1、版高中化学 第3章 物质在水溶液中的行为 第3节 沉淀溶解平衡 第2课时学案 鲁科第2课时沉淀溶解平衡的应用学习目标定位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。一、沉淀的溶解与生成1.沉淀的溶解与生成的判断对于难溶电解质AmBn(s)mAn(aq)nBm(aq)，其浓度商Qcm(An)cn(Bm)，通过比较Q和Ksp的相对大小，可以判断沉淀的溶解与生成。(1)QKsp时，溶液中有沉淀析出，直至QKsp，达到新的沉淀溶解平衡。(2)QKsp时，溶液饱和，沉淀溶解与生成处于平衡状态。(3)QKsp时，溶液未饱和，若加入过
2、量难溶电解质，则会溶解，直至溶液饱和。2.问题讨论(1)BaCO3和BaSO4都难溶于水，在医学上常用BaSO4作钡餐透视，而不能用BaCO3的原因是什么？答案原因是BaCO3能溶于胃酸(主要成分为盐酸)，反应原理为BaCO3(s)Ba2(aq)CO (aq)CO2H=CO2H2O可见，胃酸消耗CO，使溶液中CO的浓度降低，则QKsp(BaSO4)，故SO与Ba2结合生成BaSO4沉淀，可缓解Ba2对人体的毒害。3.生成沉淀的常用方法(1)调节pH法：如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，使其溶解于水，再加入氨水调节pH至78，可使Fe3转变为 Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下：Fe33NH3H2
3、O=Fe(OH)33NH。(2)加沉淀剂法：如以Na2S、H2S等作沉淀剂，使某些金属离子，如Cu2、Hg2等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，也是分离、除去杂质常用的方法。写出下列反应的离子方程式：用H2S除去Cu2：H2SCu2=CuS2H。用Na2S除去Hg2：Hg2S2=HgS。沉淀的溶解与生成(1)沉淀的溶解和生成这两个方向相反的过程相互转化的条件是离子浓度，控制离子浓度，可以使反应向我们需要的方向转化。(2)根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地移去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，就可以使沉淀溶解。如常用强酸溶解CaCO3、FeS、A
4、l(OH)3、Cu(OH)2等难溶电解质。(3)不可能使要除去的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1105 molL1时，杂质离子已除尽。例1已知Ksp(AgCl)1.561010 mol2L2，Ksp(AgBr)7.71013 mol2L2，Ksp(Ag2CrO4)9.01012 mol3L3。某溶液中含有Cl、Br和CrO，浓度均为 0.010 molL1，向该溶液中逐滴加入0.010 molL1的AgNO3溶液时，三种阴离子产生沉淀的先后顺序为()A.Cl、Br、CrO B.CrO、Br、ClC.Br、Cl、CrO D.Br、CrO、Cl答案C解析要产生AgCl沉淀
5、，Ag molL11.56108 molL1；要产生AgBr沉淀，Ag molL17.71011 molL1；要产生Ag2CrO4沉淀，需Ag molL13.0105 molL1；显然产生沉淀的先后顺序为Br、Cl、CrO。考点溶度积常数题点溶度积常数(Ksp)的应用判断是否生成沉淀例2要使工业废水中的重金属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PbSO4PbCO3PbS溶解度/g1.031041.811071.841014由上述数据可知，选用的沉淀剂最好为()A.硫化物 B.硫酸盐C.碳酸盐 D.以上沉淀剂均可答案A解析要将Pb
6、2沉淀，就要形成溶解度更小的物质，由表中数据可知，PbS的溶解度最小，故沉淀剂最好为硫化物。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的生成(沉淀的先后)例3如图表示的是难溶氢氧化物在不同pH下的溶解度(S)，下列说法正确的是()A.pH3时溶液中铁元素的主要存在形式是Fe3B.若Ni(NO3)2溶液中含有少量的Co2杂质，可通过调节溶液pH的方法除去C.若要分离溶液中的Fe3和Cu2，可调节溶液的pH为4D.若向含有Cu2和Ni2的溶液中加入烧碱，Ni(OH)2优先沉淀答案C解析当pH3时，Fe3已沉淀完全，A项错误；由于Ni2和Co2完全沉淀时的pH相差不大，故不宜通过调节溶液pH的方法除去，B项错误
7、；根据图可知向含有Cu2和Ni2的溶液中加入烧碱，Cu(OH)2优先沉淀，D项错误。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀溶解平衡曲线及其应用二、沉淀的转化1.实验探究沉淀的转化(1)ZnS沉淀转化为CuS沉淀实验步骤实验现象有白色沉淀有黑色沉淀离子反应方程式S2(aq)Zn2(aq) =ZnSZnS(s)Cu2(aq) =CuS(s)Zn2(aq)实验结论溶解能力小的沉淀可以转化成溶解能力更小的沉淀(2)Ag的沉淀物的转化实验步骤实验现象有白色沉淀生成白色沉淀变为黄色沉淀变为黑色沉淀溶解能力AgClAgIAg2S沉淀转化的规律(1)沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。(2)一般说来，溶解能力小的沉
8、淀转化为溶解能力更小的沉淀容易实现；两者差别越大，沉淀转化越容易。组成类型相同的难溶电解质，Ksp较大的难溶电解质能转化为Ksp较小的难溶电解质。Ksp相差不大的难溶电解质，Ksp较小的难溶电解质在一定条件下可以转化为Ksp较大的难溶电解质。2.沉淀转化的应用(1)锅炉除水垢：锅炉形成的水垢中常含有CaSO4，除去方法是CaSO4(s) CaCO3(s) Ca2(aq)，写出有关反应的化学方程式：CaSO4(s)Na2CO3(aq)CaCO3(s)Na2SO4(aq)，CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2。(2)原生铜硫化物的转化：原生铜硫化物CuSO4(溶液) CuS(铜蓝)。写出Cu
9、SO4转化为铜蓝的化学方程式：CuSO4(aq)ZnS(s)=CuS(s)ZnSO4(aq)，CuSO4(aq)PbS(s)=CuS(s)PbSO4(s)。(3)工业废水中重金属离子的转化：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。写出用FeS除去Hg2的离子方程式：FeS(s)Hg2(aq)=HgS(s)Fe2(aq)。(4)水垢的形成：硬水煮沸形成的水垢主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，说明它形成的原因(用离子方程式表示)。Mg(HCO3)2MgCO3H2OCO2，Ca(HCO3)2CaCO3H2OCO2，MgCO3H2OMg
10、(OH)2CO2。例4实验：0.1 molL1 AgNO3溶液和0.1 molL1NaCl溶液等体积混合得到悬浊液a，过滤得到滤液b和白色沉淀c；向滤液b中滴加0.1 molL1 KI溶液，出现浑浊；向沉淀c中滴加0.1 molL1KI溶液，沉淀变为黄色。下列说法不正确的是()A.悬浊液a中存在沉淀溶解平衡：AgCl(s)Ag(aq)Cl(aq)B.滤液b中不含有AgC.中颜色变化说明AgCl转化为AgID.实验可以证明AgI比AgCl更难溶答案B解析在悬浊液a中，存在AgCl的沉淀溶解平衡，即在滤液b中，仍含有少量Ag，故在b中生成了AgI沉淀，A正确，B错误；向白色沉淀AgCl中滴加KI溶
11、液生成黄色AgI，由此可说明AgI比AgCl更难溶，C项和D项都正确。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的转化例5已知25 ：难溶电解质CaCO3CaSO4MgCO3Ksp/mol2L22.81099.11066.8106某学习小组欲探究CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀的可能性，实验步骤如下：向100 mL 0.1 molL1的CaCl2溶液中加入0.1 molL1的Na2SO4溶液100 mL，立即有白色沉淀生成。向上述悬浊液中加入固体Na2CO3 3 g，搅拌，静置沉淀后弃去上层清液。再加入蒸馏水搅拌，静置后再弃去上层清液。_。(1)由题中信息Ksp越大，表示电解质的溶解度越_(填“大”或“
12、小”)。(2)写出第步发生反应的化学方程式：_。(3)设计第步的目的是_。(4)请补充第步操作及发生的现象：_。(5)请写出该原理在实际生活、生产中的一个应用：_。答案(1)大(2)Na2CO3(aq)CaSO4(s)=CaCO3(s)Na2SO4(aq)(3)洗去沉淀中附着的SO(4)向沉淀中加入足量的盐酸，沉淀完全溶解，并放出无色无味的气体(5)将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3，再用盐酸除去解析Ksp越大，表示电解质的溶解度越大，溶解度大的沉淀会向溶解度小的沉淀转化，要证明CaSO4完全转化为CaCO3，可以加入盐酸，因为CaSO4不和盐酸反应，而CaCO3可完全溶于盐酸。在实际生
13、活、生产中利用此反应可以将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3再用盐酸除去。考点沉淀溶解平衡的应用题点难溶电解质沉淀溶解平衡的综合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。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的生成(沉淀的先后)2.(2017包头高二月考)已知：Ksp(ZnS)Ksp(CuS)，在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中滴加适量CuSO4溶液，产生的实验现象是()A.固体逐渐溶解，最后消失B.固体由白色变为黑色C.固体颜色变化但质量不变D.固体逐渐增多，但颜色不变答案B解析ZnS和CuS的阴、阳
14、离子个数比均为11，且Ksp(ZnS)Ksp(CuS)，可得ZnS溶解度大于CuS，因此在ZnS饱和溶液中加CuSO4会使ZnS沉淀转化生成黑色CuS。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的转化3.已知如下物质的溶度积常数：Ksp(FeS)6.31018 mol2L2，Ksp(CuS)6.31036 mol2L2。下列说法正确的是()A.同温度下，CuS的溶解度大于FeS的溶解度B.同温度下，向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体后，Ksp(FeS)变小C.向含有等物质的量的FeCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液，最先出现的沉淀是FeSD.除去工业废水中的Cu2和Hg2，可以选用Fe
15、S作沉淀剂答案D解析A项，由于FeS的Ksp大，且FeS与CuS的Ksp表达式是相同类型的，因此FeS的溶解度比CuS的大；B项，Ksp不随浓度变化而变化，它只与温度有关；C项，先达到CuS的Ksp，先出现CuS沉淀；D项，向含有Cu2和Hg2的工业废水中加入FeS，FeS会转化为更难溶的CuS和HgS，可以用FeS作沉淀剂。考点沉淀溶解平衡的应用题点难溶电解质沉淀溶解平衡的综合4.含有较多Ca2、Mg2和HCO的水称为暂时硬水，加热可除去Ca2、Mg2，使水变为软水。现有一锅炉厂使用这种水，试判断其水垢的主要成分为()(已知Ksp(MgCO3)6.8106 mol2L2，KspMg(OH)2
16、5.61012 mol3L3)A.CaO、MgO B.CaCO3、MgCO3C.CaCO3、Mg(OH)2 D.CaCO3、MgO答案C解析考查沉淀转化的原理，加热暂时硬水，发生分解反应：Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O，Mg(HCO3)2MgCO3CO2H2O，生成的MgCO3在水中建立起平衡：MgCO3(s)Mg2(aq)CO (aq)，而CO发生水解反应：COH2OHCOOH，使水中的OH浓度增大，由于KspMg(OH)2CuCO3CuSB.Cu(OH)2CuCO3Cu(OH)2CuCO3D.CuSCu(OH)2CuCO3答案D解析由可知，在水溶液中Cu2与CO主要生成Cu(OH
17、)2沉淀，说明Cu(OH)2比CuCO3更易沉淀，从而说明溶解度：Cu(OH)2CuCO3；同理由可得，溶解度：CuSCu(OH)2。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的转化6.(1)已知Ksp(BaSO4)1.01010 mol2L2，Ksp(BaCO3)2.5109 mol2L2，某同学设想用下列流程得到BaCl2，BaSO4BaCO3BaCl2则的离子方程式为_，该反应的平衡常数K_。(2)向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr，当两种沉淀共存时，_。Ksp(AgBr)5.41013 mol2L2，Ksp(AgCl)1.81010 mol2L2答案(1)BaSO4(s)CO (aq)=Ba
18、CO3(s)SO (aq) 0.04(2)3103解析(1)BaSO4转化为BaCO3的离子方程式为BaSO4(s)CO (aq)=BaCO3(s)SO (aq)。平衡常数K0.04。(2)AgCl、AgBr共存时AgCl(s)Br(aq)=AgBr(s)Cl(aq)，反应达到平衡，所以3103。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的转化对点训练题组1沉淀的生成与溶解1.当氢氧化镁固体在水中达到溶解平衡Mg(OH)2(s)Mg2(aq)2OH(aq)时，为使Mg(OH)2固体的量减少，需加入少量的()A.NH4NO3 B.NaOHC.MgSO4 D.Na2SO4答案A解析要使Mg(OH)2固体的量减
19、小，应使Mg(OH)2的溶解平衡右移，可减小Mg2的浓度或OH的浓度。NH4NO3电离出的NH能结合OH，使平衡右移。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的溶解2.在含有浓度均为0.01 molL1的Cl、Br、I的溶液中，缓慢且少量地加入AgNO3稀溶液，结合溶解度判断析出三种沉淀的先后顺序是()A.AgCl、AgBr、AgI B.AgI、AgBr、AgClC.AgBr、AgCl、AgI D.三种沉淀同时析出答案B解析AgI比AgBr、AgCl更难溶于水，故Ag不足时先生成AgI，析出沉淀的先后顺序是AgI、AgBr、AgCl。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的生成(沉淀的先后)3.为除去MgCl2
20、酸性溶液中的Fe3，可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是()A.NH3H2O B.NaOHC.Na2CO3 D.MgCO3答案D解析Fe33H2OFe(OH)33H，调节pH，可使Fe3转化为Fe(OH)3沉淀后除去。在不引入新杂质、Mg2不沉淀的条件下选用MgCO3，过量的MgCO3可一起过滤除去。也可选用MgO、Mg(OH)2等试剂。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的生成(沉淀的先后)4.25 时，已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(Ksp)分别为Ksp(FeS)6.31018 mol2L2；Ksp(CuS)1.31036 mol2L2；Ksp(ZnS)1.61024 mol2L2。下列关于
21、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 molL1的Na2S溶液中，Zn2的浓度最大只能达到1.61023 molL1C.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Fe2变大、S2变小，但Ksp(FeS)变大答案C解析化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时，Ksp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强，由Ksp可知，常温下，CuS的溶解度最小；将足量的ZnSO4晶体加入到0.1 molL1的Na2S溶液中，S2的浓度将减至非常小，而Zn2的浓度远远大于
22、1.61023 molL1；因CuS比FeS更难溶，FeS沉淀可转化为CuS沉淀；温度不变，Ksp(FeS)不变。考点沉淀溶解平衡的应用题点难溶电解质沉淀溶解平衡的综合题组2沉淀的转化5.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Cu2S2=CuSD.整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应答案D解析CuSO4与PbS反应可以生成CuS，所以CuS的溶解度小
23、于PbS的；ZnS难溶于水，不能写成离子形式；铜的硫化物首先被氧化成CuSO4，然后硫酸铜与ZnS、PbS发生复分解反应生成更难溶的CuS。考点沉淀溶解平衡的应用题点沉淀的转化6.下列说法不正确的是()A.Mg(OH)2固体在溶液中存在平衡：Mg(OH)2(s)Mg2(aq)2OH(aq)，该固体可溶于NH4Cl溶液B.向ZnS沉淀上滴加CuSO4溶液沉淀变为黑色，可推知同温下Ksp(ZnS)Ksp(AgI)答案B考点沉淀溶解平衡的应用题点难溶电解质沉淀溶解平衡的综合7.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
24、是()A.该反应平衡时Mn2Cu2B.MnS的Ksp大于CuS的KspC.向平衡体系中加入少量CuSO4固体后，Mn2增大D.该反应的平衡常数K答案A解析根据反应Cu2(aq)MnS(s)=CuS(s)Mn2(aq)，可以推断Ksp(MnS)Ksp(CuS)，该反应的平衡常数K1，Mn2Cu2。向平衡体系中加入少量CuSO4固体后，Cu2增大，溶解平衡向右移动，Mn2增大，所以，只有A项不正确。考点沉淀溶解平衡的应用题点难溶电解质沉淀溶解平衡的综合8.已知25 时一些难溶物质的溶度积常数如下：化学式溶度积Zn(OH)251017 mol3L3ZnS2.51022 mol2L2AgCl1.810
25、10 mol2L2Ag2S6.31050 mol3L3MgCO36.8106 mol2L2Mg(OH)21.81011 mol3L3根据上表数据，判断下列化学方程式不正确的是()A.2AgClNa2S=2NaClAg2SB.MgCO3H2OMg(OH)2CO2C.ZnS2H2O=Zn(OH)2H2SD.Mg(HCO3)22Ca(OH)2=Mg(OH)22CaCO32H2O答案C解析难溶电解质能转化为更难溶的电解质，电解质的溶解度差别越大，越容易转化。ZnS的溶度积比Zn(OH)2小的多，故C项反应方程式不正确。9.下表为有关化合物的pKsp，pKsplgKsp。某同学设计实验如下：向AgNO3溶液中加入适量NaX溶液，得到沉淀AgX；向
