内容正文:
第4节 沉淀溶解平衡
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1.沉淀溶解平衡
固体溶质溶解的过程是一个可逆过程:
固体溶质 溶液中的离子
溶解平衡的特点:逆、等、动、定、变(适用平衡移动原理)。
2.沉淀溶解平衡的影响因素
(1)内因(决定因素):难溶电解质本身的性质。
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(2)外因
①浓度:加水稀释,平衡向沉淀溶解的方向移动。
②温度:绝大多数难溶电解质的溶解是吸热过程,升高温度,平衡一般向沉淀溶解的方向
移动。
③同离子效应:增大难溶物对应离子的浓度,平衡向生成沉淀的方向移动。
④发生反应:向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应的物质,平衡向沉淀溶解的方
向移动。
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注意
平衡向沉淀溶解方向移动的前提是体系中存在固体,若无固体,则平衡不移动。
3.溶度积
(1)溶度积常数(简称溶度积):一定温度下,难溶电解质的饱和溶液中,各组分离子浓度幂
的乘积为常数,用Ksp表示。对于沉淀溶解平衡AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq),Ksp=
[c(An+)]m·[c(Bm-)]n。
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注意
(1)Ksp的大小只与难溶电解质的性质和温度有关,与沉淀的量和溶液中离子的浓度无关。
(2)溶度积常数和溶解度的关系:
①阴阳离子个数比相同:Ksp小,溶解度小;
②阴阳离子个数比不同:Ksp小,溶解度不一定小,此时应根据溶度积常数Ksp计算出离子
浓度。
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(2)某温度下,难溶电解质溶液在任意时刻下有关离子浓度幂的乘积为Q(离子积)。比较
Ksp与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。
当Q<Ksp时,溶液不饱和,无沉淀析出;
当Q=Ksp时,沉淀与溶解处于平衡状态;
当Q>Ksp时,溶液过饱和,有沉淀析出。
4.沉淀溶解平衡的应用
(1)沉淀的生成
在溶液中,当Q>Ksp时,就会生成沉淀。利用生成沉淀可除去溶液中的杂质离子,常用方
法有:
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方法 示例
加沉淀
剂法 用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沉淀(如CuS、HgS等)
调节
pH法 除去CuCl2溶液中的FeCl3,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2
(OH)2CO3等消耗H+,使平衡Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+
正向移动,生成Fe(OH)3沉淀
注意
①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≤1
×10-5 mol·L-1时沉淀完全。②判断两种溶液混合时是否有沉淀生成,要注意混合后溶液
体积改变引起的浓度变化,利用混合后的离子浓度计算出Q,再与Ksp进行比较。
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方法 示例
酸、碱溶解法 用盐酸溶解BaCO3
氧化还原法 用硝酸溶解金属硫化物(CuS、HgS等)
生成配合物法 用氨水溶解AgCl生成[Ag(NH3)2]+
盐溶解法 用NH4Cl溶液溶解Mg(OH)2
(2)沉淀的溶解
当Q<Ksp时,沉淀就会溶解。常用方法有:
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(3)沉淀的转化:一般来说,若难溶电解质类型相同,则Ksp较大的沉淀易转化为Ksp较小的
沉淀;若类型不同,沉淀的溶解度差别越大,越容易转化。
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注意
一种沉淀可以转化为更难溶的沉淀,这是一般规律,并不意味着溶解度小的沉淀不能转
化为溶解度大的沉淀,沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。如BaSO4比BaCO3更难
溶解,但将BaSO4沉淀加入饱和的Na2CO3溶液中,只要c(Ba2+)·c(C )>Ksp(BaCO3),BaSO4
就可以缓慢转化为BaCO3。
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(4)Ksp的应用
①根据沉淀的先后次序,比较Ksp的大小。如向浓度均为0.1 mol·L-1(同浓度)的NaCl和
NaI(同类型)混合溶液中滴加少量AgNO3溶液(少量沉淀剂),先出现黄色沉淀(先生成的
沉淀的Ksp更小),则Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)。
②根据Ksp判断沉淀某离子的pH范围。如已知:Ksp[Al(OH)3]=1×10-33,Ksp[Fe(OH)3]=3×10-3
9,pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀。室温下,除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+又不使Mn2+沉淀
出来,由Ksp[Al(OH)3]>Ksp[Fe(OH)3]可知,Al3+沉淀完全时Fe3+早已沉淀完全,当Al3+恰好完
全沉淀时,c(Al3+)=10-5 mol·L-1,Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)·c3(OH-)=1×10-33,此时c(OH-)≈10-9.3 mol
·L-1,c(H+)=KW/c(OH-)=10-4.7 mol·L-1,即pH=4.7,故需调节溶液pH范围为4.7≤pH<7.1。
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1.化工生产中常用MnS作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(Mn2+)=c(Cu2+)
C.向平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c(Mn2+)变大
D.该反应的平衡常数K=
即练即清
B
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解析 同类型沉淀发生转化时,一般情况下转化向着溶度积小的方向进行,则Ksp(MnS)>
Ksp(CuS),A正确;该反应达平衡时c(Mn2+)、c(Cu2+)保持不变,但不一定相等,B错误;向平
衡体系中加入少量CuSO4固体后,c(Cu2+)增大,则平衡正向移动,c(Mn2+)变大,C正确;该反
应的平衡常数K= = = ,D正确。
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2.已知25 ℃下列物质的溶度积常数如下表所示。
物质 FeS CuS ZnS
Ksp 6.3×10-18 1.3×10-36 1.6×10-24
以下说法正确的是 ( )
A.25 ℃时,饱和CuS溶液中Cu2+的浓度为 ×10-18 mol·L-1
B.25 ℃时,CuS的溶解度大于ZnS的溶解度
C.因为H2SO4是强酸,故反应CuSO4+H2S CuS↓+H2SO4不能发生
D.向物质的量浓度相同的FeCl2、ZnCl2的混合液中加入少量Na2S,只有FeS沉淀生成
A
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解析 饱和CuS溶液中c(Cu2+)=c(S2-),且c(Cu2+)×c(S2-)=Ksp(CuS),则c(Cu2+)= mol·
L-1= ×10-18 mol·L-1,A正确;CuS和ZnS的类型相同,根据题中所给Ksp数据,可得出CuS的
溶解度小于ZnS,B错误;CuS的Ksp很小,CuSO4可以与H2S电离出的S2-结合生成不溶于硫
酸的CuS沉淀,题给反应可发生,C错误;ZnS的Ksp比FeS的小,则向物质的量浓度相同的
FeCl2、ZnCl2的混合液中加入少量Na2S,ZnS先沉淀出来,D错误。
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3.绚丽多彩的无机颜料的应用曾创造了古代绘画和彩陶的辉煌。硫化镉(CdS)是一种
难溶于水的黄色颜料,其在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是
( )
A.图中a和b分别为T1、T2温度下CdS在水中的溶解度
B.图中各点对应的Ksp的关系为Ksp(m)=Ksp(n)<Ksp(p)<
Ksp(q)
C.向m点的溶液中加入少量Na2S固体,溶液组成由m沿
mpn线向p方向移动
D.温度降低时,q点的饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动
B
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解析 CdS在水中达到沉淀溶解平衡时Cd2+、S2-浓度相等,可用Cd2+浓度表示CdS在水
中的溶解度,A正确;m、p、n三点为同一温度下的CdS的沉淀溶解平衡状态,故三点的
Ksp相等,B错误;向m点溶液中加入少量Na2S固体,S2-浓度增大,但Ksp不变,则Cd2+浓度减小,
溶液组成由m沿T1时的沉淀溶解平衡曲线(mpn线)向p方向移动,C正确;温度降低,Ksp减
小,q点的饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动,D正确。
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