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第三章 水溶液中的离子反应与平衡
4.1.3 沉淀溶解平衡的应用
高二化学
【情景导入】
龋齿的产生
龋齿俗称蛀牙，是口腔的常见病之一。
牙齿的表面有一薄层釉质，当人进食以后口腔中的细菌再分解食物的过程中会产生有机酸。
由于细菌在牙齿表面形成一层黏附膜——齿斑，这些有机酸长时间与牙齿表面密切接触，使得牙釉质溶解，最终导致龋齿。
牙釉质的主要成分：Ca5(PO4)3OH （羟基磷灰石）
Ca5(PO4)3OH+4H+ = 5Ca2++3HPO42-+H2O
【情景导入】
如何预防龋齿？
①坚持饭后刷牙
②使用含氟牙膏
Ca5(PO4)3OH(s)+F-(aq) = Ca5(PO4)3F(s)+OH-(aq)
（氟磷灰石）
请分析原因
【情景导入】
工业废水的处理
锅炉内部水垢的处理
难溶电解质的沉淀溶解平衡是动态平衡，我们可以通过改变条件，使平衡向着需要的方向移动——溶液中的离子转化为沉淀，或沉淀转化为溶液中的离子。因此，沉淀溶解平衡在生产、科研和环保等领域具有广泛的应用。
【环节一：沉淀的生成】
【复习回顾】
溶度积Ksp和离子积Q——溶度积规则
①表达式：
离子积 Q
任意时刻c
平衡状态c
溶度积
Q＜Ksp时
溶液不饱和，无沉淀析出，还可继续溶解直到饱和。
Q = Ksp时
溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态
Q＞Ksp时
溶液过饱和，有沉淀析出，直到溶液饱和达到平衡。
②溶度积规则
【环节一：沉淀的生成】
一、沉淀的生成
（Q>Ksp）
1、原理：通过加入沉淀剂，或应用同离子效应，或控制溶液的pH，使Q>Ksp，生成溶解度小的电解质（沉淀），越小越好。
2、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。
【P81】 图3-14 化学沉淀法废水处理工艺流程示意图
工业废水处理
【环节一：沉淀的生成】
3、方法：
①调pH值法：如在工业原料氯化铵中混有氯化铁，使其溶解于水，再加 调pH值至7~8，可使Fe3＋转变为 而除去。
离子方程式为：
氨水
Fe(OH)3沉淀
Fe3＋ + 3NH3 H2O = Fe(OH)3↓+3NH4＋
【思考】若CuCl2溶液中混有的少量Fe3+，该如何除去？
调pH至3.7~4.4之间，促使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。
Fe3+水解：Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
加Cu(OH)2：Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O
加CuO：CuO + 2H+ = Cu2+ + H2O
氢氧化物 开始沉淀时的pH值 沉淀完全时的pH值(＜10-5mol/L)
Cu(OH)2 4.4 6.4
Fe(OH)3 1.4 3.2
【环节一：沉淀的生成】
②加沉淀剂法：如：以Na2S、H2S等作沉淀剂，可使废水中Cu2+、Hg2+等重金属离子生成极难溶的硫化物CuS、HgS沉淀。
原理：Cu2+ + S2- = CuS↓ Hg2+ + S2- = HgS↓
沉淀剂选择的基本要求:
①使生成沉淀的反应进行得越完全越好(即沉淀溶解度越小越好)。
如：除去废水中的Cu2＋，可以使Cu2＋转化成CuCO3、Cu(OH)2或CuS，依据P126三者溶解度的大小可知，应选择沉淀剂使废水中的Cu2＋转化成溶解度最小的CuS。
②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。
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。
【环节一：沉淀的生成】
③氧化还原法：如：在粗制CuSO4·5H2O晶体中常含有杂质Fe2+，在提纯时，为了除去Fe2+，常用什么方法？
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)
Fe2+ 6.95 8.95
Cu2+ 4.42 6.67
Fe3+ 1.87 3.2
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至调节pH至3.2≤pH<4.42，再将生成的Fe(OH)3沉淀过滤除去。
氧化剂可用：双氧水、氧气等（不引入杂质）
【环节一：沉淀的生成】
④同离子效应法：如洗涤硫酸钡固体，用蒸馏水好还是稀硫酸好？
BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO42- (aq)
用稀硫酸
【思考与讨论】
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(即Q>Ksp)；其次希望沉淀反应完成后，溶液中剩余离子的浓度能够尽量小。
若要除去某溶液中的SO42-，你选择加入钙盐还是钡盐 为什么
[已知Ksp(CaSO4) = 4.9×10-5，Ksp(BaSO4) = 1.1×10-10]
加入钡盐
因为Ksp(BaSO4) < Ksp(CaSO4)，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) 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
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。
【评价环节一】
【练习】将足量AgCl分别加入下列溶液中，AgCl溶解度由大到小的顺序是（ ）
①20ml0.01 mol L-1 KCl溶液 ②20ml0.02 mol L-1 CaCl2溶液 ③20ml蒸馏水
④20ml0.03 mol L-1 HCl溶液 ⑤20ml0.05 mol L-1 AgNO3溶液
A.①＞②＞④＞③＞⑤ B.③＞①＞④＞②＞⑤
C.⑤＞③＞②＞①＞④ D.③＞④＞⑤＞②＞①
B
【环节二：沉淀的溶解】
二、沉淀的溶解
（Q1、原理：不断减少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，就达到使沉淀溶解的目的（即Q< Ksp 时,沉淀发生溶解）。
【实验3-3】
操作
现象
原理分析
Mg(OH)2 + 2H+ ＝ Mg2+ + 2H2O
沉淀几乎不溶解
沉淀溶解
Mg(OH)3(s) Mg2+(aq) + 2OH-(aq)
+ 2H+
2H2O
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。
【环节二：沉淀的溶解】
2、方法：加酸、碱、盐、强氧化剂等
①酸溶解法：强酸是常用的溶解难溶电解质的试剂。
解释：CaCO3为什么能溶于稀盐酸？
原理分析：
CaCO3(s) CO32-(aq) + Ca2+(aq)
+H+
HCO3-(aq)
+H+
H2CO3
H2O + CO2↑
CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2↑　
可用强酸溶解的难溶电解质还有FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2和Mg(OH)2等。
【思考】为什么医学上常用BaSO4作为内服造影剂“钡餐”，而不用BaCO3
因为BaCO3会溶于胃酸，产生大量有毒的Ba2+。
【环节二：沉淀的溶解】
NaOH + Al(OH)3=NaAlO2+2H2O
②碱溶法：如：用NaOH能溶解H2SiO3、Al(OH)3等物质
试管编号 ① ② ③
对应试剂 少许Mg(OH)2 少许Mg(OH)2 少许Mg(OH)2
滴加试剂 2ml蒸馏水，滴加酚酞溶液 2ml盐酸 3ml饱和NH4Cl溶液
现象
无溶解现象，溶液变浅红
迅速溶解
逐渐溶解
③盐溶解法：【实验3-3】分别向氢氧化镁沉淀中加入蒸馏水、盐酸、NH4Cl溶液，观察并记录实验现象，写出反应方程式。
Mg(OH)2 + 2NH4+ = Mg2+ + 2NH3·H2O
Mg(OH)2(s) Mg2＋(aq)+2OH－(aq)
【环节二：沉淀的溶解】
③配位溶解法
如：在有固态AgCl存在的饱和溶液中，加入NH3 ·H2O溶液AgCl溶解。
④氧化还原法
如：不溶于盐酸的Ag2S、CuS、HgS等硫化物，一定条件下可溶于硝酸中。
AgCl + 2NH3·H2O = [Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H2O
3Ag2S＋8H＋ ＋ 2NO3- = 6Ag＋＋3S＋2NO↑＋4H2O
【环节三：沉淀的转化】
在实际应用中，有时需要将一种沉淀转化为另一种沉淀。那么，在什么条件下能实现沉淀的转化呢？
【实验3-4】
操作
现象
原理 分析
白色沉淀转化为黄色
产生白色沉淀
黄色沉淀转化为黑色
AgCl(s) + I- AgI(s) + Cl-
2AgI(s) + S2- Ag2S(s) + 2I-
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
AgI(s) Ag+(aq) + I-(aq)
+ S2-
Ag2S(s)
+ I-
AgI(s)
溶解度：S(AgCl) > S(AgI) > S(Ag2S)
【环节三：沉淀的转化】
【实验3-5】
操作
现象
原理 分析
产生白色沉淀
Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓
白色沉淀转化为红褐色沉淀
3Mg(OH)2(s) + 2Fe3+ 2Fe(OH)3(s) + 3Mg 2+
溶解度：S(Mg(OH)2) > S(Fe(OH)3 )
【环节三：沉淀的转化】
三、沉淀的转化
1、原理：由一种沉淀转化为另一种沉淀的过程，实质是沉淀溶解平衡的移动
（使溶液中的离子浓度更小）。
2、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。而且两者的溶解度差别越大，转化越容易。
②反常：当两种难溶物溶解能力Ksp差别不大时，一定条件下，溶解能力小的物质也可以转化成溶解能力相对较大物质。
【思考】已知重晶石BaSO4 的Ksp＝1.07×10－10，BaCO3的Ksp＝2.58×10－9。 重晶石能否溶解在浓碳酸钠溶液中吗？
BaSO4 Ba2＋＋SO42－
+
CO32－
BaCO3
BaSO4＋CO32－ BaCO3＋SO42－
(浓度要大，即满足Q>Ksp)
注意：当两种难溶物溶解度相差不大时，溶解度相对较小的物质在一定条件下也可以转化为溶解度相对较大的物质。
【环节四：沉淀的转化的应用】
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
加酸
溶解
除去水垢
3、沉淀转化的应用
①除锅炉水垢
[已知Ksp(CaSO4)=4.9×10-5)，Ksp(CaCO3)=3.4×10-9]
CaSO4(s) Ca2+(aq) + SO42-(aq)
+ CO32-
CaCO3(s)
CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2↑　
Mg(OH)2 + 2H+ ＝ Mg2+ + 2H2O
【环节四：沉淀的转化的应用】
②解释自然界中矿物的转化1:
CaCO3 Ca2+ + CO32-
+
H2O + CO2
2HCO3-
石灰岩里不溶性的碳酸钙与水及二氧化碳
反应能转化为微溶性的碳酸氢钙。
溶有碳酸氢钙的水从溶洞顶向溶洞底滴落时，水分蒸发，二氧化碳压强减小以及温度的变化都会使二氧化碳溶解度减小而析出碳酸钙沉淀。这些沉淀经过千百万年的积聚，渐渐形成了钟乳石、石笋等。
CaCO3 +H2O+CO2
+2HCO3-
Ca2+
【环节四：沉淀的转化的应用】
②解释自然界中矿物的转化2:
原生铜硫化物
氧化
淋滤
CuSO4溶液
闪锌矿(ZnS)
方铅矿(PbS)
CuS(铜蓝)
ZnS(s) + Cu2+ = CuS(s) + Zn2+
PbS(s) + Cu2+ = CuS(s) + Pb2+
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+
(2)自然界中矿物的转化
原生铜硫化物
氧化
淋滤
CuSO4溶液
闪锌矿(ZnS)
方铅矿(PbS)
CuS(铜蓝)
ZnS(s) + Cu2+ = CuS(s) + Zn2+
PbS(s) + Cu2+ = CuS(s) + Pb2+
(3)氟化物预防龋齿
【环节四：沉淀的转化的应用】
④解释一些日用品的作用原理
课本P83：氟化物防治龋齿的化学原理
主要成分：Ca5(PO4)3(OH) 5Ca2＋ ＋ 3PO43－ ＋ OH－
牙釉质存在溶解平衡：
+ F－
Ca5(PO4)3F（更难溶）
（溶解度更小，更能抵抗酸的腐蚀，氟离子抑酸）
+ H＋
解释：为什么吃糖多了可能坏牙？
糖
发酵
有机酸
溶解平衡右移
Ca5(PO4)3(OH)（s）＋ 4H+ = 5Ca2＋ (aq) ＋ 3HPO42－ (aq) ＋ H2O
【课堂评价】
1、下列说法不正确的是( )
A. 用Na2S作沉淀剂，除去废水中的Cu2＋和Hg2＋
B. 向ZnS沉淀中滴加CuSO4溶液可以得到CuS沉淀
C. Mg(OH)2固体可溶于NH4Cl溶液
D. 溶解度小的沉淀不能转化为溶解度大的沉淀
2、已知Cu2+(aq) + MnS(s) CuS(s) + Mn2+(aq)，化工生产中常用MnS(s)作沉淀剂去除废水中的Cu2+。下列有关说法正确的是( )
A. 当c(Cu2+) = c(Mn2+)时该反应达到平衡
B. 从该反应原理可以得出CuS的溶解度比MnS的溶解度大
C. 该反应的平衡常数K = Ksp(MnS)/Ksp(CuS)
D. 往平衡体系中加入少量CuSO4(s)后，c(Mn2+)不变
D
C
3.己知Ksp(AgCl)= 1.56 ×10-10，Ksp(AgBr)=7.7 ×10-13 ，
Ksp(Ag2CrO4)= 9.0 ×10-12 。
某溶液含有Cl-, Br-和CrO42-, 浓度均为0.010mo1·L-1,
向该溶液中逐滴加入0.010mo1·L-1的AgNO3溶液时，
三种阴离子产生沉淀的先后顺序为（ ）
Cl— 、Br—、CrO42—
CrO42—、Br—、Cl—
Br—、Cl—、CrO42—
Br— 、CrO42—、Cl—
C
【课堂评价】
4、要使工业废水中的重金属离子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，选用的沉淀剂最好是(　　)
A．硫化物　　B．硫酸盐 C．碳酸盐 D．以上沉淀剂均可
A
【课堂评价】
6、25℃时，5种银盐的溶度积常数(Ksp)分别是：
AgCl Ag2SO4 Ag2S AgBr AgI
1.8×10－10 1.4×10－5 6.3×10－50 7.7×10－13 8.51×10－16
下列说法正确的是(　　)
A．氯化银、溴化银和碘化银的溶解度依次增大
B．将硫酸银溶于水，向其中加入少量硫化钠溶液，不可能得到黑色沉淀
C．在5 mL 1.8×10－5 mol·L－1的NaCl溶液中，加入1滴(1 mL约20滴)0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，不能观察到白色沉淀
D．将浅黄色溴化银固体浸泡在饱和氯化钠溶液中，有少量白色固体生成
D
【课堂评价】
5、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)＝6.3×10－36；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晶体加入到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
C
【课堂评价】
【课堂评价】
(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是加稀H2SO4和H2O2溶解，铁变为_____，加碱调节至pH为____时，铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10－5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全)；继续加碱至pH为____时，锌开始沉淀(假定Zn2＋浓度为0.1mol·L－1)。若上述过程不加H2O2后果是 ，
原因是 。
Fe3＋
2.7
6
Zn2＋和Fe2＋不能分离　
Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近
化合物 Zn(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3
Ksp近似值 10-17 10-17 10-39
[2015·全国卷Ⅱ，26(4)] 1.回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：
1.某温度时，BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．加入Na2SO4可以使溶液由a点变到b点
B．通过蒸发可以使溶液由d点变到c点
C．d点无BaSO4沉淀生成
D．a点对应的Ksp大于c点
对应的Ksp
①a ,c点：
②b点：
③d点：
Q c =Ksp，饱 和
Q c >Ksp，过饱和
Q c C
【沉淀溶解平衡相关图象】
2. 硫酸锶(SrSO4)在水中的沉淀溶解平衡曲线如下，下列说法正确的是（ ）
A．温度一定时，Ksp(SrSO4)
随c(SO42-)增大而减小
B．三个不同温度中，
313K时Ksp(SrSO4)最小
C．283K时，图中a点
对应的溶液是不饱和溶液
D．283K下的SrSO4饱和
溶液升温到363K后变为
不饱和溶液
C

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