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第 三 章
水溶液中的离子反应与平衡
第四节 沉淀溶解平衡
第 1 课时 难溶电解质的沉淀溶解平衡
我们知道溶液中有难溶于水的沉淀生成,是离子反应发生的条件之一。
例如:硝酸银溶液与氯化钠溶液混合生成的白色的氯化银沉淀:
Ag++Cl-=AgCl↓;
如果上述两种溶液是等物质的量且充分反应,此时溶液中还有Ag+和Cl-吗
【思考与讨论】
化学式 溶解度/ g
AgCl 1.5×10-4
AgNO3 211
AgBr 8.4×10-6
Ag2SO4 0.786
Ag2S 1.3×10-16
BaCl2 35.7
Ba(OH)2 3.89
BaSO4 3.1×10-4
Ca(OH)2 0.160
CaSO4 0.202
Mg(OH)2 6.9×10-4
Fe(OH)3 3×10-9
观察教科书77页的表3-3 几种电解质的溶解度(20 ℃),思考生成AgCl沉淀的离子反应完成后,溶液中是否还有Ag+?
【分析】
10g
1g
0.01g
易溶
可溶
微溶
难溶
AgNO3
BaCl2
Ba(OH)2
Ag2SO4
Ca(OH)2
CaSO4
AgCl
AgBr
Ag2S
BaSO4
Mg(OH)2
Fe(OH)3
习惯上将溶解度小于0.01 g的电解质称为难溶电解质。尽管难溶电解质的溶解度很小,但在水中并不是绝对不溶。
因为在20 ℃时,AgCl 的溶解度为1.5×10-4 g。因此,在生成AgCl沉淀后,有三种粒子在反应体系中共存:
AgCl(s) 、Ag+(aq)、 Cl-(aq)
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
Ag+
Cl-
H2O
一方面,在水分子作用下,少量Ag+和 Cl-脱离AgCl的表面进入水中,这一过程就是溶解
AgCl在溶液中存在两个过程:
另一方面,溶液中的Ag+和 Cl-受AgCl表面阴、阳离子的吸引,回到AgCl的表面析出,这一过程就是沉淀
当AgNO3溶液和NaCl溶液反应:
反应起始:
充分反应后:
υ(沉淀) > υ(溶解)
沉淀增多
υ(沉淀) = υ(溶解)
沉淀不再增多
达到沉淀溶解平衡
一、沉淀溶解平衡
AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)
溶解
沉淀
1、定义:在一定温度下,当沉淀和溶解的速率相等时,得到AgCl
的饱和溶液,即建立下列动态平衡:
人们把这种平衡称为沉淀溶解平衡。
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
注意:① 可逆号:表示沉淀、溶解同时进行
② 物质状态 :固体(s)、溶液(aq)
在一般情况下,当溶液中剩余离子的浓度小于1×10-5 mol/L时,
化学上通常认为生成沉淀的反应就进行完全了
BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO (aq)
CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO (aq)
AgI(s) Ag+(aq) + I-(aq)
Ag2S(s) 2Ag+(aq) + S2-(aq)
2
4
2
3
请写出BaSO4、CaCO3、AgI、Ag2S的沉淀溶解平衡表达式。
动态平衡, v溶解和v沉淀均不为零
v溶解=v沉淀
可逆过程
达到平衡时,溶液中的离子浓度不变。
当外界条件改变时,沉淀溶解平衡将发生移动,直至达到新的平衡状态。
2、特征
(1)逆
(2)动
(3)等
(4)定
(5)变
沉淀溶解平衡和化学平衡、电离平衡一样,符合平衡的基本特征、满足平衡的变化基本规律。
【思考与讨论】在AgCl饱和溶液中,尚有AgCl固体存在,当分别向溶液中加入下列物质,将如何变化?【AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)】
改变条件 平衡移动方向 平衡时c(Ag+ ) 平衡时c(Cl-)
升 温
加 水
加AgCl(s)
加NaCl(s)
加AgNO3(s)
加NH3·H2O
不移动
不变
不变
不变
不变
正反应
正反应
正反应
逆反应
逆反应
增大
增大
增大
增大
增大
减小
减小
减小
a.浓度:加水,平衡向溶解方向移动。
b.温度:升温,多数平衡向溶解方向移动。
c.同离子效应:增加与难溶电解质相同的离子,平衡向沉淀方向移动。
d.化学反应:反应消耗难溶电解质的离子,平衡向溶解方向移动。
②外因:
①内因:
电解质本身的性质
特例:
Ca(OH)2
3、影响难溶电解质溶解平衡的影响因素
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
Ksp = c(Ag+)·c(Cl-)
Ag2S(s) 2Ag+(aq) + S2-(aq)
Ksp = c2(Ag+)·c(S2- )
(1)
(2)
二、溶度积常数
1、定义:与电离平衡、水解平衡一样,难溶电解质的沉淀溶解平衡
也存在平衡常数,称为溶度积常数,简称溶度积,符号为
Ksp。
一定温度下, Ksp的大小反映了物质在水中的溶解能力。
对于同类型的难溶电解质,Ksp越大,其溶解能力越强。
3、特点:
和其他平衡常数一样,Ksp 难溶电解质自身及温度有关,温度一定时,Ksp不变。
化学式 溶度积
AgCl 1.8×10-10
AgBr 7.7×10-13
AgI 8.51×10-16
2、溶度积的意义
例1、 已知室温下PbI2的溶度积为7.1×10-9,求饱和溶液中Pb2+和I-的浓度;
在c(I-)=0.1mol·L-1的溶液中, Pb2+的浓度最大可达到多少
Ksp =c (Pb2+) · c2(I-) = 7.1×10-9
解:
c (Pb2+) = Ksp/c2(I-) =7.1×10-9/0.12 =7.1×10-7mol·L-1
即:该溶液里允许Pb2+的最大浓度为7.1×10-7mol·L-1
c (Pb2+)=1.21 ×10-3 mol·L-1 c (I-)= 2.42×10-3 mol·L-1
4、溶度积的应用
(1)已知溶度积求离子浓度
(2)判断沉淀是否生成
AnBm(s) nAm+(aq) + mBn-(aq)
Qc>Ksp时,溶液过饱和,有沉淀析出,直至达到平衡
Qc称为离子积,表达式中离子浓度是任意的,为此瞬间溶液中的实际浓度
②溶度积规则
①离子积
Qc= c(Am+)n · c(Bn-)m
Qc=Ksp时,沉淀与饱和溶液的平衡
Qc(3)判断溶液中离子能否沉淀完全
例3、在1 L含 0.001 mol·L-1SO42-的溶液中,注入等体积0.01mol·L-1BaCl2,
能否使SO42-沉淀完全?(已知298K时, BaSO4的 Ksp= 1.08×10-10)
c(SO42-) = 2.4×10-8mol·L-1 < 1.0×10-5
解: Ba2+ + SO42-= BaSO4↓
0.01mol 0.001mol
n(Ba2+)=0.009mol c(Ba2+)=4.5×10-3mol·L-1
Ksp= c(Ba2+) · c(SO42-)= 1.8×10-10
沉淀完全
(4)判断沉淀析出的顺序
例4、已知Ksp(AgCl)= 1.8×10-10,Ksp(Ag2CrO4)= 1.1×10-12,向浓度均为0.01mol·L-1
的Cl-和CrO42-的混合液中滴加AgNO3溶液,Cl-和CrO42-谁优先沉淀?
AgCl沉淀时需要的离子浓度小,AgCl先沉淀
解:Ksp(AgCl) = c(Ag+) · c(Cl-)= 1.8×10-10
c(Ag+) =1.8×10-8
Ksp(Ag2CrO4) = c2(Ag+) · c(CrO42-)= 1.1×10-12
c(Ag+) =1.05×10-5
试比较AgCl、Mg(OH)2溶解度的大小?
Ksp( Mg(OH)2) = c(Mg2+)·c2(OH-) = 4 c3(Mg2+) = 5.6×10-12 mol3·L-3
c(Mg2+) = 1.12×10-4 mol·L-1
即Mg(OH)2的溶解浓度为: 1.12×10-4 mol·L-1
可以看到: AgCl的溶解度更小!
(5)比较难溶电解质溶解能力的大小
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) Ksp= c(Ag+) c(Cl-) = 1.8×10-10
Mg(OH)2(s) Mg2+ + 2OH-Ksp= c(Mg2+)c2(OH-)= 5.6×10-12
解: Ksp(AgCl)= c(Ag+) ·c(Cl-) =c2(Ag+)= 1.8×10-10 mol2·L-2
c(Ag+) = 1.34×10-5mol·L-1
即AgCl的溶解浓度为: 1.34×10-5 mol·L-1
实验测得某水样中的铁离子的浓度为6×10-6mol·L-1若要使水中的铁离子转化为沉淀,则溶液的pH值至少要控制在多少以上?[已知Fe(OH)3的Ksp为2.6×10-39]
解:设溶液中的OH-离子的浓度最少为X才能使水中的铁离子转化为沉淀
(6)计算某离子开始沉淀的pH值
Ksp = c(Fe3+) ·c3(OH-)=2.6×10-39 = 6×10-6×a3
求得a = 7.57×10-12 mol·L-1 = c(OH-)
答:pH至少要控制在2.88以上
c(H+) = 1.32×10-3mol·L-1
pH = 2.88
1、在含有大量PbI2的饱和溶液中存在着平衡:
PbI2(s) Pb2+(aq) + 2I-(aq),加入KI溶液,下列说法正确的是 ( )
A. 溶液中Pb2+和I-浓度都增大 B. 溶度积常数Ksp增大
C. 沉淀溶解平衡向右移动 D. 溶液中Pb2+浓度减小
D
2、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一定减小
C. 溶度积常数Ksp只受温度影响,温度升高Ksp一定增大
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
D
3、已知25 ℃时,CaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示,向100 mL该条件
下的CaSO4饱和溶液中,加入400 mL 0.01 mol/L的Na2SO4溶液。下列叙述正确
的是( )
D
4. 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
5.痛风是以关节炎反复发作及产生肾结石为
特征的一类疾病。
(1)37 ℃时,1.0 L水中最多可溶解8.0×10-3 mol尿酸钠,此温度下尿酸钠的Ksp为________________。
关节炎的原因归结于在关节滑液中形成了尿酸钠(NaUr)晶体,有关平衡如下:
①HUr(尿酸,aq) Ur-(尿酸根,aq)+H+(aq) (37 ℃时,Ka=4.0×10-6)
②NaUr(s) Ur-(aq)+Na+(aq)
6.4×10-5
(2) 关节炎发作多在脚趾和手指的关节处,这说明温度降低时,
尿酸钠的Ksp______(填“增大”“减小”或“不变”),
生成尿酸钠晶体的反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。
(3) 37 ℃时,某尿酸结石病人尿液中尿酸分子和尿酸根离子的总浓度为
2.0×10-3mol·L-1,其中尿酸分子的浓度为5.0×10-4mol·L-1,
该病人尿液的c(H+)为________,pH________7(填“>”“=”或“<”)。
关节炎的原因归结于在关节滑液中形成了尿酸钠(NaUr)晶体,
有关平衡如下:
①HUr(尿酸,aq) Ur-(尿酸根,aq)+H+(aq) (37 ℃时,Ka=4.0×10-6)
②NaUr(s) Ur-(aq)+Na+(aq)
减小
放热
1.33×10-6mol·L-1
<
课堂小结