3.4 沉淀溶解平衡 第2课时（导学案）化学人教版选择性必修1

3.4 沉淀溶解平衡 第2课时 沉淀溶解平衡的应用 1.能够结合化学平衡移动原理，用与的相对大小解释沉淀生成、溶解、转化的本质，明确三类过程的发生条件。 2.掌握沉淀生成的两类常用方法（调节pH法、加沉淀剂法），理解除杂时沉淀剂的选择原则；掌握沉淀溶解的常见方法（酸溶解、盐溶解等），能从平衡移动角度解释溶解过程；掌握沉淀转化的一般规律，知道溶解度差距越大转化越易进行，特殊条件下溶解度小的沉淀也可转化为溶解度大的沉淀。 3.能运用沉淀溶解平衡理论解决实际问题，包括工业除杂pH范围的判断、废水处理、锅炉水垢去除、氟化物防龋齿等，掌握沉淀完全的判断标准（离子浓度、沉淀完全的pH计算、沉淀转化反应的平衡常数计算等定量分析方法。 重点：1.沉淀生成、溶解及转化的基本原理； 2.溶度积规则的应用。 难点：1.沉淀溶解平衡在生产生活中的实际应用； 2.相关pH计算、沉淀转化反应的定量分析。 1.沉淀的生成 (1)常用方法 ①调pH法 如除去CuCl2溶液中的杂质FeCl3，可以向溶液中加入CuO，调节溶液的pH，使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀而除去。离子方程式为Fe3＋＋3H2O__________________、CuO＋2H＋=________________。 ②沉淀剂法 a．工业废水中以Na2S为沉淀剂，使废水中的某些金属离子Cu2＋、Hg2+，离子方程式为S2-＋Cu2＋=_________、S2-＋Hg2+=________。 b．沉淀剂的选择：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，其次沉淀生成的反应进行得越完全越好。如除去溶液中的Mg2+，用NaOH溶液比使用Na2CO3溶液_________，原因是Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的_________。 c．同离子法 增大沉淀溶解平衡体系中某种离子的浓度，使平衡向_________的方向移动，如向AgCl饱和溶液中加入饱和食盐水可继续生成_________沉淀。 d．氧化还原法 改变离子的存在形式，促使其转化为溶解度更小的难溶电解质，便于分离出来，例如通过氧化还原反应将Fe2+氧化为Fe3+，从而生成更难溶的Fe(OH)3沉淀。 (2)沉淀生成的应用 在无机物的制备和提纯、废水处理等领域，常利用生成_______来达到分离或除去某些离子的目的。 2．沉淀的溶解 (1)沉淀溶解的原理 根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地移去平衡体系中的相应离子， Q<Ksp使平衡向_________的方向移动，就可以使沉淀溶解。 (2)沉淀溶解常用的方法 ①酸溶解法：如CaCO3溶于盐酸，Al(OH)3、Cu(OH)2溶于_______等。 ②盐溶解法：如Mg(OH)2可溶于_______溶液中。 ③生成配合物法：如AgCl可溶于_______。 ④氧化还原法：如CuS可溶于_______中。 3．沉淀的转化 (1)沉淀转化的实质与条件 ①实质：沉淀的转化是指由一种难溶物转化为另一种难溶物的过程，其实质是沉淀溶解平衡的移动。 ②条件：两种沉淀的溶解度不同，溶解度小的沉淀可以转化为溶解度________的沉淀，两者溶解度相差________转化越________。 (2)沉淀转化的应用 ①锅炉除水垢(含有CaSO4)：CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)，反应为CaSO4＋Na2CO3=CaCO3＋Na2SO4，CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O＋CO2↑。 ②自然界中矿物的转化：原生铜的硫化物CuSO4溶液铜蓝(CuS)，反应为CuSO4＋ZnS=CuS＋ZnSO4，CuSO4＋PbS=CuS＋PbSO4。 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(s)＋Hg2＋(aq)________________。 4．沉淀转化的应用 (1)锅炉除垢。如将CaSO4转化为CaCO3，离子方程式为__________________。 (2)矿物转化。如用饱和Na2CO3溶液处理重晶石(BaSO4)制备可溶性钡盐的离子方程式为______________。 (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：________________。 （一）课堂导入 【生活问题引导】同学们好！上课前老师先问大家几个生活里的小问题：大家有没有观察过家里用了很久的烧水壶内壁？是不是附着着一层黄白色、硬邦邦的水垢？你们的爸妈一般是怎么除去这层水垢的？还有咱们日常用的牙膏很多都标注了“含氟防蛀”，大家有没有好奇过为什么氟能保护牙齿？除此之外，我们经常在环保新闻里看到，工业产生的废水里含有铜、汞等有毒重金属离子，直接排放会严重污染水源和土壤，工厂又要通过什么方法把这些有害离子除去呢？ （预留1-2分钟让学生自由发言分享生活经验，比如有的同学会说用醋除水垢，有的听过含氟牙膏的宣传等） 【衔接过渡】大家分享的生活经验都很有用！上节课我们已经学习了沉淀溶解平衡的基本理论，知道难溶电解质的溶解平衡是动态平衡，可以通过改变外界条件调控平衡移动的方向。刚才提到的除水垢、含氟牙膏防蛀、工业废水除重金属，本质上都是对沉淀溶解平衡的应用。今天我们就一起从理论出发，探究怎么通过调控沉淀的生成、溶解和转化，解决这些生产生活中的实际问题，学完之后大家甚至可以给家人优化除水垢的小方案哦。 （二）沉淀的生成 任务一 工业废水中含有哪些金属离子？如何除去这些金属离子呢？ 【教师提问】请同学们观察课件给出的25℃常见难溶电解质的数据表，思考：如果要除去废水中的Cu2+、Hg2+，选择什么沉淀剂效果最好？依据是什么？ 【学生思考】 1.分组讨论后回答： 2.写出反应的离子方程式： 【讲解】 知识总结 一、沉淀的生成 1.应用： 2.原理： 任务二 如何用调节pH法除去溶液中的杂质离子？ 【教师提问】 1.要除去NH4Cl中的Fe3+，选择什么试剂调节pH不会引入新杂质？ 2.已知25℃时Ksp[Fe(OH)3] =2.8×10-39，离子浓度小于视为沉淀完全，计算Fe3+沉淀完全时溶液的pH至少为多少？ 【学生思考】 1.回答： 2.推导计算过程： 【讲解】我们再延伸思考一个问题：粗制CuSO4·5H2O中常混有Fe2+杂质，为什么提纯时要先加H2O2把Fe2+氧化为Fe3+，再调节pH=4除杂？ 已知Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17 ，Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39 ， Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20 CuSO4 饱和溶液中Cu2+的物质的量浓度为1.41 mol/L 【学生思考】 知识总结 一、沉淀的生成 3.沉淀的方法 ⑴调节pH法 ： ②加入氨水调节pH， ③调节溶液的 ④沉淀除杂原则： 常用氧化剂： 调pH可用： pH的调节范围 ⑵加沉淀剂法 在工业废水处理过程中，以Na2S 作沉淀剂，使废水中的某些金属离子如Cu2+、Hg2+等，生成极难溶的CuS、HgS 等沉淀而除去，也是分离、除去杂质常用的方法。 Na2S作沉淀剂： H2S作沉淀剂： 任务三 利用生成沉淀分离或除去某种离子的要求 【教师提问】(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? 【讲解】 【例1】在粗制CuSO4 ·5H2O 晶体中常含有杂质Fe2+。在提纯时，为了除去Fe2+，常加入少量H2O2 溶液，使Fe2+氧化为Fe3+，然后调节溶液pH=4，可以达到除去Fe3+而不损失CuSO4 的目的。请查阅附录Ⅲ，通过计算解释原因（已知25 ℃时CuSO4 饱和溶液中Cu2+的物质的量浓度为1.41 mol/L）。 Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17 Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39 Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20 【例2】如CuCl2溶液中混有FeCl2 该如何除去？ ①可以加入什么物质来调节pH？ ②调节pH的范围？ ③为什么需要先将Fe2+氧化为Fe3+？若不氧化会出现什么情况？ 氢氧化物 开始沉淀时的pH值(0.1mol/L) 沉淀完全时的pH值(＜10-5 mol/L) Fe2+ 6.95 8.95 Cu2+ 4.42 6.67 Fe3+ 1.87 3.2 （三）沉淀的溶解 任务四 如何用沉淀溶解平衡原理解释盐酸除水垢？ 【引入】家里的烧水壶、工业锅炉使用久了会结水垢，主要成分为Mg(OH)2、CaCO3、CaSO4 ，常用稀盐酸浸泡除去，我们已经知道CaSO4不与盐酸反应，那盐酸可以溶解CaCO3的原理是什么？ 【教师提问】写出CaCO3的沉淀溶解平衡式，分析加入盐酸后平衡的移动方向。 【学生思考】写出平衡： 【讲解】沉淀溶解的核心原理就是： 知识总结 二、 沉淀的溶解 1．原理 运用沉淀溶解平衡解释稀盐酸除碳酸钙的原理 任务五 实验验证：稀盐酸溶解氢氧化镁的沉淀溶解 【教师提问】 1.描述三组实验的现象，并用平衡原理解释？ 2.NH4Cl溶液可以溶解Mg(OH)2 有两种猜想： ①NH4Cl水解生成的H+中和OH-使平衡移动； ②NH4Cl直接与OH-结合生成弱电解质NH3·H2O使平衡移动。请设计实验验证哪种猜想正确？ 【学生思考】 1.现象： 2.讨论后回答： 【讲解】 知识总结 二、 沉淀的溶解 2.沉淀溶解方法: 3.实验验证溶解氢氧化镁 ⑴酸溶解法 滴加的试剂 蒸馏水 盐酸 现象 应用平衡移动原理分析、解释实验中发生的反应。 ⑵盐溶解法 向盛有少量Mg(OH)2固体的试管中滴加适量NH4Cl溶液，观察现象 滴加的试剂 NH4Cl溶液 盐酸 现象 （四）沉淀的转化 任务六 水垢中含有CaSO4，也能用盐酸除去吗？ 【引入】刚才我们提到水垢中的CaSO4不与盐酸反应，工业上除这类水垢时，会先用饱和Na2CO3溶液浸泡，再用盐酸清洗，就可以除去CaSO4，这其中的原理是什么？ 【教师提问】已知KspCaSO4=4.9×10-5，KspCaCO3=3.4×10-9，写出转化的离子方程式，并计算反应的平衡常数，说明转化能否进行完全。 【学生思考】写出离子方程式： 【讲解】 知识总结 三、沉淀的转化 1.用化学平衡的原理解释CaSO4 → CaCO3 沉淀的转化 2.沉淀的转化实质： 3.沉淀的转化规律： 任务七 沉淀转化的实验验证 【引入】我们进行两组实验验证沉淀转化的规律： 实验1：向盛有2 mL 0.1 mol/L NaCl 溶液的试管中滴加2滴0.1 mol/L AgNO3 溶液，观察并记录现象。振荡试管，然后向其中滴加4 滴0.1 mol/L KI 溶液，观察并记录现象。振荡试管，然后再向其中滴加8 滴0.1 mol/L Na2 S溶液，观察并记录现象。 实验2：向盛有2 mL 0.1 mol/L MgCl2 溶液的试管中滴加2~4 滴2 mol/L NaOH 溶液，观察并记录现象。向上述试管中滴加4 滴0.1 mol/L FeCl3 溶液，静置，观察并记录现象。 【教师提问】描述两组实验的现象，对应的大小关系是什么？可以得出什么转化规律 【学生思考】 1.实验1现象： 2.实验2现象： 3.规律： 知识总结 三、沉淀的转化 4.实验验证沉淀的转化 ⑴AgCl → AgI → Ag2S 步骤 (1) (2) (3) 现象 用平衡移动的原理分析 实验说明： ⑵Mg(OH)2 → Fe(OH)3 步骤 (1) (2) 现象 用平衡移动的原理分析 任务八 由溶解度小的沉淀转化为溶解度大的沉淀能否实现？ 【引入】我们刚才讨论的都是溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀，那反过来能不能实现？比如BaSO4(Ksp=1.07×10-10) ，BaCO3(Ksp=2.58×10-9)，BaSO4能不能转化为BaCO3 【教师提问】计算转化反应BaSO4＋CO32－ ⇌ BaCO3＋SO42－的平衡常数，当CO32－ 满足什么条件时，反应可以正向进行？ 【例3】计算当CO32-的浓度达到SO42-浓度的多少倍数时，才能实现 由BaSO4转化成BaCO3沉淀。KSP(BaSO4) =1.1×10-10 KSP(BaCO3) =2.58×10-9 【讲解】 任务九 探讨：沉淀的转化在科研和生产中具有重要的应用价值。 知识总结 三、沉淀的转化 5.沉淀转化的应用 (1)锅炉除水垢 反应为 (2)自然界中矿物的转化： 反应为 ⑶氟化物预防龋齿： 【例4】现进行下列实验： 实验步骤 实验内容 Ⅰ 将0.1mol·L-1AgNO3溶液和0.1mol·L-1NaCl溶液等体积混合，得到悬浊液a，将悬浊液a过滤，得到滤液b和白色沉淀c Ⅱ 向滤液b中滴加0.1mol·L-1KI溶液，滤液出现浑浊 Ⅲ 向沉淀c中滴加0.1mol·L-1KI溶液，沉淀变为黄色 下列关于上述实验的分析错误的是( ) A．悬浊液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．步骤Ⅲ表明AgCl转化为AgI D．该实验可以证明：Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI) 1．已知25℃时，Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11、Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20。在c(Mg2+)=c(Cu2+)的酸性溶液中，逐滴加入NaOH稀溶液使pH慢慢増大，下列判断正确的是( ) A．Mg2+先沉淀 B．Cu2+先沉淀 C．同时沉淀 D．Mg2+和Cu2+均不可能沉淀 2．某pH＝1的ZnCl2和HCl的混合溶液中含有FeCl3杂质，为了除去FeCl3杂质，需将溶液调至pH＝4。在调节溶液pH时，应选用的试剂是(　　) A．NaOH B．ZnO C．ZnSO4 D．Fe2O3 3．已知：Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)，在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中滴加适量CuSO4溶液，产生的实验现象是(　　) A．固体逐渐溶解，最后消失 B．固体由白色变为黑色 C．固体颜色变化但质量不变 D．固体逐渐增多，但颜色不变 4．向ZnSO4溶液中加入Na2S溶液时，得到白色沉淀，然后向白色沉淀上滴加CuSO4溶液，发现沉淀变为黑色，则下列说法不正确的是(　　) A．白色沉淀为ZnS，而黑色沉淀为CuS B．上述现象说明ZnS的Ksp小于CuS的Ksp C．利用该原理可实现一种沉淀转化为更难溶的沉淀 D．该过程破坏了ZnS的溶解平衡 一、沉淀的生成 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： 通过加入沉淀剂，或应用同离子效应，或控制溶液的PH， Q>Ksp，生成溶解度小的沉淀，溶解度越小越好。 3.沉淀的方法 ⑴调节pH法 ： ①工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，将含杂质的氯化铵溶解于水，再加入氨水调节pH，可使 Fe3+生成 Fe(OH)3 沉淀而除去； ②加入氨水调节pH，使Q[Fe(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3]可使Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀而除去。 Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+ ③调节溶液的pH≥2.8，可认为完全沉淀了Fe3+。 ④沉淀除杂原则：选择生成Ksp 尽量小的沉淀 不引入新的粒子 不消耗其他原料 常用氧化剂：硝酸、高锰酸钾、氯气、氧气、双氧水等。 调pH可用：MO、MOH、MCO3等(M为目标元素，不引入新杂质)。 pH的调节范围：pH最小值要能使杂质离子沉淀完全,pH最大值不能使目标离子开始沉淀。 ⑵加沉淀剂法 在工业废水处理过程中，以Na2S 作沉淀剂，使废水中的某些金属离子如Cu2+、Hg2+等，生成极难溶的CuS、HgS 等沉淀而除去，也是分离、除去杂质常用的方法。 Na2S作沉淀剂：Cu2＋＋S2－= CuS↓ Hg2＋＋S2－= HgS↓ H2S作沉淀剂： Cu2＋＋H2S = CuS↓＋2H＋ Hg2＋＋H2S = HgS↓＋2H＋ 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。（沉淀类型不同，要通过计算确定）。 ②当离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，认为已完全沉淀 。 二、 沉淀的溶解 1．原理 根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地移去平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。 运用沉淀溶解平衡解释稀盐酸除碳酸钙的原理 2.沉淀溶解方法: 加酸、碱、盐、强氧化剂等 3.实验验证溶解氢氧化镁 ⑴酸溶解法 滴加的试剂 蒸馏水 盐酸 现象 固体无明显溶解现象，(滴加酚酞溶液变浅红) 迅速溶解 Mg(OH)2(s) ⇌Mg2+(aq) + 2OH-(aq) Mg(OH)2 + 2HCl ＝ MgCl2 + 2H2O 应用平衡移动原理分析、解释实验中发生的反应。 对于Mg(OH)2的沉淀溶解平衡，H+与OH-反应，使c(OH-)减小，使Q ＜Ksp，平衡向沉淀溶解的方向移动。只要盐酸足够，沉淀完全溶解。 ⑵盐溶解法 向盛有少量Mg(OH)2固体的试管中滴加适量NH4Cl溶液，观察现象 滴加的试剂 NH4Cl溶液 盐酸 现象 逐渐溶解 迅速溶解 Mg(OH)2＋2NH4Cl = MgCl2＋ 2NH3·H2O 三、沉淀的转化 1.用化学平衡的原理解释CaSO4 → CaCO3 沉淀的转化 2.沉淀的转化实质： 沉淀溶解平衡的移动 3.沉淀的转化规律： (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。两者的溶解度差别越大，转化越容易。 (2)当一种试剂能沉淀溶液中的几种离子时，生成沉淀时所需试剂离子浓度越小的越先沉淀。 (3)如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大，就能实现分步沉淀，从而达到提纯、分离的目的。 4.实验验证沉淀的转化 ⑴AgCl → AgI → Ag2S 步骤 (1) (2) (3) 现象 生成白色沉淀 生成黄色沉淀 生成黑色沉淀 AgNO3＋NaCl = AgCl↓(白色)＋NaNO3 AgCl＋KI = AgI↓(黄色)＋KCl 2AgI＋Na2S = Ag2S↓(黑色)＋2NaI 用平衡移动的原理分析 实验说明：沉淀可以从溶解度小的向溶解度更小的方向转化。 ⑵Mg(OH)2 → Fe(OH)3 步骤 (1) (2) 现象 生成白色沉淀 白色沉淀转化为红褐色沉淀 Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓ 3Mg(OH)2(s) + 2Fe3+(aq) ⇌ 2Fe(OH)3(s) + 3Mg 2+(aq) 用平衡移动的原理分析 3Mg(OH)2(s) + 2Fe+3(aq) ⇌ 2Fe(OH)3(s) + 3Mg 2+(aq) 5.沉淀转化的应用 (1)锅炉除水垢(含有CaSO4)：CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)， 反应为CaSO4＋Na2CO3===CaCO3＋Na2SO4， CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。 (2)自然界中矿物的转化：原生铜的硫化物CuSO4溶液铜蓝(CuS)， 反应为CuSO4＋ZnS===CuS＋ZnSO4， CuSO4＋PbS===CuS＋PbSO4。 ⑶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)3OH(s) ⇌5Ca2+(aq) + 3PO43- (aq) + 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 Ca5(PO4)3(OH)(s) + F-(aq) ⇌ Ca5(PO4)3F(s) + OH-(aq) 氟磷灰石的溶解度比羟基磷灰石的溶解度更小，更能抵抗酸的侵蚀，氟离子还能抑制口腔细菌产生酸。 考点01 沉淀的生成 1．已知几种难溶电解质的溶度积常数Ksp(25℃)如下： 难溶电解质 ZnS CuS HgS Ksp 向100mL含Zn2+、Cu2+和Hg2+浓度均为0.01mol/L的溶液中逐滴加入0.001mol/L的Na2S溶液，下列说法正确的是( ) A．Zn2+先沉淀 B．Cu2+先沉淀 C．Hg2+先沉淀 D．同时沉淀 2．要使工业废水中的重金属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，选用的沉淀剂最好为(　　) A．硫化物 B．硫酸盐 C．碳酸盐 D．以上沉淀剂均可 3．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．相同条件下，MnS的Ksp比CuS的Ksp大 B．该反应的平衡常数K＝ C．该反应达到平衡时c(Mn2＋)＝c(Cu2＋) D．往平衡体系中加入少量CuSO4固体后，c(Mn2＋)变大 考点02 沉淀的溶解 4．室温时，CaCO3在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。已知CaCO3的溶度积(室温)为2．8×10-9，下列说法中不正确的是( ) A．x的数值为2×10-5 B．c点时有CaCO3生成 C．加入蒸馏水可使溶液由d点变成 a点 D．b点与d点对应的溶度积相等 考点03 沉淀的转化 5．在25 ℃时，Ksp(AgCl)=1.8×10－10，Ksp(AgI)=1．5X10－16。下列叙述正确的是( ) A．饱和AgCl、AgI溶液中所含Ag＋的浓度相同 B．向饱和AgCl溶液中加入盐酸，Ksp大 C．向AgCl的悬浊液中加入KI溶液，白色沉淀转化为黄色 D．向含相同物质的量浓度的Cl－和I－的溶液中逐滴加入AgNO3溶液，Cl－先沉淀 6．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．相同条件下，MnS的Ksp比CuS的Ksp大 B．该反应的平衡常数K＝ C．该反应达到平衡时c(Mn2＋)＝c(Cu2＋) D．往平衡体系中加入少量CuSO4固体后，c(Mn2＋)变大 7．25 ℃时，已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(Ksp)分别为Ksp(FeS)＝6.3×10－18；Ksp(CuS)＝1.3×10－36；Ksp(ZnS)＝1.6 ×10－24。下列关于常温时的有关叙述正确的是(　　) A．硫化锌、硫化铜、硫化亚铁的溶解度依次增大 B．将足量的ZnSO4晶体加入0.1 mol·L－1的Na2S溶液中，Zn2＋的浓度最大只能达到1．6×10－23 mol·L－1 C．除去工业废水中含有的Cu2＋，可采用FeS固体作为沉淀剂 D．向饱和的FeS溶液中加入FeSO4溶液后，混合液中c(Fe2＋)变大、c(S2－)变小，但Ksp(FeS)变大 8．不同温度(T1和T2)时，硫酸钡在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示，已知硫酸钡在水中溶解时吸收热量。下列说法正确的是(　　) A．T1＞T2 B．加入BaCl2固体，可使溶液由a点变到c点 C．c点时，在T1、T2两个温度下均有固体析出 D．a点和b点的Ksp相等 9．某小组同学设计如下实验探究沉淀的生成与转化。下列有关说法不正确的是( ) A．步骤①产生的浊液中存在平衡： B．步骤②中溶液先变浑浊的反应： C．步骤③中浊液颜色变化说明有AgCl生成 D．该实验可证明Ag2CrO4沉淀可以转化为AgCl沉淀 10．沉淀溶解平衡在生活、生产和化学学习中有着重要应用。请回答下列问题： (1)工业上湿法炼锌过程中，以ZnSO4为主要成分的浸出液中，含有Fe3+、Fe2+、Cu2+、Cl-等杂质，这些杂质对锌的电解工序有妨碍，必须提早除去.现有下列试剂可供选择：酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、ZnO、H2O2溶液、Fe、AgNO3溶液、Ag2SO4。 ①为了除去Fe2+，应加入合适的氧化剂，将其氧化为Fe3+，则应选择的氧化剂是___；利用沉淀转化原理，可加入___，除去Cl-。 ②为使某些金属离子转化为沉淀而除去，需加入适当的物质调节溶液的pH。则加入的物质是___。 (2)工业生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2+：Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)，该反应达到平衡时，c(Mn2+)___(填“＞”“＜”或“=”)c(Cu2+) (3)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂，以AgNO3标准溶液滴定溶液中的Cl-，利用Ag+与CrO42-生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。25℃时，当溶液中Cl-恰好完全沉淀(浓度等于1．0×10-5mol•L-1)时，溶液中c(Ag+)为___mol•L-1，此时溶液中c(CrO42-)等于___mol•L-1(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2．0×10-12和2．0×10-10)。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.4 沉淀溶解平衡 第2课时 沉淀溶解平衡的应用 1.能够结合化学平衡移动原理，用与的相对大小解释沉淀生成、溶解、转化的本质，明确三类过程的发生条件。 2.掌握沉淀生成的两类常用方法（调节pH法、加沉淀剂法），理解除杂时沉淀剂的选择原则；掌握沉淀溶解的常见方法（酸溶解、盐溶解等），能从平衡移动角度解释溶解过程；掌握沉淀转化的一般规律，知道溶解度差距越大转化越易进行，特殊条件下溶解度小的沉淀也可转化为溶解度大的沉淀。 3.能运用沉淀溶解平衡理论解决实际问题，包括工业除杂pH范围的判断、废水处理、锅炉水垢去除、氟化物防龋齿等，掌握沉淀完全的判断标准（离子浓度、沉淀完全的pH计算、沉淀转化反应的平衡常数计算等定量分析方法。 重点：1.沉淀生成、溶解及转化的基本原理； 2.溶度积规则的应用。 难点：1.沉淀溶解平衡在生产生活中的实际应用； 2.相关pH计算、沉淀转化反应的定量分析。 1.沉淀的生成 (1)常用方法 ①调pH法 如除去CuCl2溶液中的杂质FeCl3，可以向溶液中加入CuO，调节溶液的pH，使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀而除去。离子方程式为Fe3＋＋3H2O__________________、CuO＋2H＋=________________。 ②沉淀剂法 a．工业废水中以Na2S为沉淀剂，使废水中的某些金属离子Cu2＋、Hg2+，离子方程式为S2-＋Cu2＋=_________、S2-＋Hg2+=________。 b．沉淀剂的选择：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，其次沉淀生成的反应进行得越完全越好。如除去溶液中的Mg2+，用NaOH溶液比使用Na2CO3溶液_________，原因是Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的_________。 c．同离子法 增大沉淀溶解平衡体系中某种离子的浓度，使平衡向_________的方向移动，如向AgCl饱和溶液中加入饱和食盐水可继续生成_________沉淀。 d．氧化还原法 改变离子的存在形式，促使其转化为溶解度更小的难溶电解质，便于分离出来，例如通过氧化还原反应将Fe2+氧化为Fe3+，从而生成更难溶的Fe(OH)3沉淀。 (2)沉淀生成的应用 在无机物的制备和提纯、废水处理等领域，常利用生成_______来达到分离或除去某些离子的目的。 【答案】(1) 除杂效果更好 小 生成沉淀 (2) 沉淀 2．沉淀的溶解 (1)沉淀溶解的原理 根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地移去平衡体系中的相应离子， Q<Ksp使平衡向_________的方向移动，就可以使沉淀溶解。 (2)沉淀溶解常用的方法 ①酸溶解法：如CaCO3溶于盐酸，Al(OH)3、Cu(OH)2溶于_______等。 ②盐溶解法：如Mg(OH)2可溶于_______溶液中。 ③生成配合物法：如AgCl可溶于_______。 ④氧化还原法：如CuS可溶于_______中。 【答案】(1) 沉淀溶解 (2) 强酸（或盐酸、稀硫酸等合理强酸） （或铵盐） 氨水 硝酸（或稀硝酸、浓硝酸） 3．沉淀的转化 (1)沉淀转化的实质与条件 ①实质：沉淀的转化是指由一种难溶物转化为另一种难溶物的过程，其实质是沉淀溶解平衡的移动。 ②条件：两种沉淀的溶解度不同，溶解度小的沉淀可以转化为溶解度________的沉淀，两者溶解度相差________转化越________。 (2)沉淀转化的应用 ①锅炉除水垢(含有CaSO4)：CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)，反应为CaSO4＋Na2CO3=CaCO3＋Na2SO4，CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O＋CO2↑。 ②自然界中矿物的转化：原生铜的硫化物CuSO4溶液铜蓝(CuS)，反应为CuSO4＋ZnS=CuS＋ZnSO4，CuSO4＋PbS=CuS＋PbSO4。 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(s)＋Hg2＋(aq)________________。 【答案】(1) 更小 越大 容易 (2) 4．沉淀转化的应用 (1)锅炉除垢。如将CaSO4转化为CaCO3，离子方程式为__________________。 (2)矿物转化。如用饱和Na2CO3溶液处理重晶石(BaSO4)制备可溶性钡盐的离子方程式为______________。 (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：________________。 【答案】(1) (2) (3) （一）课堂导入 【生活问题引导】同学们好！上课前老师先问大家几个生活里的小问题：大家有没有观察过家里用了很久的烧水壶内壁？是不是附着着一层黄白色、硬邦邦的水垢？你们的爸妈一般是怎么除去这层水垢的？还有咱们日常用的牙膏很多都标注了“含氟防蛀”，大家有没有好奇过为什么氟能保护牙齿？除此之外，我们经常在环保新闻里看到，工业产生的废水里含有铜、汞等有毒重金属离子，直接排放会严重污染水源和土壤，工厂又要通过什么方法把这些有害离子除去呢？ （预留1-2分钟让学生自由发言分享生活经验，比如有的同学会说用醋除水垢，有的听过含氟牙膏的宣传等） 【衔接过渡】大家分享的生活经验都很有用！上节课我们已经学习了沉淀溶解平衡的基本理论，知道难溶电解质的溶解平衡是动态平衡，可以通过改变外界条件调控平衡移动的方向。刚才提到的除水垢、含氟牙膏防蛀、工业废水除重金属，本质上都是对沉淀溶解平衡的应用。今天我们就一起从理论出发，探究怎么通过调控沉淀的生成、溶解和转化，解决这些生产生活中的实际问题，学完之后大家甚至可以给家人优化除水垢的小方案哦。 （二）沉淀的生成 任务一 工业废水中含有哪些金属离子？如何除去这些金属离子呢？ 【教师提问】请同学们观察课件给出的25℃常见难溶电解质的数据表，思考：如果要除去废水中的Cu2+、Hg2+，选择什么沉淀剂效果最好？依据是什么？ 【学生思考】 1.分组讨论后回答：可以选择Na2S或者H2S作为沉淀剂，因为CuS、HgS的非常小，溶解度极低，反应后剩余的重金属离子浓度可以降到排放标准以下。 2.写出反应的离子方程式：Cu2＋＋S2－= CuS↓、Hg2＋＋H2S = HgS↓＋2H＋。 【讲解】沉淀除杂的核心就是让目标杂质离子生成溶解度尽可能小的沉淀，当离子浓度小于时，就可以认为离子已经沉淀完全。 知识总结 一、沉淀的生成 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： 通过加入沉淀剂，或应用同离子效应，或控制溶液的PH， Q>Ksp，生成溶解度小的沉淀，溶解度越小越好。 任务二 如何用调节pH法除去溶液中的杂质离子？ 【教师提问】 1.要除去NH4Cl中的Fe3+，选择什么试剂调节pH不会引入新杂质？ 2.已知25℃时Ksp[Fe(OH)3] =2.8×10-39，离子浓度小于视为沉淀完全，计算Fe3+沉淀完全时溶液的pH至少为多少？ 【学生思考】 1.回答：加入氨水调节pH，反应生成{NH4+，不会引入新杂质，反应的离子方程式为Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+ 。 2.推导计算过程：根据Fe(OH)3(s)⇌ Fe3+(aq) + 3OH-(aq) 代入Ksp ＝ c(Fe3+)·c3(OH-)， 当溶液中Fe3+的浓度为1×10-5 mol/L时： ， c(OH-≈6.5×10-12mol/L，， 即pH≥2.8时Fe3+沉淀完全。 【讲解】我们再延伸思考一个问题：粗制CuSO4·5H2O中常混有Fe2+杂质，为什么提纯时要先加H2O2把Fe2+氧化为Fe3+，再调节pH=4除杂？ 已知Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17 ，Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39 ， Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20 CuSO4 饱和溶液中Cu2+的物质的量浓度为1.41 mol/L 【学生思考】计算得如果直接沉淀Fe(OH)2，Fe2+沉淀完全时的pH远大于Cu2+开始沉淀的pH，会导致Cu2+也沉淀损失；而氧化为Fe3+后，pH=4时Fe3+已经沉淀完全，此时Q =c(Cu2+)·c2(OH-)=1.41×(10-10)2 =1.41×10-20 ， Q ＜Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20 Cu2+不会沉淀，能达到除杂目的。 知识总结 一、沉淀的生成 3.沉淀的方法 ⑴调节pH法 ： ①工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，将含杂质的氯化铵溶解于水，再加入氨水调节pH，可使 Fe3+生成 Fe(OH)3 沉淀而除去； ②加入氨水调节pH，使Q[Fe(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3]可使Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀而除去。 Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+ ③调节溶液的pH≥2.8，可认为完全沉淀了Fe3+。 ④沉淀除杂原则：选择生成Ksp 尽量小的沉淀 不引入新的粒子 不消耗其他原料 常用氧化剂：硝酸、高锰酸钾、氯气、氧气、双氧水等。 调pH可用：MO、MOH、MCO3等(M为目标元素，不引入新杂质)。 pH的调节范围：pH最小值要能使杂质离子沉淀完全,pH最大值不能使目标离子开始沉淀。 ⑵加沉淀剂法 在工业废水处理过程中，以Na2S 作沉淀剂，使废水中的某些金属离子如Cu2+、Hg2+等，生成极难溶的CuS、HgS 等沉淀而除去，也是分离、除去杂质常用的方法。 Na2S作沉淀剂：Cu2＋＋S2－= CuS↓ Hg2＋＋S2－= HgS↓ H2S作沉淀剂： Cu2＋＋H2S = CuS↓＋2H＋ Hg2＋＋H2S = HgS↓＋2H＋ 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。（沉淀类型不同，要通过计算确定）。 ②当离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，认为已完全沉淀 。 任务三 利用生成沉淀分离或除去某种离子的要求 【教师提问】(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? 【讲解】 1.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。 。 2.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 。 【例1】在粗制CuSO4 ·5H2O 晶体中常含有杂质Fe2+。在提纯时，为了除去Fe2+，常加入少量H2O2 溶液，使Fe2+氧化为Fe3+，然后调节溶液pH=4，可以达到除去Fe3+而不损失CuSO4 的目的。请查阅附录Ⅲ，通过计算解释原因（已知25 ℃时CuSO4 饱和溶液中Cu2+的物质的量浓度为1.41 mol/L）。 Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17 Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39 Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20 【答案】 【例2】如CuCl2溶液中混有FeCl2 该如何除去？ ①可以加入什么物质来调节pH？ ②调节pH的范围？ ③为什么需要先将Fe2+氧化为Fe3+？若不氧化会出现什么情况？ 氢氧化物 开始沉淀时的pH值(0.1mol/L) 沉淀完全时的pH值(＜10-5 mol/L) Fe2+ 6.95 8.95 Cu2+ 4.42 6.67 Fe3+ 1.87 3.2 【答案】 方法：向溶液加入少量的H2O2，使Fe2+氧化成Fe3+，然后再加入Cu(OH)2或CuO或Cu2(OH)2CO3调节pH至3.2≤pH<4.42，再将生成的Fe(OH)3沉淀过滤除去。 加入Cu(OH)2、CuO、碱式碳酸铜等 Fe2+在pH为6.95时开始沉淀，此时Cu2+已经沉淀，pH为8.95时Fe2+沉淀完全，Cu2+也已经沉淀完全，若没有氧化Fe2+直接调pH不能达到除杂目的 （三）沉淀的溶解 任务四 如何用沉淀溶解平衡原理解释盐酸除水垢？ 【引入】家里的烧水壶、工业锅炉使用久了会结水垢，主要成分为Mg(OH)2、CaCO3、CaSO4 ，常用稀盐酸浸泡除去，我们已经知道CaSO4不与盐酸反应，那盐酸可以溶解CaCO3的原理是什么？ 【教师提问】写出CaCO3的沉淀溶解平衡式，分析加入盐酸后平衡的移动方向。 【学生思考】写出平衡：CaCO3(s) ⇌ CO32- (aq) + Ca2+(aq) ，加入盐酸后，H+与CO32-反应生成CO2和H2O，使CO32-减小，，平衡向沉淀溶解的方向移动，最终CO32-完全溶解， 总反应为CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2↑ 【讲解】沉淀溶解的核心原理就是：设法不断减小溶解平衡体系中相应离子的浓度，使，平衡就会向沉淀溶解的方向移动。 知识总结 二、 沉淀的溶解 1．原理 根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地移去平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。 运用沉淀溶解平衡解释稀盐酸除碳酸钙的原理 任务五 实验验证：稀盐酸溶解氢氧化镁的沉淀溶解 【教师提问】 1.描述三组实验的现象，并用平衡原理解释？ 2.NH4Cl溶液可以溶解Mg(OH)2 有两种猜想： ①NH4Cl水解生成的H+中和OH-使平衡移动； ②NH4Cl直接与OH-结合生成弱电解质NH3·H2O使平衡移动。请设计实验验证哪种猜想正确？ 【学生思考】 1.现象：加蒸馏水的试管固体几乎不溶解，滴加酚酞显浅红色；加盐酸的试管固体迅速溶解；加NH4Cl的试管固体逐渐溶解。加盐酸时H+中和OH-，使Mg(OH)2(s) ⇌Mg2+(aq) + 2OH-(aq)平衡正向移动。 2.讨论后回答：取等量Mg(OH)2 固体加入中性的CH3COONH4溶液NH浓度与NH4Cl溶液相近，如果固体溶解，说明猜想②正确，如果不溶解说明猜想①正确。 【讲解】实验证明中性CH3COONH4也可以溶解Mg(OH)2，所以NH4Cl溶液可以溶解Mg(OH)2 的主要原因是NH直接结合OH-，使OH-降低，平衡正向移动。 Mg(OH)2＋2NH===Mg2＋＋2NH3·H2O。 知识总结 二、 沉淀的溶解 2.沉淀溶解方法: 加酸、碱、盐、强氧化剂等 3.实验验证溶解氢氧化镁 ⑴酸溶解法 滴加的试剂 蒸馏水 盐酸 现象 固体无明显溶解现象，(滴加酚酞溶液变浅红) 迅速溶解 Mg(OH)2(s) ⇌Mg2+(aq) + 2OH-(aq) Mg(OH)2 + 2HCl ＝ MgCl2 + 2H2O 应用平衡移动原理分析、解释实验中发生的反应。 对于Mg(OH)2的沉淀溶解平衡，H+与OH-反应，使c(OH-)减小，使Q ＜Ksp，平衡向沉淀溶解的方向移动。只要盐酸足够，沉淀完全溶解。 ⑵盐溶解法 向盛有少量Mg(OH)2固体的试管中滴加适量NH4Cl溶液，观察现象 滴加的试剂 NH4Cl溶液 盐酸 现象 逐渐溶解 迅速溶解 Mg(OH)2＋2NH4Cl = MgCl2＋ 2NH3·H2O （四）沉淀的转化 任务六 水垢中含有CaSO4，也能用盐酸除去吗？ 【引入】刚才我们提到水垢中的CaSO4不与盐酸反应，工业上除这类水垢时，会先用饱和Na2CO3溶液浸泡，再用盐酸清洗，就可以除去CaSO4，这其中的原理是什么？ 【教师提问】已知KspCaSO4=4.9×10-5，KspCaCO3=3.4×10-9，写出转化的离子方程式，并计算反应的平衡常数，说明转化能否进行完全。 【学生思考】写出离子方程式： CaSO4(s) + CO32-(aq) ⇌ CaCO3 (s) + SO42-(aq) ， 平衡常数很大，说明转化可以进行得很完全。 【讲解】这个过程就是沉淀的转化，本质是沉淀溶解平衡的移动，一般来说溶解度小的沉淀更容易转化为溶解度更小的沉淀，两者溶解度差别越大，转化越容易。 知识总结 三、沉淀的转化 1.用化学平衡的原理解释CaSO4 → CaCO3 沉淀的转化 2.沉淀的转化实质： 沉淀溶解平衡的移动 3.沉淀的转化规律： (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。两者的溶解度差别越大，转化越容易。 (2)当一种试剂能沉淀溶液中的几种离子时，生成沉淀时所需试剂离子浓度越小的越先沉淀。 (3)如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大，就能实现分步沉淀，从而达到提纯、分离的目的。 任务七 沉淀转化的实验验证 【引入】我们进行两组实验验证沉淀转化的规律： 实验1：向盛有2 mL 0.1 mol/L NaCl 溶液的试管中滴加2滴0.1 mol/L AgNO3 溶液，观察并记录现象。振荡试管，然后向其中滴加4 滴0.1 mol/L KI 溶液，观察并记录现象。振荡试管，然后再向其中滴加8 滴0.1 mol/L Na2 S溶液，观察并记录现象。 实验2：向盛有2 mL 0.1 mol/L MgCl2 溶液的试管中滴加2~4 滴2 mol/L NaOH 溶液，观察并记录现象。向上述试管中滴加4 滴0.1 mol/L FeCl3 溶液，静置，观察并记录现象。 【教师提问】描述两组实验的现象，对应的大小关系是什么？可以得出什么转化规律 【学生思考】 1.实验1现象：白色沉淀→黄色沉淀→黑色沉淀，说明KspAgCl>KspAgI>KspAg2S} 2.实验2现象：白色沉淀转化为红褐色沉淀，说明Ksp[Mg(OH)2] >Ksp[Fe(OH)3] 。 3.规律：一般溶解度更小的沉淀更容易生成，沉淀可以从溶解度小的向溶解度更小的方向转化。 知识总结 三、沉淀的转化 4.实验验证沉淀的转化 ⑴AgCl → AgI → Ag2S 步骤 (1) (2) (3) 现象 生成白色沉淀 生成黄色沉淀 生成黑色沉淀 AgNO3＋NaCl = AgCl↓(白色)＋NaNO3 AgCl＋KI = AgI↓(黄色)＋KCl 2AgI＋Na2S = Ag2S↓(黑色)＋2NaI 用平衡移动的原理分析 实验说明：沉淀可以从溶解度小的向溶解度更小的方向转化。 ⑵Mg(OH)2 → Fe(OH)3 步骤 (1) (2) 现象 生成白色沉淀 白色沉淀转化为红褐色沉淀 Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓ 3Mg(OH)2(s) + 2Fe3+(aq) ⇌ 2Fe(OH)3(s) + 3Mg 2+(aq) 用平衡移动的原理分析 3Mg(OH)2(s) + 2Fe+3(aq) ⇌ 2Fe(OH)3(s) + 3Mg 2+(aq) 任务八 由溶解度小的沉淀转化为溶解度大的沉淀能否实现？ 【引入】我们刚才讨论的都是溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀，那反过来能不能实现？比如BaSO4(Ksp=1.07×10-10) ，BaCO3(Ksp=2.58×10-9)，BaSO4能不能转化为BaCO3 【教师提问】计算转化反应BaSO4＋CO32－ ⇌ BaCO3＋SO42－的平衡常数，当CO32－ 满足什么条件时，反应可以正向进行？ 【例3】计算当CO32-的浓度达到SO42-浓度的多少倍数时，才能实现 由BaSO4转化成BaCO3沉淀。KSP(BaSO4) =1.1×10-10 KSP(BaCO3) =2.58×10-9 【答案】BaSO4＋CO32－ ⇌ BaCO3＋SO42－ 反应正向进行，所以只要加入饱和Na2CO3溶液，多次浸泡更换溶液，就可以实现BaSO4转化为BaCO3。 【讲解】沉淀转化的方向不是绝对的，只要改变离子浓度使，溶解度小的沉淀也可以转化为溶解度更大的沉淀。 任务九 探讨：沉淀的转化在科研和生产中具有重要的应用价值。 知识总结 三、沉淀的转化 5.沉淀转化的应用 (1)锅炉除水垢(含有CaSO4)：CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)， 反应为CaSO4＋Na2CO3===CaCO3＋Na2SO4， CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。 (2)自然界中矿物的转化：原生铜的硫化物CuSO4溶液铜蓝(CuS)， 反应为CuSO4＋ZnS===CuS＋ZnSO4， CuSO4＋PbS===CuS＋PbSO4。 ⑶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)3OH(s) ⇌5Ca2+(aq) + 3PO43- (aq) + 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 Ca5(PO4)3(OH)(s) + F-(aq) ⇌ Ca5(PO4)3F(s) + OH-(aq) 氟磷灰石的溶解度比羟基磷灰石的溶解度更小，更能抵抗酸的侵蚀，氟离子还能抑制口腔细菌产生酸。 【例4】现进行下列实验： 实验步骤 实验内容 Ⅰ 将0.1mol·L-1AgNO3溶液和0.1mol·L-1NaCl溶液等体积混合，得到悬浊液a，将悬浊液a过滤，得到滤液b和白色沉淀c Ⅱ 向滤液b中滴加0.1mol·L-1KI溶液，滤液出现浑浊 Ⅲ 向沉淀c中滴加0.1mol·L-1KI溶液，沉淀变为黄色 下列关于上述实验的分析错误的是( ) A．悬浊液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．步骤Ⅲ表明AgCl转化为AgI D．该实验可以证明：Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI) 【答案】B 【解析】A项，向滤液b中滴加0.1mol·L-1KI 溶液，滤液出现浑浊，说明滤液b中含Ag+，说明难溶电解质AgCl的悬浊液a中存在沉淀溶解平衡AgCl(s)Ag+ (aq)+ Cl-(aq)，A正确；B项，向滤液b中滴加KI溶液出现浑浊(生成AgI)，说明滤液b中含有Ag+，B错误；C项，步骤Ⅲ中白色AgCl沉淀变为黄色，说明AgCl转化为AgI，C正确；D项，沉淀易向更难溶的方向转化，实验III中AgC可转化为AgI，证明 Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI)，D正确；故选B。 1．已知25℃时，Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11、Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20。在c(Mg2+)=c(Cu2+)的酸性溶液中，逐滴加入NaOH稀溶液使pH慢慢増大，下列判断正确的是( ) A．Mg2+先沉淀 B．Cu2+先沉淀 C．同时沉淀 D．Mg2+和Cu2+均不可能沉淀 【答案】B 【解析】Mg(OH)2和Cu(OH)2为同种类型的沉淀，Ksp[Mg(OH)2]＞Ksp[Cu(OH)2]，所以当c(Mg2+)=c(Cu2+)时，Cu2+沉淀时所需c(OH-)更小，所以逐滴加入NaOH稀溶液使pH慢慢増大，Cu2+先沉淀；故选B。 2．某pH＝1的ZnCl2和HCl的混合溶液中含有FeCl3杂质，为了除去FeCl3杂质，需将溶液调至pH＝4。在调节溶液pH时，应选用的试剂是(　　) A．NaOH B．ZnO C．ZnSO4 D．Fe2O3 【答案】B 【解析】溶液中含有FeCl3杂质，将溶液调至pH＝4，可使Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀而除去，注意不能引入新的杂质，可加入ZnO和酸反应调节溶液pH，使铁离子全部沉淀。 3．已知：Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)，在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中滴加适量CuSO4溶液，产生的实验现象是(　　) A．固体逐渐溶解，最后消失 B．固体由白色变为黑色 C．固体颜色变化但质量不变 D．固体逐渐增多，但颜色不变 【答案】B 【解析】ZnS和CuS的阴、阳离子个数比为1∶1，且Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)，可得ZnS溶解度大于CuS，因此在ZnS饱和溶液中加CuSO4会使ZnS沉淀转化生成黑色CuS沉淀。 4．向ZnSO4溶液中加入Na2S溶液时，得到白色沉淀，然后向白色沉淀上滴加CuSO4溶液，发现沉淀变为黑色，则下列说法不正确的是(　　) A．白色沉淀为ZnS，而黑色沉淀为CuS B．上述现象说明ZnS的Ksp小于CuS的Ksp C．利用该原理可实现一种沉淀转化为更难溶的沉淀 D．该过程破坏了ZnS的溶解平衡 【答案】B 【解析】该过程破坏了ZnS的溶解平衡，Cu2＋结合了ZnS溶解产生的S2－，生成了比ZnS更难溶的CuS，同时也说明了ZnS的Ksp大于CuS的Ksp。 一、沉淀的生成 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： 通过加入沉淀剂，或应用同离子效应，或控制溶液的PH， Q>Ksp，生成溶解度小的沉淀，溶解度越小越好。 3.沉淀的方法 ⑴调节pH法 ： ①工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，将含杂质的氯化铵溶解于水，再加入氨水调节pH，可使 Fe3+生成 Fe(OH)3 沉淀而除去； ②加入氨水调节pH，使Q[Fe(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3]可使Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀而除去。 Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+ ③调节溶液的pH≥2.8，可认为完全沉淀了Fe3+。 ④沉淀除杂原则：选择生成Ksp 尽量小的沉淀 不引入新的粒子 不消耗其他原料 常用氧化剂：硝酸、高锰酸钾、氯气、氧气、双氧水等。 调pH可用：MO、MOH、MCO3等(M为目标元素，不引入新杂质)。 pH的调节范围：pH最小值要能使杂质离子沉淀完全,pH最大值不能使目标离子开始沉淀。 ⑵加沉淀剂法 在工业废水处理过程中，以Na2S 作沉淀剂，使废水中的某些金属离子如Cu2+、Hg2+等，生成极难溶的CuS、HgS 等沉淀而除去，也是分离、除去杂质常用的方法。 Na2S作沉淀剂：Cu2＋＋S2－= CuS↓ Hg2＋＋S2－= HgS↓ H2S作沉淀剂： Cu2＋＋H2S = CuS↓＋2H＋ Hg2＋＋H2S = HgS↓＋2H＋ 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。（沉淀类型不同，要通过计算确定）。 ②当离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，认为已完全沉淀 。 二、 沉淀的溶解 1．原理 根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地移去平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。 运用沉淀溶解平衡解释稀盐酸除碳酸钙的原理 2.沉淀溶解方法: 加酸、碱、盐、强氧化剂等 3.实验验证溶解氢氧化镁 ⑴酸溶解法 滴加的试剂 蒸馏水 盐酸 现象 固体无明显溶解现象，(滴加酚酞溶液变浅红) 迅速溶解 Mg(OH)2(s) ⇌Mg2+(aq) + 2OH-(aq) Mg(OH)2 + 2HCl ＝ MgCl2 + 2H2O 应用平衡移动原理分析、解释实验中发生的反应。 对于Mg(OH)2的沉淀溶解平衡，H+与OH-反应，使c(OH-)减小，使Q ＜Ksp，平衡向沉淀溶解的方向移动。只要盐酸足够，沉淀完全溶解。 ⑵盐溶解法 向盛有少量Mg(OH)2固体的试管中滴加适量NH4Cl溶液，观察现象 滴加的试剂 NH4Cl溶液 盐酸 现象 逐渐溶解 迅速溶解 Mg(OH)2＋2NH4Cl = MgCl2＋ 2NH3·H2O 三、沉淀的转化 1.用化学平衡的原理解释CaSO4 → CaCO3 沉淀的转化 2.沉淀的转化实质： 沉淀溶解平衡的移动 3.沉淀的转化规律： (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。两者的溶解度差别越大，转化越容易。 (2)当一种试剂能沉淀溶液中的几种离子时，生成沉淀时所需试剂离子浓度越小的越先沉淀。 (3)如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大，就能实现分步沉淀，从而达到提纯、分离的目的。 4.实验验证沉淀的转化 ⑴AgCl → AgI → Ag2S 步骤 (1) (2) (3) 现象 生成白色沉淀 生成黄色沉淀 生成黑色沉淀 AgNO3＋NaCl = AgCl↓(白色)＋NaNO3 AgCl＋KI = AgI↓(黄色)＋KCl 2AgI＋Na2S = Ag2S↓(黑色)＋2NaI 用平衡移动的原理分析 实验说明：沉淀可以从溶解度小的向溶解度更小的方向转化。 ⑵Mg(OH)2 → Fe(OH)3 步骤 (1) (2) 现象 生成白色沉淀 白色沉淀转化为红褐色沉淀 Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓ 3Mg(OH)2(s) + 2Fe3+(aq) ⇌ 2Fe(OH)3(s) + 3Mg 2+(aq) 用平衡移动的原理分析 3Mg(OH)2(s) + 2Fe+3(aq) ⇌ 2Fe(OH)3(s) + 3Mg 2+(aq) 5.沉淀转化的应用 (1)锅炉除水垢(含有CaSO4)：CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)， 反应为CaSO4＋Na2CO3===CaCO3＋Na2SO4， CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。 (2)自然界中矿物的转化：原生铜的硫化物CuSO4溶液铜蓝(CuS)， 反应为CuSO4＋ZnS===CuS＋ZnSO4， CuSO4＋PbS===CuS＋PbSO4。 ⑶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)3OH(s) ⇌5Ca2+(aq) + 3PO43- (aq) + 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 Ca5(PO4)3(OH)(s) + F-(aq) ⇌ Ca5(PO4)3F(s) + OH-(aq) 氟磷灰石的溶解度比羟基磷灰石的溶解度更小，更能抵抗酸的侵蚀，氟离子还能抑制口腔细菌产生酸。 考点01 沉淀的生成 1．已知几种难溶电解质的溶度积常数Ksp(25℃)如下： 难溶电解质 ZnS CuS HgS Ksp 向100mL含Zn2+、Cu2+和Hg2+浓度均为0.01mol/L的溶液中逐滴加入0.001mol/L的Na2S溶液，下列说法正确的是( ) A．Zn2+先沉淀 B．Cu2+先沉淀 C．Hg2+先沉淀 D．同时沉淀 【答案】C 【解析】向Zn2+、Cu2+和Hg2+浓度均为0.01mol/L的溶液中逐滴加入0.001mol/L的Na2S溶液，当溶液中离子开始沉淀时，溶液中c(金属离子)×c(S2-)=Ksp，Ksp越小的难溶物最先生成，Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)>Ksp(HgS)，因此Hg2+先沉淀，故选C。 2．要使工业废水中的重金属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，选用的沉淀剂最好为(　　) A．硫化物 B．硫酸盐 C．碳酸盐 D．以上沉淀剂均可 【答案】A 【解析】要将Pb2＋沉淀，就要形成溶解度更小的物质，由表中数据可知，PbS的溶解度最小，故沉淀剂最好为硫化物。 3．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．相同条件下，MnS的Ksp比CuS的Ksp大 B．该反应的平衡常数K＝ C．该反应达到平衡时c(Mn2＋)＝c(Cu2＋) D．往平衡体系中加入少量CuSO4固体后，c(Mn2＋)变大 【答案】C 【解析】A项，根据沉淀转化向溶度积小的方向进行，Ksp(MnS)＞Ksp(CuS)，A正确；B项，该反应的平衡常数K＝＝＝，B正确；C项，该反应达平衡时c(Mn2＋)、c(Cu2＋)保持不变，但不一定相等，C错误；D项，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(Mn2＋)变大，D正确。故选C。 考点02 沉淀的溶解 4．室温时，CaCO3在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。已知CaCO3的溶度积(室温)为2．8×10-9，下列说法中不正确的是( ) A．x的数值为2×10-5 B．c点时有CaCO3生成 C．加入蒸馏水可使溶液由d点变成 a点 D．b点与d点对应的溶度积相等 【答案】C 【解析】A项，在d点c(CO32-)=1．4×10-4mol/L，因室温时，CaCO3的溶度积Ksp=2．8×10-9，所以c(Ca2+)=2×10-5mol/L，故x的数值为2×10-5，故A正确；B项，在c点c(Ca2+)＞2×10-5mol/L，即相当于增大c(Ca2+)，平衡左移，有CaCO3生成，故B正确；C项，d点为饱和溶液，加入蒸馏水后如仍为饱和溶液，则c(Ca2+)、c(CO32-)都不变，如为不饱和溶液，则二者浓度都减小，故不可能使溶液由d点变成a点，故C错误；D项，b点与d点在相同的温度下，溶度积相等，故D正确。故选C。 考点03 沉淀的转化 5．在25 ℃时，Ksp(AgCl)=1.8×10－10，Ksp(AgI)=1．5X10－16。下列叙述正确的是( ) A．饱和AgCl、AgI溶液中所含Ag＋的浓度相同 B．向饱和AgCl溶液中加入盐酸，Ksp大 C．向AgCl的悬浊液中加入KI溶液，白色沉淀转化为黄色 D．向含相同物质的量浓度的Cl－和I－的溶液中逐滴加入AgNO3溶液，Cl－先沉淀 【答案】C 【解析】饱和AgCl、AgI溶液中c(Ag＋)=，故饱和AgCl溶液中所含Ag＋的浓度大，A错；向饱和AgCl溶液中加入盐酸，AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)平衡逆向移动，但不变，B错；由于Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI)，故向相同物质的量浓度的Cl－和I－的溶液中逐滴加入AgNO3溶液，I－先沉淀，D错。 6．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．相同条件下，MnS的Ksp比CuS的Ksp大 B．该反应的平衡常数K＝ C．该反应达到平衡时c(Mn2＋)＝c(Cu2＋) D．往平衡体系中加入少量CuSO4固体后，c(Mn2＋)变大 【答案】C 【解析】A项，根据沉淀转化向溶度积小的方向进行，Ksp(MnS)＞Ksp(CuS)，A正确；B项，该反应的平衡常数K＝＝＝，B正确；C项，该反应达平衡时c(Mn2＋)、c(Cu2＋)保持不变，但不一定相等，C错误；D项，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(Mn2＋)变大，D正确。故选C。 7．25 ℃时，已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(Ksp)分别为Ksp(FeS)＝6.3×10－18；Ksp(CuS)＝1.3×10－36；Ksp(ZnS)＝1.6 ×10－24。下列关于常温时的有关叙述正确的是(　　) A．硫化锌、硫化铜、硫化亚铁的溶解度依次增大 B．将足量的ZnSO4晶体加入0.1 mol·L－1的Na2S溶液中，Zn2＋的浓度最大只能达到1．6×10－23 mol·L－1 C．除去工业废水中含有的Cu2＋，可采用FeS固体作为沉淀剂 D．向饱和的FeS溶液中加入FeSO4溶液后，混合液中c(Fe2＋)变大、c(S2－)变小，但Ksp(FeS)变大 【答案】C 【解析】化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时，Ksp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强，由Ksp可知，常温下，CuS的溶解度最小，故A错；将足量的ZnSO4晶体加入0.1 mol·L－1的Na2S溶液中，c(S2－)将减至非常小，而Zn2＋的浓度远远大于1．6×10－23 mol·L－1；因CuS比FeS更难溶，FeS沉淀可转化为CuS沉淀；温度不变，Ksp(FeS)不变。 8．不同温度(T1和T2)时，硫酸钡在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示，已知硫酸钡在水中溶解时吸收热量。下列说法正确的是(　　) A．T1＞T2 B．加入BaCl2固体，可使溶液由a点变到c点 C．c点时，在T1、T2两个温度下均有固体析出 D．a点和b点的Ksp相等 【答案】D 【解析】因为硫酸钡在水中溶解时吸收热量，则温度升高硫酸钡的Ksp增大，T2时硫酸钡的Ksp大于T1时硫酸钡的Ksp，故T2＞T1，A错误；硫酸钡溶液中存在着沉淀溶解平衡，a点在平衡曲线上，加入BaCl2，c(Ba2＋)增大，平衡左移，c(SO)应降低，所以不能使溶液由a点变到c点，B错误；在T1时c点溶液的Q＞Ksp，有沉淀析出，在T2时c点溶液的Q＜Ksp，没有沉淀析出，C错误；温度不变，Ksp不变，同一温度下，在曲线上的任意一点Ksp都相等，D正确。 9．某小组同学设计如下实验探究沉淀的生成与转化。下列有关说法不正确的是( ) A．步骤①产生的浊液中存在平衡： B．步骤②中溶液先变浑浊的反应： C．步骤③中浊液颜色变化说明有AgCl生成 D．该实验可证明Ag2CrO4沉淀可以转化为AgCl沉淀 【答案】D 【解析】A．反应①中沉淀是Ag2CrO4，存在溶解平衡：，故A正确；B．反应①中存在溶解体系，即①的上层清液中存在Ag＋，加入NH3·H2O，先发生，继续滴加NH3·H2O，发生AgOH+2NH3·H2O=[Ag(NH3)2]OH+2H2O，因此溶液显变浑浊，再变澄清，故B正确；C．浊液中加入NaCl，有白色沉淀产生，该沉淀为AgCl，故C正确；D．根据实验，加入AgNO3是过量的，加入NaCl会有AgCl沉淀产生，因此本实验不能证明Ag2CrO4沉淀可以转化为AgCl沉淀，故D错误；故选D。 10．沉淀溶解平衡在生活、生产和化学学习中有着重要应用。请回答下列问题： (1)工业上湿法炼锌过程中，以ZnSO4为主要成分的浸出液中，含有Fe3+、Fe2+、Cu2+、Cl-等杂质，这些杂质对锌的电解工序有妨碍，必须提早除去.现有下列试剂可供选择：酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、ZnO、H2O2溶液、Fe、AgNO3溶液、Ag2SO4。 ①为了除去Fe2+，应加入合适的氧化剂，将其氧化为Fe3+，则应选择的氧化剂是___；利用沉淀转化原理，可加入___，除去Cl-。 ②为使某些金属离子转化为沉淀而除去，需加入适当的物质调节溶液的pH。则加入的物质是___。 (2)工业生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2+：Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)，该反应达到平衡时，c(Mn2+)___(填“＞”“＜”或“=”)c(Cu2+) (3)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂，以AgNO3标准溶液滴定溶液中的Cl-，利用Ag+与CrO42-生成砖红色沉淀，指示到达滴定终点。25℃时，当溶液中Cl-恰好完全沉淀(浓度等于1．0×10-5mol•L-1)时，溶液中c(Ag+)为___mol•L-1，此时溶液中c(CrO42-)等于___mol•L-1(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2．0×10-12和2．0×10-10)。 【答案】(1)H2O2溶液 Ag2SO4 ZnO (2)> (3)2．0×10-5 5.0×10-3 【解析】(1)①根据除杂的“两不”“两易”原则可知，除去Fe2+又不引入新的杂质，所以应选择H2O2溶液，将其氧化为Fe3+，除去溶液中的Cl-，为了不引入新的杂质，应选择Ag2SO4；②为使某些金属离子转化为沉淀而Zn不被沉淀，则应选择ZnO或者Zn(OH)2，由题意有应选ZnO；(2)由反应Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq)可知，Ksp(MnS) ＞Ksp(CuS)，铜离子比锰离子更容易与硫离子结合生成硫化铜，所以该反应达到平衡后溶液中的c(Mn2+)＞c(Cu2+)；(3) 由Ksp(AgCl)= c(Ag+) × c(Cl-) 有 ，因为25℃时AgCl的Ksp= 2．0×10-10，所以25℃时，当溶液中Cl-恰好完全沉淀(浓度等于1．0×10-5mol•L-1)时，溶液中c(Ag+) =2．0×10-5mol•L-1；由Ksp(Ag2CrO4)= c(Ag+) ×c(CrO42-)有，因为25℃时Ag2CrO4的Ksp为2．0×10-12，所以c(CrO42-)=5.0×10-3mol•L-1。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $