横坐标的含义以及参考线的不同进行判断。对于纵、横坐标为离子浓度的图像,线上方的点为Q大于Ksp的点,线下方的点为Q小于Ksp的点,对于纵、横坐标为离子浓度负对数的图像,则正好相反。
2.T ℃时,AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。T ℃时AgCl的Ksp=4×10-10mol2·L-2,下列说法不正确的是( )
A.T ℃时,AgBr的Ksp为4.9×10-13mol2·L-2
B.T ℃时,AgCl(s)+Br-(aq)===AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K≈816
C.图中a点对应的是AgBr的不饱和溶液
D.在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体,可使溶液由c点变到b点
D [结合图中c点对应的c(Ag+)和c(Br-)可知,该温度下AgBr的Ksp=7×10-7mol·L-1×7×10-7mol·L-1=4.9×10-13mol2·L-2,故A正确;反应AgCl(s)+Br-(aq)===AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K= eq \f(c(Cl-),c(Br-)) = eq \f(Ksp(AgCl),Ksp(AgBr)) = eq \f(4.0×10-10mol2·L-2,4.9×10-13mol2·L-2) ≈816,故B正确;根据图像可知,在a点时Q=c(Ag+)·c(Br-)<Ksp(AgBr),所以a点为AgBr的不饱和溶液,故C正确;在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体后,c(Br-)增大,AgBr溶解平衡逆向移动,c(Ag+)减小,不能由c点变到b点,故D错误。]
3. T ℃时,AgX(X=Cl、Br)的溶度积与c(Ag+)和c(X-)的关系如图所示,其中A曲线代表AgCl,B曲线代表AgBr,已知p(Ag+)=-lg c(Ag+),p(X-)=-lg c(X-)。下列说法正确的是( )
A.c点可表示AgCl的不饱和溶液
B.b点的AgCl溶液加入AgNO3晶体可以变成a点
C.T ℃时,AgCl(s)+Br-(aq)===AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K=10-4
D.T ℃时,取a点的AgCl溶液和b点AgBr溶液等体积混合,会析出AgBr沉淀
D [根据图示,曲线A为饱和氯化银溶液中p(Ag+)与p(Cl-)的关系,线上任意一点均为氯化银的饱和溶液,如a点,p(Ag+)=-lgc(Ag+)=5,则c(Ag+)=10-5mol·L-1,p(Cl-)=-lgc(Cl-)=5,则c(Cl-)=10-5mol·L-1,Ksp(AgCl)=c(Ag+)· c(Cl-)=10-5mol·L-1×10-5mol·L-1=10-10mol2·L-2,同理Ksp(AgBr)=c(Ag+)·c(Br-)=10-7mol·L-1×10-7mol·L-1=10-14mol2·L-2。c点c(Ag+)=10-4mol·L-1,c(Cl-)=10-4mol·L-1,因为Q=10-4mol·L-1×10-4mol·L-1=10-8mol2·L-2>Ksp(AgCl)=10-10mol2·L-2,说明c点表示AgCl的过饱和溶液,
故A错误;b点为AgCl的不饱和溶液,加入AgNO3晶体,c(Ag+)增大,但c(Cl-)不可能增大,不能变成a点,故B错误;T ℃时,AgCl(s)+Br-(aq)===AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K= eq \f(c(Cl-),c(Br-)) = eq \f(Ksp(AgCl),Ksp(AgBr)) = eq \f(10-10,10-14) =104,故C错误;T ℃时,取a点的AgCl溶液和b点AgBr溶液等体积混合,c(Ag+)= eq \f(1,2) ×10-5mol·
L-1+ eq \f(1,2) ×10-7mol·L-1≈ eq \f(1,2) ×10-5mol·L-1,c(Br-)= eq \f(1,2) ×10-7mol·L-1,则c(Ag+)·c(Br-)= eq \f(1,2) ×10-5mol·L-1× eq \f(1,2) ×10-7mol·L-1>10-14mol2·L-2,有AgBr沉淀生成,故D正确。]
探究三 沉淀溶解平衡的移动和应用
重晶石(主要成分为BaSO4)是制备钡的化合物的重要原料,由重晶石制备BaCl2的大致流程如图。
eq \x(重晶石)
eq \o(————————————→,\s\up17(多次重复加入试剂a),\s\do17(操作①))
eq \x(BaCO3)
eq \o(——————→,\s\up17(试剂b),\s\do19(操作②))
eq \x(BaCl2)
1.由重晶石→BaCO3时,所加试剂a是什么物质?该步转化为什么能实现?
提示: 选用的是饱和Na2CO3溶液。BaSO4(s)+Na2CO3(aq) BaCO3(s)+Na2SO4(aq),若要使BaCO3形成沉淀,应使溶液中c平(Ba2+)·c平(CO2 eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) )>Ksp(BaCO3)。虽然BaSO4溶液中c平(Ba2+)很小,但可通过增大c平(CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) )来达到目的。
2.由BaCO3→BaCl2转化过程中,试剂b是什么物质?操作②具体指什么操作?
提示: BaCO3+2HCl===BaCl2+CO2↑+H2O,所以试剂b为稀盐酸。从BaCl2溶液中获得BaCl2固体可采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤的操作。
3.能否用BaCO3代替BaSO4用作钡餐?说明理由。
提示: 不能。BaCO3(s) Ba2+(aq)+CO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) (aq),在胃酸(盐酸)作用下,BaCO3沉淀溶解平衡正向移动,生成Ba2+使人体中毒。
1.影响沉淀溶解平衡的因素
(1)内因:物质本身的溶解性大小。
(2)外因:遵循勒·夏特列原理。
影响因素
平衡移动方向
Ksp变化
温度
升高温度
向吸热方向移动,多数为溶解方向
多数增大
降低温度
向放热方向移动,多数为沉淀方向
多数减小
影响因素
平衡移动方向
Ksp变化
浓度
加水
向溶解方向移动
不变
加入相同离子
向生成沉淀方向移动
不变
加入与体系中离子
发生反应的离子
向溶解方向移动
不变
2.沉淀的生成
(1)条件:浓度商(Q)大于溶度积(Ksp)。
(2)应用:
①分离离子:同一类型的难溶电解质,如AgCl、AgBr、AgI,溶度积小的物质先析出,溶度积大的物质后析出。
②控制溶液的pH来分离物质,如除去CuCl2中的FeCl3就可向溶液中加入CuO或Cu(OH)2等物质,将Fe3+转化为Fe(OH)3而除去。
3.沉淀的溶解
当溶液中浓度商Q小于Ksp时,沉淀可以溶解,其常用的方法有:
(1)酸碱溶解法:加入酸或碱与沉淀溶解平衡体系中的相应离子反应,降低离子浓度,使平衡向溶解的方向移动,如CaCO3可溶于盐酸。
(2)盐溶解法:加入盐溶液,与沉淀溶解平衡体系中某种离子反应生成弱电解质,从而减小离子浓度使沉淀溶解,如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液。
4.沉淀转化
(1)沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。一般是溶解度小的沉淀会转化生成溶解度更小的沉淀。
AgNO3 eq \o(————→,\s\up17(NaCl))
eq \o(\s\up17(AgCl),\s\do15((白色沉淀)))
eq \o(——→,\s\up17(NaBr))
eq \o(\s\up17(AgBr),\s\do15((淡黄色沉淀)))
eq \o(——→,\s\up17(KI))
eq \o(\s\up17(AgI),\s\do15((黄色沉淀)))
eq \o(——→,\s\up17(Na2S))
eq \o(\s\up17(Ag2S),\s\do15((黑色沉淀)))
(2)溶解度较小的沉淀在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀,如在BaSO4的饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液,也可以转化成溶解度较大的BaCO3沉淀。
4.化工生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2+:Cu2+(aq)+MnS(s)===CuS(s)+Mn2+(aq),下列说法错误的是( )
A.MnS的Ksp比CuS的Ksp大
B.该反应达平衡时c平(Mn2+)=c平(Cu2+)
C.往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c平(Mn2+)变大
D.该反应的平衡常数K= eq \f(Ksp(MnS),Ksp(CuS))
B [根据沉淀转化向溶度积小的方向进行可知,Ksp(MnS)>Ksp(CuS),A项正确;该反应达平衡时c平(Mn2+)、c平(Cu2+)保持不变,但不一定相等,B项错误;往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,平衡向正反应方向移动,c平(Mn2+)变大,C项正确;该反应的平衡常数K= eq \f(c平(Mn2+),c平(Cu2+)) = eq \f(c平(Mn2+)·c平(S2-),c平(Cu2+)·c平(S2-)) = eq \f(Ksp(MnS),Ksp(CuS)) ,D项正确。]
[知识网络]
[要点归纳]
1.难溶电解质的沉淀溶解平衡的特征与化学平衡、弱电解质的电离平衡相似,都是可逆过程,都是一定条件下的动态平衡,都遵循勒·夏特列原理。
2.溶度积(Ksp)反映了难溶电解质在水中的溶解能力,相同类型的难溶电解质可通过Ksp大小比较其溶解能力;Ksp只随温度的变化而变化。
3.若难溶电解质的浓度商为Q,当Q>Ksp有沉淀生成,当Q=Ksp为饱和溶液,当Q<Ksp无沉淀生成。
4.沉淀溶解平衡的应用涉及沉淀的生成、溶解和转化。
5.沉淀的转化是一种难溶电解质转化为另一种难溶电解质的过程,沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。
1.在一定温度下,Mg(OH)2固体在水溶液中达到平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),若使固体Mg(OH)2的量减少,而c平(Mg2+)不变,可采取的措施是( )
A.加MgCl2
B.加H2O
C.加NaOH
D.加HCl
B [无论加多少水,只要Mg(OH)2固体没完全溶解,溶液一定为饱和溶液,c平(Mg2+)不变。]
2.一定温度下,将足量的AgCl分别放入下列物质中,AgCl的溶解度由大到小的排列顺序是( )
①20 mL 0.01 mol·L-1 KCl溶液 ②30 mL 0.02 mol·L-1 CaCl2溶液 ③40 mL 0.03 mol·L-1 HCl溶液 ④10 mL蒸馏水 ⑤50 mL 0.05 mol·L-1 AgNO3溶液
A.①>②>③>④>⑤
B.④>①>③>②>⑤
C.⑤>④>②>①>③
D.④>③>⑤>②>①
B [AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq),c平(Cl-)或c平(Ag+)越大,对AgCl溶解的抑制作用越大,AgCl的溶解度就越小。注意AgCl的溶解度大小只与溶液中Ag+或Cl-的浓度有关,而与溶液体积无关。①c平(Cl-)=0.01 mol·L-1,②c平(Cl-)=0.04 mol·L-1,③c平(Cl-)=0.03 mol·L-1,④c平(Cl-)=0,⑤c平(Ag+)=0.05 mol·L-1;Ag+或Cl-浓度由小到大的顺序为④<①<③<②<⑤,故AgCl的溶解度由大到小的排列顺序为④>①>③>②>⑤。]
3.已知Ksp(BaSO4)=1.1×10-10 mol2·L-2,Ksp(BaCO3)=2.5×10-9 mol2·L-2。下列说法中不正确的是( )
A.BaSO4比BaCO3的溶解度小,所以BaCO3可以转化为BaSO4
B.BaCO3、BaSO4均不溶于水,所以都可以做钡餐试剂
C.向Na2CO3溶液中加入BaCl2和BaSO4,当两种沉淀共存时,eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(4)) eq \f(c平(SO2),c平(CO2 eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) ))
=4.4×10-2
D.常温下,BaCO3若要在Na2SO4溶液中开始转化为BaSO4,则Na2SO4的浓度必须不低于2.2×10-6 mol·L-1
B [只要控制条件,既可以实现由溶度积小的物质向溶度积大的物质转化,也可以实现由溶度积大的物质向溶度积小的物质转化,一般由大的转化为小的更容易进行,难溶的更易转化成更难溶的,A项正确;碳酸钡能溶于胃酸生成钡离子,引起重金属中毒,B项错误;向溶液中加BaCl2和BaSO4时,溶液中Ba2+浓度相等,当两种沉淀共存时, eq \f(Ksp(BaSO4),Ksp(BaCO3)) =eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(4)) eq \f(c平(SO2),c平(CO2 eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) ))
= eq \f(1.1×10-10 mol2·L-2,2.5×10-9 mol2·L-2) =4.4×10-2,C项正确;在碳酸钡溶液中,c平(Ba2+)= eq \r(25×10-10) mol·L-1=5×10-5 mol·L-1,常温下BaCO3开始转化为BaSO4时,c平(SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) )= eq \f(1.1×10-10 mol2·L-2,5×10-5 mol·L-1) =2.2×10-6 mol·L-1,D项正确。]
4.已知25 ℃时,几种难溶电解质的溶度积:
难溶电解质
CaCO3
CaSO4
MgCO3
Ksp
2.8×10-9
mol2·L-2
7.1×10-5
mol2·L-2
6.8×10-6
mol2·L-2
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:
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:
①向100 mL 0.1 mol·L-1的CaCl2溶液中加入0.1 mol·L-1的Na2SO4溶液100 mL,立即有白色沉淀生成。
②向①中加入3 g固体Na2CO3搅拌,静置后弃去上层清液。
③再加入蒸馏水搅拌,静置后再弃去上层清液。
④____________________________________________________________。
(1)由题中信息知Ksp越大,表示电解质的溶解度越________(填“大”或“小”)。
(2)写出第②步发生反应的化学方程式______________________________
__________________________________________________________________。
(3)设计第③步的目的是:_________________________________________。
(4)请补充第④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:_____________________
___________________________________________________________________。
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。
答案: (1)大 (2)Na2CO3(aq)+CaSO4(s)===CaCO3(s)+Na2SO4(aq) (3)洗去沉淀表面附着的SO2 eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(4)) (4)向沉淀中加入足量的盐酸,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
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