(共17张PPT)
难溶物沉淀溶解平衡的应用
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第4节 沉淀溶解平衡
一、资料阅读，分析解释
资料：自然界中常常发生有溶解度小的矿物转化为溶解度更小的矿物的现象。例如，各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变为CuSO4溶液，并向深部渗透，遇到深层的闪锌矿（ZnS）和方铅矿（PbS），便慢慢地使它们转化为铜蓝（CuS）。
铜蓝生成的微观原理是什么？
如何用化学用语表达铜蓝的生成过程？
ZnS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq)，对于CuS，由于Q>Ksp，Cu2++S2-=CuS↓，c(S2-)下降，ZnS沉淀溶解平衡正向移动，并不断转化为更难溶（Ksp更小）的CuS沉淀。
二、原理探析，实验验证
任务1：锅炉水垢形成原理的探究
锅炉水的水垢主要成分是什么？
是如何形成的？
资料：（1）天然水中含有Mg2+、Ca2+、HCO3-、SO42-、Cl-等。
（2）部分物质的溶解度及溶度积。
物质 溶解度(20℃)/g 溶度积(18-25℃) 物质 溶解度(20℃)/g 溶度积(18-25℃)
Ca(OH)2 0.165 4.7×10-6 CaCO3 1.4×10-3 2.8×10-9
CaSO4 0.21 9.1×10-6 MgCO3 0.011 6.8×10-6
Mg(OH)2 9×10-4 5.6×10-12 Ca(HCO3)2 16.60
二、原理探析，实验验证
Ca2++HCO3-=CaCO3↓+CO2↑+H2O
Mg2++HCO3-=MgCO3↓+CO2↑+H2O
Ca2++SO42-=CaSO4↓
初期水垢主要成分：CaCO3、MgCO3、CaSO4；
长期煮沸后水垢主要成分为CaCO3、Mg(OH)2、MgCO3、CaSO4。
MgCO3在长期加热煮沸时为什么会转化为Mg(OH)2
CO32-+H2O HCO3-+OH-，加热煮沸时，水解平衡正向移动，c(OH-)增大，对于Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)而言，Q二、原理探析，实验验证
任务2：设计方案去除锅炉水垢
为减少水垢危害，如何除去锅炉内的水垢？
应用溶解平衡移动原理设计除去水垢的方案，进行交流讨论。
任务3：实验模拟水垢的去除
如何设计实验模拟锅炉水垢的去除？
实验1：取半药匙CaSO4固体于试管中，加入2mL 1mol/L稀盐酸，振荡静置。
实验2：取半药匙CaSO4固体于试管中，加入2mL 饱和Na2CO3溶液，充分振荡后浸泡2分钟。静置后倒出上层清液，用蒸馏水洗涤固体3次。向盛有洗涤后固体的试管中加入2mL 1mol/L稀盐酸。
固体不溶解
固体全部溶解，有大量无色气泡产生
二、原理探析，实验验证
解决沉淀溶解平衡问题的一般思路和方法
①看到物质分析组成
②找到平衡想到原理
③改变条件调控平衡
④平衡移动实现目的
宏观现象微观辨析
建立平衡原理分析模型
浓度改变平衡移动
沉淀的生成溶解或转化
三、实验探究，解决问题
能否利用CaCl2鉴别Na2CO3溶液与NaHCO3溶液，说出理由。
CaCl2溶液中滴入0.01mol/L Na2CO3溶液立即出现白色沉淀，加入0.01mol/L NaHCO3溶液无明显现象，加入饱和NaHCO3溶液先出现白色沉淀，后产生大量气泡。
三个实验产生不同现象的原因是什么
实验：0.5mol/L CaCl2溶液分别与0.01mol/L Na2CO3溶液和0.01mol/L NaHCO3溶液、饱和NaHCO3溶液反应。
c(CO32-)大小不同，只有当Q=c(CO32-)·c(Ca2+)>Ksp(CaCO3)
时，才能生成CaCO3沉淀。
三、实验探究，解决问题
对比三个实验，你认为沉淀型离子反应发生的条件是什么？
当Q>Ksp时，生成沉淀的离子反应才能发生。当离子浓度较小时，生成沉淀的两种离子也可以微量共存。
珊瑚虫是海洋中的一种腔肠动物，它可以从周围的海水中获取Ca2+和HCO3-，经反应形成石灰石外壳，最终变成珊瑚礁。
能解释吗？
三、实验探究，解决问题
为什么？
珊瑚周围藻类的生长会促进CaCO3的产生，对珊瑚的形成贡献很大。但随着人口的增加、燃烧煤和其他的化石燃料燃烧等因素，都会干扰珊瑚礁的生长，甚至造成珊瑚虫的死亡。
当人类的活动打破了自然界原有的平衡状态时，自然界中的和谐就会被破坏。
四、调控平衡，拓展认识
侯德榜先生为我国的制碱工业做出了突出的贡献，他发明的“侯氏制碱法”在人类化学工业史上写下了光辉的一页......
纯碱是重要的基础化工原料，其产量和消费量通常作为衡量一个国家工业发展水平的指标。
侯氏制碱法
四、调控平衡，拓展认识
任务1：解析工业流程
饱和食盐水
氨盐水
沉淀NaHCO3
CO2
Na2CO3产品
NH4Cl产品
滤液
NH4Cl、NaCl
饱和食盐水
通CO2
通NH3
合成氨工厂
NH3
CO2
加NaCl固体
通NH3
冷却，过滤
洗涤，干燥
煅烧
四、调控平衡，拓展认识
任务1：解析工业流程
向饱和食盐水通入过量NH3和CO2制得NaHCO3沉淀的原理是什么？
盐 NaCl NH4HCO3 NaHCO3 NH4Cl
溶解度(20℃)/g 36.0 21.7 9.6 37.2
溶液中c(Na+)、c(Cl-)、c(NH4+)和c(HCO3-)都较高，由于NaHCO3溶解度最小，率先达到沉淀溶解平衡：NaHCO3(s) Na+(aq)+HCO3-(aq)，此时NaHCO3的Q>Ksp，NaHCO3固体不断析出。
Na++NH3+H2O+CO2=NH4++NaHCO3↓
四、调控平衡，拓展认识
任务1：解析工业流程
通入NH3和CO2的顺序能否互换，为什么？
资料：室温下，CO2的溶解度比较小（约1:1），饱和溶液中c(H2CO3)≈0.033mol/L；NH3的溶解度比较大（约1:700），饱和溶液中c(NH3·H2O)≈18.53mol/L.
原理分析：先通氨气可以吸收更多CO2，有利于提高溶液中HCO3-的浓度，从而达到沉淀NaHCO3所需要的离子浓度条件。
四、调控平衡，拓展认识
任务1：解析工业流程
解释往滤液中加入NaCl细粉和通氨气回收NH4Cl产品的原理。
0
10
20
30
t/℃
20
30
40
S(g/100g水)
NH4Cl
NaCl
原理分析：低温条件下，向滤液中加入细粉状氯化钠，并通入氨气，可增大氯离子和铵根离子浓度，NH4Cl的Q>Ksp，NH4Cl(s) NH4+(aq)+Cl-(aq)逆向移动，沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥可回收氯化铵产品。
四、调控平衡，拓展认识
任务2：侯氏制碱法的实验模拟与改进
模拟实验：在圆底烧瓶内加入10mL饱和氨盐水，不断通入纯净的CO2气体。
未见固体析出，圆底烧瓶外壁变热。
未见NaHCO3固体析出的可能原因是什么？
温度/℃ 10 20 30 40
NaHCO3溶解度/g 8.1 9.6 11.1 12.7
NH3与CO2和水反应放热，溶液温度升高，不利于NaHCO3析出及气体的溶解与反应。
不同温度下NaHCO3溶解度
四、调控平衡，拓展认识
任务2：侯氏制碱法的实验模拟与改进
什么条件更有利于NaHCO3的制备？如何改进实验？
将盛有饱和氨盐水的圆底烧瓶置于冰水中，不断通入CO2气体。
圆底烧瓶底部有大量白色固体析出。
物质组成
饱和氨盐水
相互作用
作用结果
NaCl
NH3·H2O
H2O
NaHCO3
NaCl=Cl-+Na+
CO32-+H2O+CO2=2HCO3-
2NH3·H2O+CO2=
CO32-+2NH4++H2O
条件控制
实现目的
（低温）
微观粒子种类
与数量变化
宏观现象
实现目的
增大c(Na+)和c(HCO3-)
→析出NaHCO3
增大c(Cl-)和c(NH4+)
→NH4Cl
通入过量CO2
侯氏制碱法的微观原理分析
课堂小结
难溶物沉淀溶解平衡的应用
建立平衡
调控平衡
应用平衡
当Q>Ksp时，沉淀生成
当Q当Q=Ksp时，达到沉淀溶解平衡状态
浓度改变：稀释、外加物质
温度改变：升温或降温
建立难溶电解质沉淀溶解平衡
平衡移动
改变Q与Ksp大小
沉淀生成
沉淀溶解
沉淀转化(共9张PPT)
认识沉淀溶解平衡
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第4节 沉淀溶解平衡
一、发现溶解平衡
你了解肾结石吗？为预防肾结石，医生为何建议多喝水？
资料1：肾结石成分中90%草酸钙（Ca2C2O4），还有少量碳酸钙（CaCO3）、磷酸钙（Ca(PO4)2）和尿酸钙。
观点1：由于结石不能溶于水，所以喝水主要的作用是冲刷结石。
观点2：结石的主要成分草酸钙，可以少量溶于水。
草酸钙能溶解吗？
一、发现溶解平衡
实验设计1：将草酸钙粉末放入试管中，并加入10mL去离子水，减半，形成浊液；用离心机进行固体和液体分层，取上层清液，滴加饱和碳酸钠溶液，观察现象。
任务：探究草酸钙的溶解性
无任何现象出现
实验设计2：通过纯净水（不含Ca2+）、矿泉水（含Ca2+）演示钙试剂对Ca2+的显色反应。
在不含Ca2+的溶液中，滴加钙试剂显示为蓝色；含Ca2+溶液中，滴加钙试剂显示为红色。
实验设计3：向草酸钙上层清液中滴加钙试剂。
溶液显示为蓝色
一、发现溶解平衡
草酸钙难溶于水，属于难溶电解质。
草酸钙的浊液中存在哪些离子？
草酸钙在水中建立溶解平衡，该平衡用溶度积常数Ksp描述。
Ksp=c(Ca2+)·c(C2O42-)
它们之间存在什么关系
CaC2O4(s) Ca2+(aq)+C2O42-(aq)
二、感知平衡移动
请给肾结石患者提出饮食方面的建议，并从微观的角度解释。
要控制钙离子和草酸根离子的浓度，Ksp就是警戒线。
建议 解释
多喝水 钙离子和草酸根离子浓度减小，促使沉淀溶解平衡朝着溶解的方向移动。
不要过度补钙 如果Ca2+浓度过大，则促使沉淀溶解平衡朝着沉淀的方向移动，加重肾结石患者的病情。
少食用含草酸的食物 如果草酸钙离子浓度过大，促使沉淀溶解平衡朝着沉淀的方向移动，加重肾结石患者的病情。
当Q>Ksp时，沉淀生成；当Q当Q=Ksp时，达到沉淀溶解平衡状态。
观点1 观点2
草酸钙的质量增加，碳酸钙的质量不变。 草酸钙的质量增加，碳酸钙的质量减小。
三、认识沉淀的转化
过量使用草酸会怎样？
如何从理论上证明碳酸钙的质量是否会发生改变？
？
将两个沉淀溶解平衡建立联系，从定性和定量两个角度讨论平衡移动、Q与Ksp的关系。
理论上碳酸钙沉淀可以转化为草酸钙沉淀，如何实验验证？
三、认识沉淀的转化
任务：探究沉淀的转化：碳酸钙→草酸钙
实验：取碳酸钙浊液，向其中滴加钙试剂，再向浊液内不断加入草酸钾溶解，充分振荡。
浊液颜色由红色变为蓝色
溶解度较大的碳酸钙转化为溶解度较小的草酸钙
溶解能力较小的草酸钙可以转化为溶解能力稍大的碳酸钙吗？
向草酸钙的上层清液中加入饱和碳酸钠溶液为何无现象？
观点1：当Q观点2：当Q>Ksp时产生的碳酸钙的量比较少，浊度不够观察不到。
钙试剂作为实验现象的显色剂
三、认识沉淀的转化
任务：探究沉淀的转化：草酸钙→碳酸钙
实验：取草酸钙浊液经离心分离后的上层清液，向其中滴加钙试剂，然后滴加饱和碳酸钠溶液，观察现象。
清液颜色由红色变为蓝色
溶解度较小的草酸钙转化为溶解度较大的碳酸钙
向草酸钙浊液中加入饱和碳酸钠溶液发生了哪些变化？
为缓解病痛，如何用药物治疗肾结石？
资料：口服镁制剂（氯化镁溶液）可以缓解草酸钙结石患者的宾痛。研究发现每日服用镁制剂，可减少90%的肾结石复发率。Mg2+也可与草酸根结合，但草酸镁不会形成结石，更易排出体外。
课堂小结
认识沉淀溶解平衡
概念
表达
溶剂（水）
一定温度下，当沉淀溶解速率和沉淀生成速率相等，形成饱和溶液的平衡状态（特点：逆、等、动、定、变）
CaC2O4(s) Ca2+(aq)+C2O42-(aq)
Ksp=c(Ca2+)·c(C2O42-)
当Q>Ksp时，沉淀生成
当Q当Q=Ksp时，达到沉淀溶解平衡状态
浓度改变：稀释、外加物质
温度改变：升温或降温
平衡移动
调控平衡
建立难溶电解质沉淀溶解平衡
平衡移动
加入难溶物/可生成沉淀的离子
改变Q与Ksp大小
沉淀生成
沉淀溶解
沉淀转化
