【任务驱动式】3.4.2 沉淀溶解平衡的应用 课件 (共28张PPT)高中化学人教版2019选择性必修1

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【任务驱动式】3.4.2 沉淀溶解平衡的应用 课件 (共28张PPT)高中化学人教版2019选择性必修1

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(共28张PPT)
第三单元 水溶液中的离子反应与平衡
第四节 沉淀溶解平衡
第2课时 沉淀溶解平衡的应用
学习目标
1.通过实验了解沉淀的生成、溶解和转化,并能用化学平衡移动原理解释其过程。
2.了解沉淀的生成、溶解与转化在实际生产生活中的应用,并能运用其原理解决实际问题。
3.学会通过比较Q、Ksp 的大小,从定量的角度分析沉淀的生成、溶解和转化。
新课导入
除去不溶性固体杂质后的主要污染物
c(H+)=0.1mol/L
c(Cu2+)=0.05mol/L
国家GB8978-2003
《污水综合排放标准》
中性水( pH ≈7)
c (Cu2+)≤1x10-7mol/ L
【问题1】假如你是铜矿工程师,你会如何处理含铜酸性废水,使其达到标准排放?
新课导入
市场调研
任务一 沉淀的生成
工业废水的处理——化学沉淀法
工业废水
重金属离子(如Cu2+、Hg2+等)
沉淀
任务一 沉淀的生成
原则: 生成沉淀的反应能发生,且进行得越完全越好。
Cu2++S2-=CuS↓
沉淀Cu2+、Hg2+等,可以用Na2S或H2S做沉淀剂。
Hg2++S2-=HgS↓
一般认为沉淀离子浓度小于1.0×10-5 mol/L时,则认为已经沉淀完全。
方法1: 加沉淀剂
任务一 沉淀的生成
选择沉淀剂的原则:
① 要能除去溶液中指定的离子,又不能影响其他离子的存在,并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子还要便于除去,如沉淀NaNO3溶液中的Ag+,可用
NaCl作沉淀剂。
②溶液中沉淀物的溶解度越小,离子沉淀越完全,例如,除去SO42-,选择Ba2+比Ca2+好。
③要注意沉淀剂的电离程度,如欲使Mg2+沉淀为Mg(OH)2,用NaOH作沉淀剂比用氨水的效果要好。
任务一 沉淀的生成
方法2: 调pH值
1.工业原料NH4Cl中混有FeCl3:
加氨水,调pH值然后过滤
Fe3+ + 3NH3 H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+
氢氧化物 开始沉淀时的pH(0.1mol/L) 沉淀完全时的pH值(<10-5 mol/L)
Cu(OH)2 4.67 6.67
Fe(OH)3 1.48 2.81
2.根据表中数据,CuCl2中混有少量Fe3+如何除去?
加入氢氧化铜或碱式碳酸铜或氧化铜,调节pH至3~4,促进 Fe3+水解,转化为氢氧化铁沉淀。
任务一 沉淀的生成
方法3: 相同离子法
增大沉淀溶解平衡体系中某种离子的浓度,使平衡向生成沉淀的方向移动
BaSO4(s) Ba2+(aq)+SO42- (aq)
定性:硫酸中c(SO42-) 大,使平衡逆向移动,减小BaSO4的损失。
定量:溶液中c(SO42-)增大,温度不变,Q>Ksp,平衡逆移。
任务一 沉淀的生成
【交流讨论】
已知Fe3+在pH3到4之间开始沉淀,在pH7到8之间沉淀完全,而Fe2+,Cu2+在8到9之间开始沉淀11到12之间沉淀完全,CuCl2中混有少量Fe2+如何除去?
Fe2+
Fe3+
Fe(OH)3
氧化
调pH
硝酸、高锰酸钾、氯气、氧气、双氧水等
常见氧化剂
氯气、双氧水、氧气等(不引入杂质)
氧化剂可用
氨水、氢氧化钠、氧化铜、碳酸铜
调pH
氧化铜、碳酸铜等(不引入杂质)
调pH可用
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
方法4: 氧化还原法
任务二 沉淀的溶解
【思考】水垢含有Mg(OH)2、CaCO3、CaSO4等,除水垢的方法有“酸洗”,即用盐酸浸泡。
请运用沉淀溶解平衡的原理解释原因。
【分析】
核心物质:Mg(OH)2、CaCO3、CaSO4、HCl
寻找平衡:
Mg(OH)2(s) Mg2+ (aq) + 2OH- (aq)
CaCO3(s) CO32- (aq) + Ca2+ (aq)
CaSO4(s) SO42- (aq) + Ca2+ (aq)
任务二 沉淀的溶解
【实验】
滴加几滴酚酞溶液
Mg(OH)2浊液
【分析】
Mg(OH)2(s) Mg2+ (aq) + 2OH- (aq)
平衡
向溶解的方向
移动
c(OH- )
减小
Mg(OH)2
溶解
消耗
OH-

盐酸
Q < Ksp
【思考】如何设计实验证明?
任务二 沉淀的溶解
盛有Mg(OH)2
浊液的试管
适量
盐酸
盛有等量
Mg(OH)2浊液
的试管
等体积
蒸馏水
对照实验
实验1
实验2
【实验方案】
加水,对Mg(OH)2的沉淀溶解平衡影响不明显。
任务二 沉淀的溶解
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。使Qc < Ksp
①酸溶解法:
用强酸溶解的难溶电解质有CaCO3、FeS、Al(OH)3、Ca(OH)2等。如CaCO3难溶于水,却易溶于盐酸。
(1) 原理
(2) 沉淀溶解的方法
任务二 沉淀的溶解
3Ag2S+8H+ + 2NO3-=6Ag++3S+2NO↑+4H2O
AgCl + 2NH3·H2O=[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O
③氧化还原溶解法:
②配位溶解法:
如Ag2S溶于稀HNO3
如AgCl溶于氨水
④盐溶液溶解法:
如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液
Mg(OH)2难溶于水,能溶于盐酸、NH4Cl溶液中。Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为:
Mg(OH)2+2NH=== Mg2++2NH3·H2O
(2) 沉淀溶解的方法
任务二 沉淀的溶解
H2CO3 H2O + CO2↑
+ H+
HCO (aq)
CaCO3(s) CO (aq) + Ca2+(aq)
+ H+
CO2气体的生成和逸出,使CO 的浓度不断减小,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。
【小试牛刀】运用沉淀溶解平衡解释稀盐酸除碳酸钙的原理。

3
2
3
2
3
【思考】稀盐酸能除去CaSO4吗?
任务三 沉淀的转化
【问题】 除去水垢中的CaSO4等,需要另一种方法——“碱洗”。 即用Na2CO3溶液等浸泡一段时间,再辅以“酸洗”,可除去CaSO4。
请运用沉淀溶解平衡的原理解释原因。
【分析】核心物质:CaSO4、Na2CO3、HCl
寻找平衡:
CaSO4(s) SO (aq) + Ca (aq)
2
4
2+
平衡
向溶解的方向
移动
CaSO4
溶解
加Na2CO3
Q < Ksp
生成CaCO3
酸洗
除去
消耗
Ca2+
c(Ca2+ )
减小
对于CaSO4的沉淀溶解平衡, CO 与Ca2+反应,使c(Ca2+)减小,使Q < Ksp,平衡向CaSO4溶解的方向移动。生成的CaCO3 ,可用盐酸除去。
CaSO4 → CaCO3 沉淀的转化
2
3
任务三 沉淀的转化
CaSO4(s) + CO (aq) CaCO3 (s) + SO (aq)
4.9×10-5
3.4×10-9
2
4
2
3
K =
c(SO )
2
4
c(CO )
2
3
c(CO )·c (Ca2+)
2
3

c(SO )·c (Ca2+)
2
4

Ksp (CaSO4)
Ksp (CaCO3)


1.4×104
【分析】上述沉淀的转化过程离子方程式可以表示为:
由CaSO4(25 ℃Ksp = 4.9×10-5 )转化为CaCO3(25 ℃ Ksp = 3.4×10-9 ),某同学推测溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀,设计实验验证下列沉淀的转化。请评价是否合理,并说明理由。
AgCl → AgI → Ag2S
任务三 沉淀的转化
NaCl和AgNO3混合
白色沉淀AgCl
向所得固液混合物中滴加KI溶液
黄色沉淀AgI
向新得固液混合物中滴加Na2S溶液
黑色沉淀Ag2S
实验3-4:
Na2S
KI
注意:实验中加入AgNO3溶液的量要少,确保NaCl溶液过量!
任务三 沉淀的转化
AgI(s)
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
白色
黄色
Ksp = 1.8×10-10
Ksp=8.5×10-17
当向AgCl沉淀中滴加KI溶液时,溶液中Ag+与I-的离子积—— Q(AgI)>Ksp(AgI),因此,Ag+与I-结合生成AgI沉淀,导致AgCl的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动,直至建立新沉淀溶解平衡。
+
I-(aq)
【结论1】
AgCl(s) + I-(aq) AgI(s) + Cl-(aq)
任务三 沉淀的转化
【结论2】
当向AgI沉淀中滴加Na2S溶液时,溶液中Ag+与S2-的离子积—— Q(Ag2S)>Ksp(Ag2S),因此 Ag+与S2-结合生成Ag2S沉淀,导致AgI的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动,直至建立新沉淀溶解平衡。
+
S2-(aq)
Ag2S(s)
AgI(s) Ag+(aq) + I-(aq)
黄色
黑色
Ksp = 6.3×10-50
Ksp = 8.5×10-17
2AgI(s) + S2-(aq) Ag2S(s) + 2I-(aq)
向MgCl2溶液中滴加NaOH溶液
白色沉淀
向有白色沉淀的溶液中滴加FeCl3溶液
白色沉淀转变为红褐色
静置
红褐色沉淀析出,溶液变无色
溶解度关系:
Mg(OH)2 > Fe(OH)3
FeCl3
注意:实验中加入NaOH溶液的量要少,确保MgCl2溶液过量!
实验3-5:
任务三 沉淀的转化
任务三 沉淀的转化
【结论】 沉淀的转化实质是沉淀溶解平衡的移动。
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。
AgCl(s) +I-(aq) AgI(s) +Cl-(aq)
2AgI(s) +S2-(aq) Ag2S(s) +2I-(aq)
Cl-+ Ag+ = AgCl↓
白色沉淀
黄色沉淀
黑色沉淀
3Mg(OH)2(s) +2Fe3+(aq) 2Fe(OH)3(s) +3Mg2+(aq)
Mg2++2OH- = Mg(OH)2↓
白色沉淀
红褐色沉淀
物质 溶解度/g
AgCl 1.5×10-4
AgI 9.6×10-9
Ag2S 1.3×10-16
实验3-4:
实验3-5:
任务三 沉淀的转化
1.沉淀转化的实质与条件
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。
① 实质
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 条件
更小
越大
容易
任务三 沉淀的转化
2.沉淀转化的应用
锅炉中水垢中含有CaSO4 ,可先用Na2CO3溶液处理,使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3。
CaSO4    SO42- + Ca2+
+
CO32-
CaCO3
水垢成分CaCO3
Mg(OH)2 CaSO4
用饱和Na2CO3
溶液浸泡数天
疏松的水垢
CaCO3 Mg(OH)2
用盐酸或
饱氯化铵液
除去水垢
CaSO4+CO32- CaCO3+SO42-
CaCO3+2H+ = Ca2++CO2↑+H2O
Mg(OH)2+2H+ = Mg2++2H2O
①锅炉除水垢
任务三 沉淀的转化
2.沉淀转化的应用
② 自然界中矿物的转化
CuSO4+ZnS=== CuS+ZnSO4
CuSO4+PbS=== CuS+PbSO4
CuS(铜蓝)
如原生铜硫化物
氧化
淋滤
CuSO4(溶液)
ZnS
PbS
任务三 沉淀的转化
2.沉淀转化的应用
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)=== HgS(s)+ Fe2+
思维构建

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