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第四节　沉淀溶解平衡
第1课时　沉淀溶解平衡
素养·目标定位
目 标 素 养
1.认识难溶电解质在水溶液中存在沉淀溶解平衡,了解其特征和影响因素,会用化学用语表示沉淀溶解平衡,认识沉淀反应的限度
2.能用沉淀溶解平衡原理分析沉淀的溶解、生成与转化,会解决生产、生活中的实际问题
3.了解溶度积(Ksp)与离子积的关系,会判断溶液混合后是否有沉淀生成
知 识 概 览
课前·基础认知
一、难溶电解质的沉淀溶解平衡
1.溶解性与溶解度。
(1)20 ℃时,溶解性与溶解度的关系。
(2)反应完全的标志。
一般情况下,化学上通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,生成沉淀的反应就进行完全了。
2.沉淀溶解平衡的建立。
3.沉淀溶解平衡的含义。
在一定温度下,当沉淀和溶解的速率相等时,得到难溶电解质的饱和溶液,建立动态平衡。如AgCl的沉淀溶解平衡可表示为AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)。由于沉淀、溶解之间的这种动态平衡的存在,决定了Ag+与Cl-的反应不能完全进行到底。
4.沉淀溶解平衡的特征。
微思考常温下,将AgCl分别溶于水和0.1 mol·L-1的NaCl溶液中,其溶解度相同吗 为什么
提示:不同。在NaCl溶液中,Cl-的存在会导致AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)平衡向左移动,使AgCl溶解度变得更小。
微训练11.对“AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)”的理解正确的是(　　)。
A.说明AgCl没有完全电离,AgCl是弱电解质
B.说明溶解的AgCl已完全电离,是强电解质
C.说明Ag+与Cl-反应不能完全进行到底
D.说明Ag+与Cl-反应可以完全进行到底
C
2.下列说法中正确的是(　　)。
A.只有易溶电解质在溶液中才存在溶解平衡
B.难溶电解质的溶液中只存在溶解平衡,不存在电离平衡
C.溶解平衡只能通过电解质溶解于水时建立
D.达到溶解平衡时,电解质表面上的离子或分子脱离电解质的速率与溶液中的离子或分子回到电解质表面的速率相等
D
二、溶度积和离子积
1.溶度积。
(1)难溶电解质的沉淀溶解平衡存在平衡常数,称为溶度积常数,简称 溶度积 ,用符号 Ksp 表示。以Ag2S为例,写出溶度积常数的表达式: Ksp=c2(Ag+)·c(S2-)。
(2)Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。Ksp与难溶电解质的性质和温度有关。
2.离子积。
(1)用符号Q表示。对同一难溶电解质而言,离子积的表达式与溶度积相同。
(2)根据某温度下任意时刻的Q和Ksp的相对大小,可以判断该温度下的溶液中难溶电解质的沉淀或溶解情况:
相对大小 溶液中沉淀或溶解情况
Q>Ksp 有沉淀析出
Q=Ksp 沉淀和溶解处于平衡状态
Q微判断(1)溶度积是沉淀溶解平衡时难溶电解质在溶液中的各离子浓度的乘积。(　　)
(2)溶度积受离子浓度大小的影响。(　　)
(3)Ksp小的难溶电解质的溶解度一定小于Ksp大的难溶电解质的溶解度。(　　)
(4)改变外界条件使溶解平衡正向移动,Ksp一定增大。(　　)
(5)可利用溶液混合后的Q与Ksp的相对大小来判断溶液混合后是否有沉淀生成。(　　)
×
×
×
×
√
微训练2 1.室温下,向AgCl饱和溶液中加水,下列叙述正确的是(　　)。
A.AgCl的溶解度增大
B.AgCl的溶解度、Ksp均不变
C.AgCl的Ksp增大
D.AgCl的溶解度、Ksp均增大
B
2.t ℃时,Ag2CrO4的Ksp为4.0×10-12。
(1)写出Ag2CrO4的平衡常数表达式:
　　　　　　　　　　　　　　　;
(2)向一定量0.010 mol·L-1的Na2CrO4溶液中滴加1.0 mol·L-1的AgNO3溶液,假设溶液体积不变,要生成Ag2CrO4沉淀,溶液中c(Ag+)应　 。
大于2.0×10-5 mol·L-1
课堂·重难突破
一、沉淀溶解平衡的影响因素
问题探究
石灰石的主要成分为CaCO3,当它遇到溶有CO2的水时就会发生反应变成可溶性的Ca(HCO3)2,溶有Ca(HCO3)2的水,当从溶洞顶滴到洞底时,由于水分的蒸发或压强减小,以及温度的变化都会使CO2溶解度减小使Ca(HCO3)2转化为CaCO3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,洞顶的钟乳石与地面的石笋连接起来了,就会形成奇特的石柱。反应的化学方程式为
CaCO3+CO2+H2O═Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2═CaCO3↓+CO2↑+H2O。在自然界中不断发生上述反应,于是就形成了溶洞中的各种景观。
1.在CaCO3溶于水的起始阶段,v溶解和v沉淀怎样变化 当v溶解=v沉淀时,可逆过程达到一种什么样的状态 画出v-t图。
提示:CaCO3溶于水的起始阶段,v溶解较大,后逐渐减小,v沉淀开始为0,后逐渐增大,直到v溶解=v沉淀,说明溶解达到平衡状态。v-t图如下所示:
2.向CaCO3饱和溶液中加水,CaCO3的溶解度增大吗 溶解平衡移动吗 Ksp是否增大 升高温度Ksp如何变化
提示:向CaCO3饱和溶液中加水,CaCO3溶解平衡正向移动,但是CaCO3的溶解度不变,Ksp不变。升高温度,CaCO3的Ksp将增大。
3.试从溶解平衡的角度解释CaCO3溶于含有CO2的水的原理。
4.CaCO3可以溶于强酸(如硝酸),但BaSO4不能溶于强酸,为什么
归纳总结
1.内因。难溶电解质本身的性质,这是决定因素。
2.外因。沉淀溶解平衡属于化学平衡,外界因素对沉淀溶解平衡的影响,同样遵守勒夏特列原理。
(1)加水稀释。
保持温度不变,向平衡体系中加入少量水,平衡向沉淀溶解的方向移动,最终达到与原来同样的平衡状态;若向平衡体系中加入大量的水,最终难溶电解质完全溶解,形成不饱和溶液,平衡体系被破坏。
(2)改变温度。
大多数难溶电解质的溶解是吸热过程,升高温度,平衡向沉淀溶解的方向移动,Ksp变大。
(3)保持温度不变,向平衡体系中加入难溶电解质溶解产生的离子,平衡向生成沉淀的方向移动,难溶电解质的溶解程度减小,但是其Ksp不变。
(4)向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应的离子(生成更难溶或更难电离的物质或生成气体)时,平衡向沉淀溶解的方向移动。
典型例题
【例1】 把足量熟石灰放入蒸馏水中,一段时间后达到平衡:Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq),下列叙述正确的是(　　)。
A.给溶液加热,溶液的pH升高
B.恒温下向溶液中加入CaO,溶液的pH升高
C.向溶液中加入Na2CO3溶液,Ca(OH)2固体增多
D.向溶液中加入少量的NaOH固体,Ca(OH)2固体增多
D
【拓展延伸】 加热含有少量Ca(OH)2固体的Ca(OH)2溶液,会不会使固体减少
答案:不会,大多数物质的溶解度随温度升高而增大,但Ca(OH)2的溶解度随温度升高而减小,所以加热会使固体增多。
【例2】 现向含AgBr的饱和溶液中:
(1)加入固体AgNO3,则c(Ag+)　　　　(填“变大”“变小”或“不变”,下同)。
(2)加入更多的AgBr固体,则c(Ag+)　　　　。
(3)加入AgCl固体,则c(Br-)　　　　,c(Ag+)　　　　。
(4)加入Na2S固体,则c(Br-)　　　　,c(Ag+)　　　　。
变大
不变　
变小
变大
变大
变小
解析:(1)向AgBr饱和溶液中加入AgNO3,溶解平衡逆向移动,但c(Ag+)变大。(2)加入AgBr固体,对溶解平衡无影响,c(Ag+)不变。(3)因AgCl溶解度大于AgBr,加入AgCl固体时,c(Ag+)变大,溶解平衡向左移动,c(Br-)变小。(4)因Ag2S溶解度小于AgBr,加入Na2S固体时,生成Ag2S,溶解平衡向右移动,c(Br-)变大,但c(Ag+)变小。
二、溶度积的计算及应用
问题探究
已知几种难溶电解质在25 ℃时的溶度积。
化学式 Ksp
AgCl 1.8×10-10
AgBr 5.4×10-13
AgI 8.5×10-17
Ag2S 6.3×10-50
Mg(OH)2 5.6×10-12
Fe(OH)2 4.9×10-17
请思考下列问题。
1.25 ℃时AgCl(s)、AgBr(s)、AgI(s)分别溶于水形成的饱和溶液中c(Ag+)大小关系能否直接判断 三种物质的溶解能力由大到小排序如何
提示:能。溶解能力由大到小:AgCl>AgBr>AgI。
2.AgCl、Mg(OH)2哪个更难溶
提示:Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=c2(Ag+)=1.8×10-10, c(Ag+)≈1.34×10-5 mol·L-1,即AgCl的浓度约为1.34×10-5 mol·L-1;Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·c2(OH-)=4c3(Mg2+)=5.6×10-12, c(Mg2+)≈1.12×10-4 mol·L-1。即Mg(OH)2的浓度约为1.12×
10-4 mol·L-1,则AgCl更难溶。
归纳总结
溶度积(Ksp)反映了难溶电解质在水中的溶解能力;溶解度(S)表示在一定温度下,某固态物质在100 g溶剂里达到饱和状态时所溶解的质量。
溶度积(Ksp)和溶解度(S)都可以用来衡量沉淀的溶解能力,它们可以互相换算。由于难溶电解质溶液浓度很小,溶液的密度近似为1 g·cm-3。
(1)对于阴、阳离子个数比相同的电解质,相同温度下,Ksp的数值越大,难溶电解质在水中的溶解度越大。
(2)对于阴、阳离子个数比不同的电解质,Ksp小的电解质的溶解度不一定比Ksp大的溶解度小,如相同温度下, Ksp(Ag2CrO4)是
能
AgCl
1.9×10-5
成果验收站　
1.为了防止热带鱼池中水藻的生长,需保持水中Cu2+的浓度约1.2×10-5 mol·L-1。为避免在每次换池水时溶液浓度的改变,可把适当的含铜化合物放在池底,其饱和溶液提供适当的Cu2+。已知CuS、Cu(OH)2、CuCO3的Ksp依次为1.3×10-36、2.2×10-20、1.4×10-10,下列四种物质中,能基本满足池水浓度要求的是(　　)。
A.CuSO4 B.CuCO3
C.Cu(OH)2 D.CuS
B
2.常温下,将足量的AgCl固体分别加入下列物质中,AgCl的溶解度由大到小的排列顺序是(　　)。
①40 mL 0.01 mol·L-1KCl溶液
②30 mL 0.02 mol·L-1CaCl2溶液
③50 mL蒸馏水　
④20 mL 0.01 mol·L-1 Ag2SO4溶液　
⑤10 mL 0.01 mol·L-1 AgNO3溶液
A.②>④>①=⑤>③ B.③>①=⑤>④>②
C.④>②>①>③>⑤ D.⑤>④>①>③>②
B
解析:AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq),由于Ksp=c(Ag+)·c(Cl-),溶液中c(Cl-)或c(Ag+)越大,越能抑制AgCl的溶解,AgCl的溶解度就越小。AgCl的溶解度大小只与溶液中Ag+或Cl-的浓度有关,与溶液的体积无关。①c(Cl-)=0.01 mol·L-1;②c(Cl-)=0.04 mol·L-1;③c(Cl-)=0 mol·L-1;④c(Ag+)=0.02 mol·L-1;⑤c(Ag+)=0.01 mol·L-1。Ag+或Cl-浓度由小到大的排列顺序为③<①=⑤<④<②,故AgCl的溶解度由大到小的排列顺序为③>①=⑤>④>②。
3.已知下表数据:
物质 Fe(OH)2 Cu(OH)2 Fe(OH)3
Ksp/25 ℃ 8.0×10-16 2.2×10-20 4.0×10-38
完全沉淀时的pH范围 ≥9.6 ≥6.4 3~4
对含等物质的量的CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3的混合溶液的说法,错误的是(　　)。
A.向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先看到红褐色沉淀
B.向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先看到白色沉淀
C.向该混合溶液中加入适量H2O2,并调节pH到3~4后过滤,可获得纯净的CuSO4溶液
D.在pH=5的溶液中Fe3+不能大量存在
B
4.已知25 ℃时,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20。在0.1 mol·L-1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌,有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成,当溶液的pH=8时,c(Cu2+)=　　 　　 mol·L-1。若在0.1 mol·L-1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体,使Cu2+完全沉淀为CuS,此时溶液中的H+浓度是　　　　mol·L-1。
解析:pH=8时,c(OH-)=1×10-6 mol·L-1,由氢氧化铜的溶度积常数可知:Ksp=2.2×10-20=10-12×c(Cu2+),得c(Cu2+)=2.2×10-8 mol·L-1;使Cu2+沉淀完全,发生反应Cu2++H2S==CuS↓+2H+,得c(H+)=0.2 mol·L-1。
2.2×10-8
0.2

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