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2019-2020学年度高中化学第3章物质在水溶液中的行为3-3沉淀溶解平衡第2课时沉淀溶解平衡的应用学案

______年______月______日

____________________部门

学习目标：

1. 能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质。

2. 学会用沉淀溶解平衡的移动解决生产、生活中的实际问题。

学习重难点：

沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质。

自主学习

【知识回顾】

1．判断下列结论的正误

(1)难溶电解质的Ksp数值越大，在水中的溶解能力越强(×)

(2)Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关，与沉淀量无关(√)

(3)改变溶液中的离子浓度，会使沉淀溶解平衡移动，但Ksp不变(√)

(4)当浓度商Q等于溶度积Ksp时，沉淀处于平衡状态，溶液为饱和溶液(√)

(5)BaSO4溶液的导电性很弱，所以BaSO4为弱电解质(×)

(6)沉淀溶解平衡PbI2(s)Pb2＋(aq)＋2I－(aq)的Ksp＝[Pb2＋]＋[I－]2(×)

2．25℃时，AgCl的溶解度是0.001 92 g·L－1，求它的溶度积。

【答案】Ksp＝1.80×10－10 mol2·L－2

【解析溶度积与溶解度都是体现溶质溶解能力的物理量，二者可以相互转化，计算过程中灵活运用二者的概念即可。AgCl的相对分子质量为143.5，AgCl饱和溶液物质的量浓度为0.001 92 g·L－1/143.5 g·mol－1＝1.34×10－5 mol·L－1，根据AgCl在溶液中的溶解平衡：

AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)

溶液中应有[Ag＋]＝[Cl－]＝1.34×10－5 mol·L－1

所以AgCl的Ksp＝[Ag＋][Cl－]＝(1.34×10－5 mol·L－1)2＝1.80×10－10 mol2·L－2。

【学习探究】

探究点一　沉淀的溶解与生成

1．根据沉淀溶解平衡及溶度积规则，分析回答下列问题：

(1)BaCO3和BaSO4都难溶于水，在医学上常用BaSO4作钡餐透视，而不能用BaCO3的原因是什么？

【答案】原因是BaCO3能溶于胃酸(主要成分为盐酸)，反应原理为

BaCO3(s)Ba2＋(aq)＋CO(aq)

CO＋2H＋===CO2↑＋H2O

可见，胃酸消耗CO，使溶液中[CO]降低，则Q，从而使BaCO3的沉淀溶解平衡向右移动，[Ba2＋]增大引起人体重金属中毒。

(2)可溶性钡盐(如BaCl2等)当作食盐食用，会造成钡中毒。中毒患者常用5.0%的Na2SO4溶液洗胃的原因是什么？

【答案】中毒后服用Na2SO4溶液(5.0%)洗胃，此时Q>Ksp(BaSO4)，故SO与Ba2＋结合生成BaSO4沉淀，可缓解Ba2＋对人体的毒害。

2．沉淀生成的应用主要涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域，常利用生成沉淀达到分离或除去某些离子的目的。常用的方法有

(1)调节pH法：如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，使其溶解于水，再加入氨水调节pH至7～8，可使Fe3＋转变为Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下：Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。

(2)加沉淀剂法：如以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CuS、HgS等沉淀，也是分离、除去杂质常用的方法。

写出下列反应的离子方程式：

1 用H2S除去Cu2＋：H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。

2 用Na2S除去Hg2＋：Hg2＋＋S2－===HgS↓。

【归纳总结】

1．沉淀的生成和溶解这两个方向相反的过程相互转化的条件是离子浓度，控制离子浓度，可以使反应向我们需要的方向转化。

2．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溶解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。如常用强酸溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等难溶电解质。

【活学活用】

1．为除去MgCl2酸性溶液中的Fe3＋，可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是(　　)

A．NH3·H2O B．NaOH

C．Na2CO3 D．MgCO3

【答案】D

【解析】Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，调节pH，可使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀后除去。在①不引入新杂质，②Mg2＋不沉淀的条件下，选用MgCO3，过量的MgCO3可一起过滤除去。也可选用MgO、Mg(OH)2等试剂。

2．AgCl的Ksp＝1.80×10－10 mol2·L－2，将0.001 mol·L－1NaCl和0.001 mol·L－1AgNO3溶液等体积混合，是否有AgCl沉淀生成？

【答案】有AgCl沉淀生成

【解析】这是根据Ksp和溶液中离子的浓度商Q比较大小来判断沉淀溶解平衡进行的方向。Ksp>Q，不产生沉淀。Ksp＝Q，沉淀溶解处于平衡状态。Ksp，向着产生沉淀的方向进行。

两溶液等体积混合后，Ag＋和Cl－浓度都减小到原浓度的1/2。

[Ag＋]＝[Cl－]＝1/2×0.001 mol·L－1＝0.000 5 mol·L－1

在混合溶液中，则[Ag＋][Cl－]＝(0.000 5)2 mol2·L－2＝2.5×10－7 mol2·L－2

因为[Ag＋][Cl－]>Ksp，所以有AgCl沉淀生成。

探究点二　沉淀的转化

1．按下列要求完成实验

(1)在一支试管中加入2 mL 0.1 mol·L－1的ZnSO4溶液，再滴加1 mol·L－1的Na2S溶液可观察到的现象是有白色沉淀生成。

(2)静置后倾去上层清液，并用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，然后向白色沉淀中滴加适量的0.1 mol·L－1的CuSO4溶液，振荡试管。观察到的现象是白色沉淀变为黑色沉淀。

(3)上述实验中发生反应的离子方程是

①Zn2＋＋S2－===ZnS ↓。

②ZnS(s)＋Cu2＋===CuS(s)＋Zn2＋。

(4)试用沉淀溶解平衡的原理分析解释(2)中实验现象的变化。

【答案】第一次生成的白色沉淀为ZnS，在水中建立了沉淀溶解平衡：ZnS(s)Zn2＋(aq)＋S2－(aq)，Ksp＝1.6×10－24 mol2·L－2。此时Q＝Ksp。加入CuSO4溶液后，Cu2＋、S2－的浓度商Q大于Ksp(CuS)。[Ksp(CuS)＝1.3×10－36 mol2·L－2]；故Cu2＋、S2－结合生成CuS沉淀，即ZnS白色沉淀转化为溶度积更小的CuS黑色沉淀。

2．沉淀转化在生活中的应用

(1)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。

【答案】FeS(s)＋Hg2＋(aq)===HgS(s)＋Fe2＋(aq)

(2)硬水煮沸形成的水垢主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，它们是怎样形成的？

【答案】水垢的形成过程涉及到沉淀转化，加热硬水时，Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2分别分解生成CaCO3、MgCO3沉淀。但MgCO3又与CO水解生成的OH－结合为更难溶的Mg(OH)2，故水垢的主要成分不是CaCO3、MgCO3，而是CaCO3、Mg(OH)2。

(3)锅炉形成的水垢中常含有CaSO4，除去方法是CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)，写出有关反应的化学方程式。

【答案】CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

【归纳总结】

(1)沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。

(2)一般而言，Ksp较大的难溶电解质能转化为Ksp更小的难溶电解质，如AgClAgIAg2S，CaSO4转化为CaCO3，ZnS转化为CuS等。

(3)两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越容易。

【活学活用】

3．试利用平衡移动原理解释下列事实：

(1)FeS不溶于水，但能溶于稀盐酸中________________。

(2)分别用等体积的蒸馏水和0.010 mol·L－1硫酸洗涤BaSO4沉淀，用水洗涤造成BaSO4的损失量大于用稀硫酸洗涤造成的损失量____________________________。

【答案】(1)FeS(s)Fe2＋(aq)＋S2－(aq)，加入稀盐酸后，S2－＋2H＋===H2S↑，破坏了FeS的溶解平衡，使上述平衡向正方向移动，故FeS溶解。

(2)BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SO(aq)，用水洗涤使BaSO4的溶解平衡向正反应方向移动，造成BaSO4的损失；而用H2SO4洗涤，H2SO4===2H＋＋SO，SO的存在抑制了BaSO4的溶解，故BaSO4的损失量少

【解析】根据勒·夏特列原理，如使平衡向溶解的方向移动，则促进溶解，反之固体量增加。

4．牙齿表面由一层硬的组成成分为Ca5(PO4)3OH的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：

Ca5(PO4)3OH(固)5Ca2＋＋3PO4＋OH－进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是__________________________________________。

已知Ca5(PO4)3F(固)的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚硬。请用离子方程式表示，当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因：______________________________。

根据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的方法：___________________________

________________________________________________________________________。

【答案】H＋＋OH－===H2O，使平衡向右移动，破坏釉质

5Ca2＋＋3PO＋F－===Ca5(PO4)3F↓

加Ca2＋(或加PO等)

【解析】人体牙齿表面主要的无机成分是羟基磷灰石[Ca5(PO4)3(OH)]，是一种难溶的磷酸钙类沉积物。在口腔中，牙齿表面的羟基磷灰石存在着这样的沉淀溶解平衡：

Ca5(PO4)3OH(s)5Ca2＋＋3PO＋OH－

口腔中残留的食物在酶的作用下，会分解产生有机酸——乳酸。乳酸是酸性物质，能与OH－反应，使羟基磷灰石的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动，从而导致龋齿的发生。但如果饮用水或者牙膏中含有F－，F－能与牙齿表面Ca2＋和PO反应生成更难溶的氟磷灰石[Ca5(PO4)3F]，沉积在牙齿表面。氟磷灰石比羟基磷灰石更能抵抗酸的侵蚀，并能抑制口腔细菌产生酸。因而能有效保护我们的牙齿，降低龋齿的发生率。这是通过添加F－使难溶的羟基磷灰石转化为更难溶的氟磷灰石，实质就是发生了沉淀的转化。

【学习小结】

【自我检测】

1．除去NaCl中的FeCl3需加入的试剂是(　　)

A．NaOH B．石灰水

C．铜片 D．氨水

【答案】A

【解析】在除去FeCl3时，不能引入新的杂质离子。

2．已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10 mol2·L－2，Ksp(AgI)＝1.0×10－16 mol2·L－2。下列说法错误的是(　　)

A．AgCl不溶于水，不能转化为AgI

B．在含有浓度均为0.001 mol·L－1的Cl－、I－的溶液中缓慢加入AgNO3稀溶液，首先析出AgI沉淀

C．AgI比AgCl更难溶于水，所以，AgCl可以转化为AgI

D．常温下，AgCl若要在NaI溶液中开始转化为AgI，则NaI的浓度必须不低于×10－11 mol·L－1

【答案】A

【解析】组成结构相似的物质，溶度积越小，其溶解度越小，越易先形成沉淀，B项正确；溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现，所以A错、C对；饱和AgCl溶液中[Ag＋]＝×10－5 mol·L－1。要使AgI形成沉淀，则[Ag＋][I－]≥1.0×10－16 mol2·L－2。则[I－]≥ mol·L－1＝×10－11 mol·L－1，D正确。

3．自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液，向地下深层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变为铜蓝(CuS)。下列分析正确的是(　　)

A．CuS的溶解度大于PbS的溶解度

B．原生铜的硫化物具有还原性，而铜蓝没有还原性

C．CuSO4与ZnS反应的离子方程式是Cu2＋＋S2－===CuS↓

D．整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应

【答案】D

【解析】CuSO4与PbS反应可以生成CuS，所以CuS的溶解度小于PbS的，A错误；硫化物中硫的化合价为－2，均具有还原性，B错误；ZnS难溶于水，不能写成离子形式，C错误；铜的硫化物首先被氧化成CuSO4，然后硫酸铜与ZnS、PbS发生复分解反应生成更难溶的CuS，D正确。

4．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：

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。

5．某溶液中含0.10 mol·L－1Cd2＋和0.10 mol·L－1Zn2＋。为使Cd2＋形成CdS沉淀而与Zn2＋分离，S2－离子的浓度应控制在什么范围？[已知Ksp(CdS)＝3.6×10－29 mol2·L－2，Ksp(ZnS)＝1.2×10－23 mol2·L－2]

【答案】[S2－]在3.6×10－28～1.2×10－22 mol·L－1之间可以使CdS沉淀而Zn2＋留在溶液中。

【解析】沉淀Cd2＋时所需S2－的最低浓度：

[S2－]＝＝＝3.6×10－28 mol·L－1

不使ZnS沉淀，S2－的最高浓度：

[S2－]＝＝＝1.2×10－22 mol·L－1。