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专题3 水溶液中的离子反应
第四单元 沉淀溶解平衡
沉淀溶解平衡原理的应用
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。
【学习目标】
交流讨论
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？
中毒后服用Na2SO4溶液(5.0%)洗胃，此时SO42-与Ba2＋结合生成BaSO4沉淀，可缓解Ba2＋对人体的毒害。
实验探究
沉淀的转化实验
实验现象 化学方程式
实验1
实验2
实验3
有白色沉淀生成
Ag++Cl-=AgCl↓
白色沉淀转化黄色沉淀
黄色沉淀转化为黑色沉淀
AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq)
2AgI(s)+S2-(aq) Ag2S(s)+2I-(aq)
NaCl一定过量
实验关键：第一步中Ag＋的必须反应完全！！
◢注意事项◣
①滴加NaCl溶液需过量。如果Ag＋过量，残留的Ag＋与I－直接结合生成AgI沉淀，不能保证一定有AgCl转化成AgI。
②本实验不能证明Ksp(AgI)>Ksp(Ag2S)，因为二者表达式不同。
③比较Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)，也可在等物质的量浓度的NaCl、KI混合溶液中逐滴滴加AgNO3溶液，先生成黄色的AgI沉淀。
交流讨论
1．若将实验2加少量KI溶液后的试管静置，再向上层清液中滴加AgNO3溶液，请预测观察到的现象，并分析该现象产生的原因？
实验2中，加入KI溶液，发生的反应为AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq)，上层清液中c(Cl-)较大，滴加AgNO3溶液，Ag+与Cl-生成AgCl白色沉淀。
2．20℃时，AgCl、AgI、Ag2S的溶解度分别为1.4×10-4g，2.1×10-7g，6.3×10-16g，根据它们溶解能力的差异，说明产生上述现象的原因。
AgCl＞AgI＞Ag2S
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(s)
KI = I- + K+
+
AgI(s)
2AgI(s) 2Ag+ (aq) + 2I-(aq)
Na2S = S2- + 2Na+
+
Ag2S(s)
加入KI溶液，生成更难溶的AgI，促使AgCl的沉淀溶解平衡向溶解方向移动。
加入Na2S溶液，生成更难溶的Ag2S，促使AgI的沉淀溶解平衡向溶解方向移动。
AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq)
2AgI(s)+S2-(aq) Ag2S(s)+2I-(aq)
向AgCl沉淀中滴加KI溶液时，溶液中的Ag＋和I－结合生成了更难溶解的AgI，溶液中Ag＋浓度减小，促使AgCl的沉淀溶解平衡向其溶解的方向移动，最终AgCl完全转化为AgI。AgI转化为Ag2S的原理相同。
沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动，一般而言，溶解能力相对较强的物质容易转化为溶解能力较弱的物质。
两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越容易。
沉淀的转化
沉淀
沉淀
Ksp变小
溶解度更小
AgCl AgI Ag2S
Ksp（25℃） 1.8×10－10 8.3×10－17 6.3×10－50
(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，Ksp越小的越先沉淀。
(2)当离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，认为已完全沉淀。
沉淀转化原理
注意事项
在25 ℃时，AgCl的白色悬浊液中，依次加入等浓度的KI溶液和Na2S溶液，观察到的现象是先出现黄色沉淀，最后出现黑色沉淀。已知有关物质的溶度积Ksp(25 ℃)如表所示：
下列叙述错误的是(　 )
A．沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动
B．溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀
C．AgCl固体在等物质的量浓度的NaCl、CaCl2溶液中的溶解度相同
D．25 ℃时，在饱和AgCl、AgI、Ag2S溶液中，所含Ag＋的浓度不同
AgCl AgI Ag2S
Ksp 1.8×10－10 8.3×10－17 6.3×10－50
C
说明：a.同离子效应对平衡的影响。
b.在含相同离子不同难溶物的饱和体系中，Ksp不同，其同一离 子的浓度大小不同。
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
ZnS
或PbS
CuS
硫化物中硫的化合价为－2，均具有还原性
D
ZnS(s)+Cu2+ (aq) CuS(s)+Zn2+(aq)
Cu2+(aq) ＋ PbS(s) CuS(s)＋Pb2+(aq)
3.已知:Ksp(CuS)=1.3×10-36,Ksp(MnS)=2.6×10-13。工业生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中Cu2+：Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)。下列说法错误的是(　 　)
AC
A.反应达平衡后,继续加入MnS,废水中的Cu2+的去除率增加
B.该反应可将工业废水中的Cu2+沉淀完全
C.往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c(Mn2+)变小
D.该反应的平衡常数K=2.0×1023
当离子浓度≤10-5mol/L时，可视为沉淀完全。
4.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
(1)在FeS的饱和溶液中,存在沉淀溶解平衡FeS(s) Fe2++S2-,当加入稀盐酸时,2H++S2- H2S↑,使c()减小,从而平衡右移,使FeS最终溶解。
答题模板：
在FeS的饱和溶液中,存在沉淀溶解平衡FeS(s) Fe2++S2-,当加入稀盐酸时,2H++S2- H2S↑,使c()减小,从而平衡右移,使FeS最终溶解
4.试利用平衡移动原理解释下列事实:
(2)CaCO3难溶于稀硫酸,却能溶于醋酸中
答题模板
在FeS的饱和溶液中,存在沉淀溶解平衡FeS(s) Fe2++S2-,当加入稀盐酸时,2H++S2- H2S↑,使c()减小,从而平衡右移,使FeS最终溶解
(2)CaCO3的溶解度小于CaSO4,在CaCO3的饱和溶液中,存在沉淀溶解平衡:CaCO3(s) Ca2++C,当加入稀硫酸时,生成的CaSO4微溶,又沉积在CaCO3表面,阻碍反应的进一步进行,从而使CaCO3难溶于稀硫酸;
当加入CH3COOH时,2CH3COOH+C H2O+CO2↑+2CH3COO-,使C浓度减小,且(CH3COO)2Ca溶于水,从而使CaCO3的沉淀溶解平衡右移,使CaCO3慢慢溶于醋酸中。
学以致用
锅炉形成的水垢中常含有CaSO4，可先用Na2CO3溶液处理，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3，再用酸除去。
1．除去CaSO4水垢的原理是什么？
2 ．写出除去水垢中的CaSO4的化学方程式和离子方程式。
CaSO4(s)＋Na2CO3(aq) CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)
CaSO4(s)＋CO32-(aq) CaCO3(s)＋SO42-(aq)
加入Na2CO3溶液，使CaSO4的沉淀溶解平衡向溶解方向进行，生成更难溶的CaCO3。
烧水壶的水垢
锅炉及其管道内的水垢
CaCO3(s) CO32- (aq) + Ca2+ (aq)
H2CO3 H2O + CO2↑
+ H+
HCO3- (aq)
+ H+
沉淀溶解平衡解释稀盐酸除CaCO3的原理：
CO2气体的生成和逸出，使CO32- 的浓度不断减小，
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。
沉淀转化的应用
重晶石（主要成分是BaSO4）是制备钡化合物的重要原料，但是BaSO4不溶于水也不溶于酸、碱，难以直接利用。
沉淀转化在生产和科研中具有极其重要的应用。在分析化学中常常先将难溶强酸盐转化为难溶弱酸盐，然后用酸溶解，使阳离子进入溶液。
沉淀转化的应用
处理方法
用饱和Na2CO3溶液处理，可将其转化为易溶于酸的BaCO3。
Na2CO3 CO32- + 2Na+
BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO42-(aq)
+
BaCO3(s)
BaSO4(s)＋CO32- BaCO3(s)＋SO42-；
沉淀转化的离子方程式：
沉淀转化的应用
重晶石
（主要成分是BaSO4）
多次重复
饱和Na2CO3溶液
BaCO3(s)
盐酸
Ba2+(aq)
转化过程是用饱和Na2CO3溶液处理BaSO4沉淀，一段时间后移走上层溶液；再加入饱和Na2CO3溶液，重复处理多次，可使大部分BaSO4转化为BaCO3，最后加入盐酸，Ba2+便转入到溶液中。
沉淀的溶解
如： CaCO3 、FeS、Al(OH)3、 Mg(OH)2、 Cu(OH)2等
① 酸溶解法：
沉淀溶解的方法
③盐溶液溶解法：
②配位溶解法:
如——AgCl溶于氨水
AgCl + 2NH3·H2O = [Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H2O
如：Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液
Mg(OH)2 + 2NH4+ = Mg2+ + 2NH3·H2O
课堂探究
已知Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，Ksp(BaCO3)=2.6×10-9。向BaSO4中加入Na2CO3溶液，一段时间后达到平衡状态。
（1）写出有关的离子方程式：_____________________________。
（2）计算该反应的平衡常数K=____________________。
（3）讨论BaSO4能转化为BaCO3的条件是什么？
BaSO4(s)+CO32- (aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)
要使BaSO4转化为BaCO3，则必须满足c(CO32-)>24c(SO42-)，在BaSO4饱和溶液中，c(SO42-)≈1.0×10-5mol·L-1，故当c(CO32-)>2.4×10-4 mol·L-1时，BaSO4转化为BaCO3。
当同类型的难溶物(如AB型)Ksp相差不大时，一定条件下可以相互转化。
沉淀转化的应用
龋齿与含氟牙膏
20世纪50年代，流行病学研究发现，氟化物具有预防龋齿的作用。1955年，含有氟化亚锡（SnF2）的牙膏问世。后来单氟磷酸钠（Na2PO3F）代替了氟化亚锡。此外，预防龋齿的牙膏中的氟化物还有氟化钠（NaF）和氟化锶（SrF2）等。
龋齿的成因可能是食物在口腔细菌和酶的作用下产生的有机酸（例如糖类分解产生的乳酸）穿透牙釉质表面，使牙齿表面的矿物质羟基磷灰石［Ca5(PO4)3(OH)］溶解。由于细菌在牙齿表面形成一层黏膜——齿斑（或称菌斑），有机酸能够长时间与牙齿表面密切接触，羟基磷灰石持续溶解，最终形成龋齿。
沉淀溶解平衡在生活中的应用
龉齿的形成原因及防治方法：牙齿表面由一层硬的组成Ca5(PO4)3OH(羟基磷灰石)的物质保护着，它在唾液中存在如下平衡：
Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+ (aq)+3PO43-(aq)+OH-(aq)。
(1)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 。
(2)根据羟基磷灰石的平衡体系，你能想到用什么方法保护牙齿？
(3)已知Ca5(PO4)3F(氟磷酸钙)的溶解度比Ca5(PO4)3OH(羟基磷灰石)更小，请用离子方程式表示含氟牙膏能防止龉齿的原因： 。
5Ca2+ + 3PO43- + F-= Ca5（PO4）3F
氟磷灰石更能抵抗酸的侵蚀，使牙齿更坚固
Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2＋(aq)＋3PO43－(aq)＋OH－(aq)
牙膏中的F-能和Ca2＋和PO43－反应生成更难溶的Ca5(PO4)3F使牙齿更坚固。
牙膏中的Ca2＋使平衡向逆反应方向移动。
Ca5(PO4)3F
F-
含钙、氟牙膏能防止蛀牙，使牙齿更坚固，你知道为什么吗？
氟磷灰石比羟基磷灰石更能抵抗酸的侵蚀，并且氟离子还能抑制口腔细菌产生有机酸。含氟牙膏的使用显著降低了龋齿的发生率，使人们的牙齿更健康。
课堂探究
已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20。如果某溶液中分别含有0.1mol·L-1的Fe3+和Cu2+。分别计算Fe3+和Cu2+开始沉淀和完全沉淀时的pH。（当离子浓度为1×10-5mol·L-1时，认为该离子完全沉淀）
Fe3+开始沉淀，必须满足c(Fe3+)·c3(OH-)=Ksp[Fe(OH)3]，将c(Fe3+)= 0.1mol·L-1代入，计算可得c(OH-)=7.4×10-13 mol·L-1，计算pH=1.9，即pH=1.9时，Fe3+开始沉淀；Fe3+完全沉淀，必须满足c(Fe3+)·c3(OH-)=Ksp[Fe(OH)3]，将c(Fe3+)= 1.0×10-5mol·L-1代入，计算可得c(OH-)=1.6×10-11 mol·L-1，计算pH=3.2，即pH=3.2时，Fe3+完全沉淀。用同样的方法，计算可得Cu2+开始沉淀的pH为4.7，完全沉淀的pH为6.7。
M(OH)n完全沉淀的pH：Ksp=c(Mn+)·cn(OH-)=10-5×(10pH-14)n
除去CuSO4溶液中混有
的Fe3+的方法
CuSO4(aq)
（含Fe3+）
CuO、Cu(OH)2或
Cu2(OH)2CO3
调节溶液
pH=3~4
Cu2+
Fe(OH)3↓（除去Fe3+）
由于Fe(OH)3的溶解度比Cu(OH)2小得多，调节溶液的pH至3～4时，Cu2＋留在溶液中， Fe3＋水解生成Fe(OH)3而析出，达到除去Fe3＋的目的。
Cu(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3
Ksp（25℃） 2.2×10-20 8.0×10-16 4.0×10-38
金属离子 Fe2+ Fe3+ Cu2+
开始沉淀的pH 6.3 1.9 4.7
沉淀完全的pH 8.3 3.2 6.7
(1)除去Cu2+中的Fe3+，应调节pH的范围为： 。
(2)如何除去Cu2+中的Fe2+： 。
已知：
3.2≤pH<4.7
先将Fe2+氧化为Fe3+，再调节pH在3.2≤pH<4.7之间
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Cu(OH)2
1.9
开始
沉淀
沉淀
完全
沉淀
完全
沉淀
完全
开始
沉淀
开始
沉淀
3.2
4.7
6.7
6.3
8.3
氧化剂可用：双氧水、氧气等（不引入杂质）
2Fe2+ +H2O2+2H+ =2Fe3++2H2O
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．方法
实例 操作及原理
调节 pH法
除去NH4Cl中的FeCl3
溶于水，加氨水调节pH
Fe3＋＋3NH3·H2O === Fe(OH)3↓＋3
除去CuCl2中的FeCl3
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
加Cu(OH)2：Cu(OH)2 + 2H+ === Cu2+ + 2H2O
加CuO：CuO + 2H+ === Cu2+ + 2H2O
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．方法
实例 操作及原理
沉淀剂法
除去废水中的Hg2+
加入Na2S：S2- + Hg2+ === HgS↓
除去废水中的Cu2＋
通入H2S：H2S + Cu2+=== CuS↓ + 2H+
黑色
工业废水
重金属离子（如Cu2+、Hg2+等）转化成沉淀
沉淀的转化在工业废水处理上的应用
加入Na2S、(NH4)2S等
加入FeS等
在工业废水处理过程中，以硫化钠作沉淀剂，使得废水中的重金属离子如Cu2+、Hg2+等，生成极难溶的CuS、HgS等沉淀而出去，是分离、除去杂质常用的方法。
学以致用
用沉淀溶解平衡原理解决下列问题：
1．除去NH4Cl溶液中的少量FeCl3。

2．除去MgCl2溶液中的少量CuCl2。
加入氨水，调节溶液pH=3~4，过滤。
加入MgO或Mg(OH)2，调节溶液pH=7，过滤。
沉淀溶解平衡
沉淀的溶解
沉淀的转化
沉淀的生成
向沉淀溶解的方向进行
向沉淀生成的方向进行
QC>K
QC课堂练习
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，Ksp(AgI)＝1.0×10－16。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
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)
下列有关叙述中正确的是(　　)
①MnS的Ksp大于CuS的Ksp
②达到平衡时c(Mn2＋)＝c(Cu2＋)
③溶液中加入少量Na2S固体后，溶液中c(Cu2＋)、c(Mn2＋)保持不变
④该反应平衡常数K＝
A．①④ B．②③
C．①②③ D．②③④

说明： a .难溶电解质不一定是弱电解质，如BaSO4、AgCl等都是强电解质。
b.用沉淀法除杂不可能将杂质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小于1×10－5 mol·L－1时，沉淀已经完全。
A
医学上救治可溶性钡盐中毒，一般用5.0%的Na2SO4溶液给患者洗胃。已知：Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，5.0%的Na2SO4溶液中c(SO42-)=0.38mol·L-1，请通过计算说明：当胃液中SO42-浓度达到该数值时，能否有效解毒？
（根据资料，当胃液中的Ba2+浓度约小于10-4mol·L-1时，可以达到解毒目的）
c(Ba2+)=1.1×10-10/0.38=2.9×10-10mol·L-1
因为剩余的c(Ba2+)<10-4mol·L-1,所以有效除去了误食的Ba2+

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