341 沉淀溶解平衡与溶度积 学案人教版选修4.docx
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341沉淀溶解平衡与溶度积学案人教版选修4
第四节 难溶电解质的溶解平衡
第1课时 沉淀溶解平衡与溶度积
[学习目标定位] 1.知道沉淀溶解平衡的概念及其影响因素。
2.明确溶度积和离子积的关系,并由此学会判断反应进行的方向。
1.不同的固体物质在水中的溶解度不同,有的很大,有的很小,但无论大小,都有一定的溶解度。
在20℃时,物质的溶解度与溶解性的关系如下:
下列物质,属于易溶物质的是①②③,属于微溶物质的是④⑤⑥,属于难溶物质的是⑦⑧⑨。
①NaCl、②NaOH、③H2SO4、④MgCO3、⑤CaSO4、
⑥Ca(OH)2、⑦CaCO3、⑧BaSO4、⑨Mg(OH)2
2.固体物质的溶解是可逆过程
固体溶质
溶液中的溶质
(1)v溶解>v沉淀 固体溶解
(2)v溶解=v沉淀 溶解平衡
(3)v溶解 3.在一定温度下,当沉淀溶解和生成的速率相等时,即建立了动态平衡,叫做沉淀溶解平衡。 如AgCl溶于水有 AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)。 4.沉淀溶解平衡状态的特征 (1)动态平衡v溶解=v沉淀≠0。 (2)达到平衡时,溶液中离子的浓度保持不变。 (3)当改变外界条件时,溶解平衡将发生移动,达到新的平衡。 探究点一 影响沉淀溶解平衡的因素 1.在装有少量难溶的PbI2黄色固体的试管中,加入约3mL蒸馏水,充分振荡后静置。 (1)若在上层清液中滴加浓的KI溶液,观察到的现象是上层清液中出现黄色沉淀。 (2)由上述实验得出的结论是原上层清液中含有Pb2+,PbI2在水中存在溶解平衡。 (3)PbI2溶于水的平衡方程式是PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq)。 2.难溶物质溶解程度的大小,主要取决于物质本身的性质。 但改变外界条件(如浓度、温度等),沉淀溶解平衡会发生移动。 已知溶解平衡: Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),请分析当改变下列条件时,对该溶解平衡的影响,填写下表: 条件改变 移动方向 c(Mg2+) c(OH-) 加水 正向移动 减小 减小 升温 正向移动 增大 增大 加MgCl2(s) 逆向移动 增大 减小 加盐酸 正向移动 增大 减小 加NaOH(s) 逆向移动 减小 增大 [归纳总结] 外界条件改变对溶解平衡的影响 (1)温度升高,多数溶解平衡向溶解的方向移动。 (2)加水稀释,浓度减小,溶解平衡向溶解方向移动。 (3)加入与难溶电解质构成微粒相同的物质,溶解平衡向生成沉淀的方向移动。 (4)加入与难溶电解质溶解所得的离子反应的物质,溶解平衡向溶解的方向移动。 [活学活用] 1.把氢氧化钙放入蒸馏水中,一段时间后达到如下平衡: Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq),加入以下溶液,可使Ca(OH)2减少的是( ) A.Na2S溶液B.AlCl3溶液 C.NaOH溶液D.CaCl2溶液 答案 B 解析 Na2S水解显碱性,增大了溶液中OH-的浓度;NaOH会提供大量OH-;CaCl2会增大Ca2+的浓度,所以A、C、D选项都会使溶解平衡向左移动使Ca(OH)2增多。 AlCl3中的Al3+可与OH-发生反应生成Al(OH)3沉淀,使平衡向右移动,促进Ca(OH)2的溶解。 2.将AgCl分别投入下列溶液中: ①40mL0.03mol·L-1的HCl溶液 ②50mL0.03mol·L-1的AgNO3溶液 ③30mL0.02mol·L-1的CaCl2溶液 ④10mL蒸馏水 AgCl的溶解度由大到小的顺序是________。 答案 ④>①=②>③ 解析 在水中AgCl存在溶解平衡AgCl(s)AgCl(aq)===Ag+(aq)+Cl-(aq) (注: s表示未溶解的固体,aq表示已被溶解但未电离的AgCl)。 当溶液中存在Ag+或Cl-时,溶解平衡逆向移动,AgCl的溶解度减小。 溶液中Ag+或Cl-的浓度越大,逆向移动的程度越大,溶解度就越小。 以中性的水为参照,溶解度④>①=②>③。 探究点二 溶度积常数 1.在一定温度下,沉淀达溶解平衡后的溶液为饱和溶液,其离子浓度不再发生变化,溶液中各离子浓度幂之积为常数,叫做溶度积常数(简称溶度积),用Ksp表示。 2.写出下列沉淀溶解平衡的溶度积常数的表达式 (1)AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq) Ksp=c(Ag+)·c(Cl-); (2)Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq) Ksp=c(Fe3+)·c3(OH-); (3)AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq) Ksp=[c(An+)]m·[c(Bm-)]n。 3.通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积——离子积Qc的相对大小,可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解: (1)Qc>Ksp,溶液过饱和,有沉淀析出,直至溶液饱和,达到新的平衡。 (2)Qc=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态。 (3)Qc 饱和。 [归纳总结] (1)溶度积的意义 ①溶度积Ksp值的大小只与难溶电解质本身的性质和温度有关,与浓度无关。 ②Ksp大小反映难溶电解质的溶解能力,Ksp越小,说明难溶物越难溶解。 ③相同类型的物质,溶度积越小,其溶解度越小。 (2)根据溶度积能计算出饱和溶液中离子浓度,由溶液体积可计算出溶解的溶质的物质的量,Ksp与S换算时,S的单位必须用物质的量浓度(mol·L-1或mol·dm-3)。 [活学活用] 3.下列叙述中,正确的是( ) A.溶度积大的化合物溶解度肯定大 B.向含有AgCl固体的溶液中加入适量的水使AgCl溶解又达到平衡时,AgCl的溶度积不变,其溶解度也不变 C.将难溶电解质放入纯水中,溶解达到平衡时,电解质离子的浓度的乘积就是该物质的溶度积 D.AgCl水溶液的导电性很弱,所以AgCl为弱电解质 答案 B 解析 当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,溶解能力越强,A项错误;B项,溶液中离子浓度变化,能引起平衡移动,但并不改变溶度积,故正确;溶度积是难溶强电解质饱和溶液中离子浓度幂之积,C项错误;AgCl在水溶液中完全电离,是强电解质,D项错误。 4.在BaSO4饱和溶液中加入少量的BaCl2溶液产生BaSO4沉淀,若以Ksp表示BaSO4的溶度积常数,则平衡后溶液中( ) B.c(Ba2+)·c(SO )>Ksp,c(Ba2+)=c(SO ) C.c(Ba2+)·c(SO )=Ksp,c(Ba2+)>c(SO ) D.c(Ba2+)·c(SO )≠Ksp,c(Ba2+) ) 答案 C 解析 在BaSO4饱和溶液中加入少量的BaCl2溶液,平衡BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO (aq)左移,则此时c(Ba2+)>c(SO );由于温度未发生改变,所以溶液中c(Ba2+)·c(SO )=Ksp。 - 1.下列对“难溶”的理解正确的是( ) A.在水中难溶的物质,在其他溶剂中也是难溶的 B.难溶就是绝对不溶 C.难溶就是溶解度相对较小,没有绝对不溶于水的电解质 D.如果向某溶液中加入足量另一种试剂时,生成了难溶性的电解质,则说明原溶液中的相应离子已沉淀完全 答案 C 解析 难溶是指物质在水中的溶解度小于0.01g。 2.下列有关AgCl沉淀的溶解平衡状态的说法中,正确的是( ) A.AgCl沉淀的生成和溶解不断进行,但速率相等 B.AgCl难溶于水,溶液中没有Ag+和Cl- C.升高温度,AgCl的溶解度不变 D.向AgCl沉淀的溶解平衡体系中加入NaCl固体,AgCl的溶解度不变 答案 A 解析 AgCl固体在溶液中存在溶解平衡,所以溶液中有Ag+和Cl-,B错;升高温度,AgCl溶解度增大,C错;向平衡体系中加入NaCl固体,增大了c(Cl-),溶解平衡左移,AgCl溶解度减小,D错。 3.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 答案 D 解析 A项,加热时Ca(OH)2溶解度减小,平衡逆向移动,c(OH-)减小,pH减小;B项,CaO+H2O===Ca(OH)2,由于保持恒温,Ca(OH)2溶解度不变,c(OH-)不变,因此pH不变;C项,CO +Ca2+===CaCO3↓,使平衡正向移动,Ca(OH)2固体减少;D项,加入NaOH固体时,c(OH-)增大,平衡逆向移动,因此Ca(OH)2固体增多。 4.下列说法中,正确的是( ) A.两种难溶盐电解质,其中Ksp小的溶解度一定小 B.溶液中存在两种可以与同一沉淀剂生成沉淀的离子,则Ksp小的一定先生成沉淀 C.难溶盐电解质的Ksp与温度有关 D.同离子效应使难溶盐电解质的溶解度变小,也使Ksp变小 答案 C 解析 Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关。 5.在T℃时,AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。 又知T℃时AgCl的Ksp=4×10-10,下列说法不正确的是( ) A.在T℃时,AgBr的Ksp为4.9×10-13 B.在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体,可使溶液由c点到b点 C.图中a点对应的是AgBr的不饱和溶液 D.在T℃时,AgCl(s)+Br-(aq)AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K≈816 答案 B 解析 根据图中c点的c(Ag+)和c(Br-)可得该温度下AgBr的Ksp为4.9×10-13,A正确;在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体后,c(Br-)增大,溶解平衡逆向移动,c(Ag+)减小,故B错;在a点时Qc [基础过关] 一、物质的溶解性 1.下列属于微溶物质的是( ) A.AgClB.BaCl2C.CaSO4D.Ag2S 答案 C 解析 AgCl、Ag2S是难溶物质,BaCl2是可溶物质。 2.下列物质的溶解度随温度升高而减小的是( ) ①KNO3 ②Ca(OH)2 ③BaSO4 ④CO2 A.①②B.②④C.①③D.①④ 答案 B 解析 Ca(OH)2的溶解度比较特殊,随温度的升高而减小,其他绝大多数物质随温度升高,溶解度增大(气体除外)。 二、沉淀溶解平衡及其影响因素 3.下列对沉淀溶解平衡的描述正确的是( ) A.反应开始时,溶液中各离子浓度相等 B.沉淀溶解达到平衡时,沉淀的生成和溶解的速率相等 C.沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的离子浓度相等,且保持不变 D.沉淀溶解达到平衡时,如果再加入难溶的该沉淀物,将促进溶解 答案 B 解析 反应开始时,各离子的浓度没有必然的关系,A项不正确、D项正确;沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的离子浓度保持不变,但不一定相等,C项不正确;沉淀溶解达到平衡后,再加入难溶的该沉淀物,平衡不会移动,D项错。 4.在AgCl饱和溶液中尚有AgCl固体存在,当向溶液中加入0.1mol·L-1的盐酸时,下列说法正确的是( ) A.AgCl沉淀溶解平衡正向移动 B.AgCl溶解度增大 C.溶液中c(Ag+)增大 D.溶液中c(Cl-)增大 答案 D 5.在一定温度下,Mg(OH)2固体在水溶液中达到下列平衡: Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),若使固体Mg(OH)2的量减少,而c(Mg2+)不变,可采取的措施是( ) A.加MgCl2B.加H2O C.加NaOHD.加HCl 答案 B 6.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(SO )的增大而减小 B.三个不同温度中,313K时Ksp(SrSO4)最大 C.283K时,图中a点对应的溶液是饱和溶液 D.283K下的SrSO4饱和溶液升温到363K后变为不饱和溶液 答案 B 解析 温度一定时,Ksp(SrSO4)不变,A错误;由题中沉淀溶解平衡曲线可看出,313K时,c(Sr2+)、c(SO )最大,Ksp最大,B正确;283K时,a点c(Sr2+)小于平衡时c(Sr2+),故未达到饱和,沉淀继续溶解,C不正确;从283K升温到363K要析出固体,依然为饱和溶液。 三、溶度积常数 7.下列有关溶度积常数Ksp的说法正确的是( ) A.常温下,向BaCO3饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小 B.溶度积常数Ksp只受温度影响,温度升高Ksp减小 C.溶度积常数Ksp只受温度影响,温度升高Ksp增大 D.常温下,向Mg(OH)2饱和溶液中加入NaOH固体,Mg(OH)2的Ksp不变 答案 D 解析 温度不变,溶度积常数不变,故A项不正确、D项正确;大多数的难溶物温度升高,Ksp增大,但也有少数物质相反,故B、C均不正确。 8.在CaCO3饱和溶液中,加入Na2CO3固体,达到平衡时( ) A.c(Ca2+)=c(CO ) B.c(Ca2+)=c(CO )= C.c(Ca2+)≠c(CO ),c(Ca2+)·c(CO )=Ksp(CaCO3) D.c(Ca2+)≠c(CO ),c(Ca2+)·c(CO )≠Ksp(CaCO3) 答案 C 解析 溶液中c(Ca2+) ),A、B均不正确;温度不变,则Ksp(CaCO3)不变,C正确、D错误。 9.已知: Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=1.5×10-16,Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12,则下列难溶盐的饱和溶液中,Ag+浓度大小顺序正确的是( ) A.AgCl>AgI>Ag2CrO4 B.AgCl>Ag2CrO4>AgI C.Ag2CrO4>AgCl>AgI D.Ag2CrO4>AgI>AgCl 答案 C 解析 AgCl和AgI的结构相似,由Ksp可知AgCl饱和溶液中的c(Ag+)大于AgI饱和溶液中的c(Ag+);AgCl饱和溶液中的c2(Ag+)=Ksp=1.8×10-10,Ag2CrO4(s)2Ag+(aq)+CrO (aq)的Ksp=c2(Ag+)·c(CrO )= c3(Ag+)=2.0×10-12,可得Ag2CrO4饱和溶液中的c(Ag+)大于AgCl饱和溶液中的c(Ag+)。 [能力提升] 10.18℃时,Mg(OH)2的Ksp=1.8×10-11,其饱和溶液中Mg2+的物质的量浓度是多少? 答案 1.65×10-4mol·L-1 解析 设Mg(OH)2中Mg2+的浓度为x,根据Mg(OH)2在溶液中的溶解平衡: Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq) 溶液中应有c(Mg2+)=x,c(OH-)=2x Ksp=c(Mg2+)·c2(OH-)=x·(2x)2=1.8×10-11 x=1.65×10-4mol·L-1 11.已知在Ca3(PO4)2的饱和溶液中存在平衡: Ca3(PO4)2(s)3Ca2+(aq)+2PO (aq) (1)溶度积Ksp=_________________________________________________________________; (2)若一定温度下,饱和溶液中c(Ca2+)=2.0×10-6mol·L-1,c(PO )=1.58×10-6mol·L-1,则Ksp=________。 答案 (1)c3(Ca2+)·c2(PO ) (2)2.0×10-29 解析 Ksp=c3(Ca2+)·c2(PO )=(2.0×10-6)3·(1.58×10-6)2≈2.0×10-29。 12.已知在室温时,PbI2的溶度积(Ksp)为7.1×10-9,计算室温下PbI2饱和溶液中Pb2+和I-的浓度。 答案 Pb2+和I-的浓度分别为1.2×10-3mol·L-1和2.4×10-3mol·L-1。 解析 根据溶度积的概念可知: Ksp(PbI2)=c(Pb+)·c2(I-),由溶解平衡PbI2Pb2++2I-知 c(Pb2+)∶c(I-)=1∶2,c(I-)=2c(Pb2+) Ksp=c(Pb2+)·c2(I-)=4c3(Pb2+)=7.1×10-9 c(Pb2+)= = mol·L-1 ≈1.2×10-3mol·L-1 c(I-)=2c(Pb2+)=2×1.2×10-3mol·L-1 =2.4×10-3mol·L-1 [拓展探究] 13.从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下: 请回答下列问题: (1)流程甲加入盐酸后生成Al3+的化学方程式为____________________________________。 (2)流程乙加入烧碱后生成SiO 的离子方程式为____________________________________。 (3)验证滤液B中含Fe3+,可取少量滤液并加入___________________________(填试剂名称)。 (4)滤液E、K中溶质的主要成分是__________(填化学式),写出该溶液的一种用途________________________________________________________________________。 (5)已知298K时,Mg(OH)2的溶度积常数Ksp=5.6×10-12,取适量的滤液B,加入一定量的烧碱达到沉淀溶解平衡,测得pH=13.00,则此温度下残留在溶液中的c(Mg2+)是多少? 答案 (1)Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O (2)SiO2+2OH-===SiO +H2O (3)硫氰化钾(或苯酚溶液等合理答案均可) (4)NaHCO3 制纯碱(或作发酵粉等合理答案均可) (5)5.6×10-10mol·L-1 解析 (1)Al2O3溶于盐酸生成AlCl3和水,化学方程式为Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O。 (2)SiO2与NaOH溶液反应的离子方程式为SiO2+2OH-===SiO +H2O。 (3)Fe3+的鉴定有多种方法,KSCN溶液、苯酚溶液、NaOH溶液等都可与之产生明显现象,若使用NaOH溶液,则NaOH溶液要过量。 (4)由于通入的是过量CO2,因此滤液E和K中的主要成分是NaHCO3,其用途广泛,工业上可用于制纯碱,也可用作食品添加剂。 (5)298K,Mg(OH)2的溶度积常数Ksp=5.6×10-12,即溶液中c(Mg2+)·c2(OH-)=5.6×10-12。 pH=13的溶液中,c(OH-)= 0.1mol·L-1,则此时c(Mg2+)= mol·L-1=5.6×10-10mol·L-1。
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