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第四节 沉淀溶解平衡
第二课时
沉淀溶解平衡的应用
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
学习目标
1.通过实验了解沉淀的生成、溶解与转化，能应用化学平衡理论解释沉淀的生成、溶解和转化。
2.学会通过比较Q与Ksp的大小判断难溶电解质的沉淀与溶解，学会从定量的角度分析沉淀的生成与转化。
牙齿表面由一层硬的组成为Ca5(PO4)3OH的难溶物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：
（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，试从化学平衡移动的原理来进行解释。
Ca5(PO4)3OH（S） 5Ca2+(aq) +3PO43- (aq) +OH-(aq)
氟化物预防龋齿的化学原理
（2）研究表明Ca5(PO4)3F的溶解度比Ca5(PO4)3OH更小，而且更能抵抗酸的侵蚀。牙膏里添加氟离子能够有效预防蛀牙，请分析原因。
发酵生成的有机酸能中和OH-，使平衡向脱矿方向移动，加速腐蚀牙齿
阅读课本P85页——科学 技术 社会
Ca5(PO4)3OH（S）+4H+ 5Ca2+(aq) +3HPO42- (aq) +H2O(l)
Ca5(PO4)3OH（S） 5Ca2+(aq) +3PO43- (aq) +OH-(aq)
5Ca2+ + 3PO43- + F-= Ca5（PO4）3F
结论：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。
Ca5(PO4)3OH（S）+F- (aq) Ca5(PO4)3F(s) + OH-(aq)
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。
进水
预处理设备
混合
投药
药剂设备
部分回流
沉淀物处理设备
沉淀物排除
反应沉淀
补充处理
出水
化学沉淀法废水处理工艺流程示意图
阅读课本P81页
问题：1.工业原料氯化铵中常含杂质氯化铁，该如何除去？
2.工业废水中常含有Cu2+、Hg2+等重金属离子，该如何除去？
H2S + Cu2+ ＝ CuS↓+ 2H+
S2- + Hg2+ ＝ HgS↓
Fe3+ + 3NH3 H2O ＝ Fe(OH)3↓+ 3NH4+
原理：控制溶液的pH，加入沉淀剂，应用同离子效应，当 Q>Ksp 时有沉淀生成。
2、方法
（1）调节溶液的pH
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+ 4.67 6.67
Fe3+ 1.87 3.2
课堂练习1：CuCl2溶液中混有FeCl2，如何除杂？
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 ~ 4范围；再将生成的Fe(OH)3沉淀过滤除去。
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;其次希望沉淀反应完成后，溶液中剩余离子的浓度能够尽量小。
(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
钡盐，因为Ksp(BaSO4)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
【思考与讨论】P82
（2）加沉淀剂
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。
④当一种试剂能沉淀溶液中几种离子时，生成沉淀所需试剂离子浓度越小的越先沉淀；如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大，就能分步沉淀，从而达到分离离子的目的。
课堂练习2：、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
二、沉淀的溶解
1、原理：
2、方法
（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。
CaCO3(s) CO32-(aq) + Ca2+(aq)
H+
H2CO3
H+
2HCO3-
CO2↑+ H2O
对于在水中难溶的电解质，只要设法不断地移去平衡体系中相应的离子，使Q【实验3-3】分别向氢氧化镁沉淀中加入蒸馏水、盐酸，根据实验现象，得出结论。
滴加试剂 蒸馏水 盐酸
现 象
固体无明显溶解现象
迅速溶解
加入盐酸时，H＋中和OH－，使c(OH－)减小，平衡右移，从而使Mg(OH)2溶解。
（2）Mg(OH)2(s) Mg2＋(aq)+2OH－(aq)
P82思考与讨论：
（1）Mg(OH)2 + 2HCl ＝ MgCl2 + H2O
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＋2NH4+=== Mg2＋＋2NH3·H2O
用平衡移动原理去解释下列事实：
实验制得的BaSO4含有杂质，实验员用0.010mol/L硫酸洗涤BaSO4沉淀，而不用蒸馏水洗涤。请应用平衡移动原理分析。
BaSO4(s) Ba2+(aq)+SO42- (aq),用水洗涤使BaSO4的溶解平衡向右移动，造成BaSO4质量的损失；而用H2SO4洗涤，H2SO4= SO42-+ 2H+， SO42-促进BaSO4的沉淀溶解平衡向生成沉淀方向移动， 故BaSO4的损失量少。
课堂练习3：课本P87页第5题
三、沉淀的转化
【实验3-4】
步骤 1mLNaCl和10滴AgNO3溶液混合 向所得固液混合物中滴加10滴KI溶液 向新得固液混合物中滴加10滴Na2S溶液
现象
有白色沉淀析出
白色沉淀转化为黄色
黄色沉淀转化为黑色
Ag+ + Cl- =AgCl↓
【实验3-5】
实验操作
实验现象
MgCl2＋2NaOH= Mg(OH)2↓＋2NaCl
3Mg(OH)2＋2FeCl3=2Fe(OH)3＋3MgCl2
有白色沉淀析出
白色沉淀转化为红褐色沉淀
【讨论】为什么沉淀能够转化呢 请以AgCl沉淀转化为AgI沉淀为例进行说明。
I-
AgCl(s) Ag+ + Cl-
+
AgI(s)
AgCl(s)+I- AgI(s) + Cl-
沉淀的转化：
包含了沉淀的生成和沉淀的溶解两个过程
【微观分析】
为什么能生成AgI(s)？为什么AgCl(s)会溶解？
滴加一定浓度的KI时，使得
Q(AgI)>Ksp(AgI)，故会生成AgI沉淀；c（Ag+ ）减小，导致AgCl的溶解平衡向溶解的方向移动。
【符号表征】
物质 溶解度/g
AgCl 1.5×10—4
AgI 9.6×10—9
Ag2S 1.3×10—16
参考数据
Mg(OH)2 9×10-4
Fe(OH)3 3×10-9
1、沉淀的转化实质
沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。一般是溶解度小的沉淀会转化生成溶解度更小的沉淀。但是，溶解度较小的沉淀在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀。如：BaSO4遇到饱和碳酸钠溶液也能转化为碳酸钡
课堂练习4：4.已知：25°C时Ksp(Mg(OH)2) =5.6×10-12，Ksp(MgF2) =7.42×10-11 下列说法正确的是（ ）
A．25 ℃时，饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比，前者的c(Mg2+)大
B．25 ℃时，在Mg(OH)2的悬浊液加入少量的NH4Cl固体，c(Mg2+)增大
C．25 ℃时，Mg(OH)2固体在20mL0.01 mol·L-1氨水中的Ksp比在20mL0.01mol·L-1 NH4Cl溶液中Ksp的小
D．25 ℃时，在Mg(OH)2的悬浊液加入NaF溶液后，不可能转化成为 MgF2
B
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
2、沉淀的转化应用
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
课堂练习5：已知BaCO3和BaSO4均为难溶电解质，其溶度积分别为Ksp(BaCO3) =5.1×10-9，Ksp(BaSO4) =1.1×10-10 ，则下列说法中正确的是（　　）
A.BaSO4可做钡餐而BaCO3不能是因为Ksp(BaSO4) ＜Ksp(BaCO3)
B.在制腈纶纤维的1 L溶液中含SO42-为1.0×10-3 mol，则加0.01 mol BaCl2不能使SO42-完全沉淀
C.在清理有关仪器的BaSO4沉淀时，常加入饱和Na2CO3溶液，使BaSO4转化为BaCO3再用酸处理
D.用稀H2SO4洗涤BaSO4效果比用水好，BaCO3也能用此法处理
C
课堂小结
课堂达标
1、要想除去废水中的Pb2＋，最好选用下列哪种试剂[已知：Ksp(PbCl2)＝1.9×10－14；Ksp(PbSO4)＝1.06×10－8；Ksp(PbCO3)＝3.3×10－14；
Ksp(PbS)＝3.4×10－28](　　)A．NaCl　　　　　　　 B．Na2SC．Na2SO4 D．Na2CO3
C
2．下列现象不能用沉淀溶解平衡移动原理解释的是(　　)A．相同温度下，AgCl在水中的溶解度大于在氯化钠溶液中的溶解度B．浓FeCl3溶液滴入沸水中继续加热形成红褐色透明液体C．自然界地表层原生铜矿变成CuSO4溶液向下层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变为铜蓝(CuS)D．加入少量AgCl固体可以除去氯化钠溶液中的少量硫化钠杂质
B
3．已知在pH为4～5的环境中，Cu2＋、Fe2＋几乎不水解，而Fe3＋几乎完全水解。工业上制CuCl2溶液是将浓盐酸用蒸气加热到80 ℃左右，再慢慢加入粗氧化铜(含少量杂质FeO)，充分搅拌使之溶解。欲除去溶液中的杂质离子，下述方法中可行的是 (　　)A．向溶液中通入Cl2，再加入纯净的CuO粉末调节pH为4～5B．向溶液中通入H2S使Fe2＋沉淀C．向溶液中通入Cl2，再通入NH3，调节pH为4～5D．加入纯Cu将Fe2＋还原为Fe
A
4、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的Cu2＋：
Cu2＋(aq)＋MnS(s) CuS(s)＋Mn2＋(aq)。下列说法错误的是(　　)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＋)变大D．该反应的平衡常数K＝2.0×1023
A
C
5．常温下，几种物质的溶度积常数见下表：
物质 Cu(OH)2 Fe(OH)3 CuCl CuI
Ksp 2.2×10－20 2.6×10－39 1.7×10－7 1.3×10－12
(1)某酸性CuCl2溶液中含少量的FeCl3，为制得纯净CuCl2溶液，宜加入____________________________________调至溶液pH＝4，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，此时溶液中的c(Fe3＋)＝_________________。
(2)过滤后，将所得滤液经过_______________，_______________操作，可得到CuCl2·2H2O晶体。
蒸发浓缩 　冷却结晶
CuO[或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3]　
　2.6×10－9mol·L－1

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