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第三章 水溶液中的离子反应与平衡
沉淀溶解平衡的应用
高二化学
新人教化学选择性必修一《化学反应原理》
【情境创设一】
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。
【任务一】沉淀的生成
生成难溶电解质的沉淀，是工业生产、环保工程和科学研究中除杂或提纯物质的重要方法之一。
【思考与讨论一】
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？
溶解，再加入氨水调节pH， 使Fe3+生成Fe(OH)3沉淀而除去。
以Na2S作沉淀剂，使废水中的Cu2+、Hg2+生成极难溶的CuS、HgS 沉淀而除去。
【任务一】沉淀的生成
沉淀的生成方法(课本P79)：
①调节PH ②加入沉淀剂
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，因为硫酸钡的KSP小于硫酸钙。
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
【思考与讨论二】P79
【任务一】沉淀的生成
CaCO3(s) Ca2+ (aq) + CO32—(aq)
+
H2O+CO2
2HCO3—
试从沉淀溶解平衡的角度解释溶洞的形成。
【情境创设二】溶洞的形成
氢氧化镁沉淀溶解平衡的表达式：
【实验探究】氢氧化镁沉淀的溶解
Mg(OH)2(s) Mg2＋(aq) + 2OH－(aq)
滴加试剂 蒸馏水 盐酸
现象
化学方程式
课本P80实验 3－3
【思考与讨论】1、写出实验3-3中有关的化学方程式。
2、应用平衡移动的原理分析、解释实验3-3中发生的反应，并从中找出沉淀溶解的规律。
固体无明显溶解现象
迅速溶解
【任务二】沉淀的溶解
在溶液中存在Mg(OH)2的溶解平衡：
Mg(OH)2(s) Mg2＋(aq)+2OH－(aq)
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
用平衡移动原理解释问题的答题模板：
在某某中存在某某平衡：平衡方程式
加入某物质，谁与谁反应使得谁减少或增加
平衡向哪移动，从而使(结果)。
微观探析
【实验3-4】
步骤 （1） （2） （3）
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
AgCl
AgI
Ag2S
KI
Na2S
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，在什么条件下能够实现沉淀的转化呢
【任务三】沉淀的转化
步骤 向2mLMgCl2溶液中滴加3滴NaOH溶液 向有白色沉淀的溶液的试管中滴加4滴FeCl3溶液 静置
现象
有白色沉淀析出
白色沉淀转化为红褐色
【实验3-5】
【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】
请写出由AgI转化为Ag2S， Mg(OH)2转化为Fe(OH)3沉淀的离子方程式。
【任务三】沉淀的转化
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：
结论：沉淀一般从溶解度小的向溶解度更小的方向转化。
Mg(OH)2 9×10-4
Fe(OH)3 3×10-9
两者的溶解度差别越大，转化越容易。(课本P82倒数第二段)
【学习评价】
1.在10mL0.1mol/L的AgNO3溶液中加入6mL等浓度的NaCl溶液，有白色沉淀生成，再加入6mL等浓度的KI溶液，又有黄色沉淀生成，说明Ksp(AgI)由于反应中AgNO3过量, 所以再加入等浓度的KI溶液一定产生AgI沉淀, 不是沉淀的转化，则不能说明二者溶度积大小的关系
2.BaSO4饱和溶液中加入饱和Na2CO3溶液有白色沉淀，说明KSP（BaSO4）大于KSP(BaCO3)。
溶解度更小的沉淀一定条件下也可转化成溶解度小的沉淀，只要离子浓度足够大
CaSO4 　　 SO42－ + Ca2＋
+
CO32－
CaCO3
1. 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+CO32- CaCO3+SO42-
沉淀的转化在科研和生产中具有重要的应用价值
难处理的沉淀
转化成易处理的沉淀
综上所述，沉淀的生成、溶解、转化实质上都是沉淀溶解平衡移动 的过程，遵循 原理。
【总结提升】
勒夏特列（或平衡移动）
1.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。
【学习评价】即课本P85页第5题
(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
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：
利用溶度积Ksp计算：
类题：某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下：
沉淀物 Fe(OH)3 Mg(OH)2 Al(OH)3
pH 3.2 12.4 5.2
部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH由见上表
(2)滤渣I的主要成分有 。
Al(OH)3 Fe(OH)3
2. 有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：
CaSO4(s)+CO32— CaCO3(s)+SO42—
已知在298K时，Ksp（CaCO3）=2.80×10—9
Ksp（CaSO4）=4.90×10—5
求此温度下该反应的平衡常数K（计算结果保留三位有效数字)。
解： CaSO4 (s) Ca2+ + SO42—
Ksp(CaSO4) = c（Ca2+）·c（SO42—）
CaCO3 (s) Ca2+ + CO32—
Ksp(CaCO3) = c（Ca2+）·c（CO32—）
c(SO42—)
K=
c(CO32—)
=
Ksp(CaSO4)
Ksp(CaCO3)
4.90×10—5
2.80×10—9
=1.75×104
=
3.将足量的ZnS粉末加入到10mL0.001mol·L-1的CuSO4溶液中，是否有CuS沉淀生成？请通过计算后回答。已知: Ksp(ZnS)=1.6×10—24
Ksp(CuS) =1.3×10—36
解：在ZnS沉淀溶解平衡体系中产生的S2-浓度为：
c(S2-) = c(Zn2+) = (Ksp)1/2
=(1.6×10—24)1/2 =1.26×10—12 mol ·L - 1
Q (CuS) = c(Cu2+) · c(S2—)
=1.0×10—3mol ·L-1 ×1.26×10—12mol ·L-1
=1.26×10—15 > Ksp(CuS) =1.3×10—36
所以ZnS沉淀会转化为CuS沉淀
多重平衡中，同一离子浓度相同
4.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
5.已知：25°C时
， 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
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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