2023-2024学年高二化学苏教版2019选择性必修1同步教案 3.4.2沉淀溶解平衡原理的应用

3.4.2沉淀溶解平衡
（第2课时）
一、核心素养发展目标
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，并设计实验探究方案，进行沉淀转化等实验探究。
二、教学重难点
重点：1.沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质；
2.沉淀溶解平衡的应用。
难点：沉淀溶解平衡的应用。
三、教学方法
实验探究法、总结归纳法、分组讨论法等
四、教学过程
【导入】思考：遇到不慎误食可溶性钡盐造成中毒的病人，应尽快用5.0%硫酸钠溶液给患者洗胃，为什么？
【生】BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO42-(aq)
增大c( SO42-)，使Qc>Ksp以产生BaSO4沉淀。
【讲解】沉淀转化原理
在科学研究和工农业生产中，常常需要将某种沉淀转化为其他沉淀。在什么条件下能够实现沉淀的转化呢？
【展示】验探究AgCl、AgI、Ag2S的转化
【讲解】
实验操作
实验现象 有白色沉淀析出 白色沉淀转化为黄色沉淀 黄色沉淀转化为黑色沉淀
实验结论 (1)AgCl沉淀可转化为AgI沉淀 (2)AgI沉淀又可转化为Ag2S沉淀
理论分析
①根据溶解度数据可知三种沉淀溶解能力从大到小的顺序是AgCl＞AgI＞Ag2S。
②向AgCl沉淀中滴加KI溶液时，溶液中的Ag＋和I－结合生成了更难溶解的AgI，溶液中Ag＋浓度减小，促使AgCl的沉淀溶解平衡向其溶解的方向移动，最终AgCl完全转化为AgI。
AgI转化为Ag2S的原理相同。
③沉淀的转化示意图
④沉淀转化的离子方程式：
AgCl(s)＋I－? AgI(s)＋Cl－；
2AgI(s)＋S2－? Ag2S(s)＋2I－。
【讲解】沉淀转化的实质：沉淀溶解平衡的移动。
沉淀转化的条件：溶液中的离子浓度幂之积大于Ksp
(1)一般是溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越容易。
(2)在特殊情况下，控制反应条件，也可使溶解能力相对较弱的物质转化为溶解能力相对较强的物质。
【讲解】注意事项
(1)一般来说，当溶液中有多种可以沉淀的离子且生成相同类型的沉淀时，Ksp越小的越先沉淀。
(2)当离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，认为已完全沉淀。
【讲解】沉淀转化的应用
沉淀转化在生产和科研中具有极其重要的应用。在分析化学中常常先将难溶强酸盐转化为难溶弱酸盐，然后用酸溶解，使阳离子进入溶液。
【展示】应用一
重晶石（主要成分是BaSO4）是制备钡化合物的重要原料，但是BaSO4不溶于水也不溶于酸、碱，难以直接利用。
【讲解】重晶石转化为可溶性钡盐
BaCO3(s)Ba2＋(aq)
(1)沉淀转化
虽然BaSO4比BaCO3更难溶于水，由于饱和Na2CO3溶液中的CO浓度较大，BaSO4电离出的Ba2＋仍有部分能与CO结合形成BaCO3沉淀。用饱和Na2CO3溶液多次重复处理，可使大部分BaSO4转化为BaCO3。
离子方程式为BaSO4(s)＋CO? BaCO3(s)＋SO。
(2)沉淀溶解
用盐酸溶解碳酸钡，可使Ba2＋转入溶液中。
离子方程式为BaCO3(s)＋2H＋===Ba2＋＋H2O＋CO2↑。
【讲解】应用二
除去水垢中的CaSO4等，需要“碱洗”。 即用Na2CO3溶液等浸泡一段时间，再辅以“酸洗”，可除去CaSO4。
请运用沉淀溶解平衡的原理解释原因。
CaSO4 → CaCO3 沉淀的转化
对于CaSO4的沉淀溶解平衡，CO32- 与Ca2+反应，使c(Ca2+)减小，使Q ＜ Ksp，平衡向CaSO4溶解的方向移动。生成的CaCO3 ，可用盐酸除去。
【展示】应用三
龋齿与含氟牙膏
20世纪50年代，流行病学研究发现，氟化物具有预防龋齿的作用。1955年，含有氟化亚锡（SnF2）的牙膏问世。后来单氟磷酸钠（Na2PO3F）代替了氟化亚锡。此外，预防龋齿的牙膏中的氟化物还有氟化钠（NaF）和氟化锶（SrF2）等。
龋齿的成因可能是食物在口腔细菌和酶的作用下产生的有机酸（例如糖类分解产生的乳酸）穿透牙釉质表面，使牙齿表面的矿物质羟基磷灰石［Ca5(PO4)3(OH)］溶解。由于细菌在牙齿表面形成一层黏膜——齿斑（或称菌斑），有机酸能够长时间与牙齿表面密切接触，羟基磷灰石持续溶解，最终形成龋齿。
含氟牙膏中少量的氟离子能与羟基磷灰石发生反应，生成更难溶解的氟磷灰石［Ca5(PO4)3F］。
氟磷灰石比羟基磷灰石更能抵抗酸的侵蚀，并且氟离子还能抑制口腔细菌产生有机酸。含氟牙膏的使用显著降低了龋齿的发生率，使人们的牙齿更健康。
Ca5(PO4)3(OH)(s)＋F－ Ca5(PO4)3F(s)＋OH－
【讲解】在无机化合物制备与提纯、废水处理等领域中，常利用生成沉淀的方法分离或除去某些离子。
应用四 除去CuSO4溶液中混有的少量Fe3＋
由于Fe(OH)3的溶解度比Cu(OH)2小得多，调节溶液的pH至3～4时，Cu2＋留在溶液中， Fe3＋
水解生成Fe(OH)3而析出，达到除去Fe3＋的目的。
【讲解】应用五 铜蓝矿的形成过程
在铜蓝矿的形成过程中，CuSO4与ZnS、PbS作用转化为CuS的过程，实质上就是沉淀的转化过程，可从ZnS和PbS的Ks p远大于CuS的Ksp得以解释。［Ksp(ZnS)＝2.93×10-25，Ksp(PbS)＝9.04×10-29，Ksp(CuS)＝1.27×10-36］
原生铜的硫化物CuSO4(溶液)CuS(铜蓝)
生成铜蓝的有关化学方程式：
ZnS(s)＋CuSO4? ?CuS(s)＋ZnSO4，
PbS(s)＋CuSO4? ?CuS(s)＋PbSO4。
【讲解】常见的沉淀溶解平衡图像类型总结
类型1　c(Mn＋)、c(An－)型图像
如图为BaSO4沉淀溶解平衡曲线(温度一定)：
(1)曲线上的任意一点均为达到溶解平衡的平衡点，可利用曲线上点的坐标来计算Ksp(BaSO4)；
(2)曲线上方的点溶液过饱和，c(Ba2＋)·c(SO)＞Ksp(BaSO4)，有沉淀生成；
(3)曲线下方的点为不饱和溶液，c(Ba2＋)·c(SO)＜Ksp(BaSO4)，无沉淀生成，加入BaSO4可继续溶解。
类型2　S—pH或c(Mn＋)—pH图像
Fe(OH)3和Cu(OH)2的c—pH关系如图(温度一定)：
图中曲线为相应金属离子氢氧化物的沉淀溶解平衡曲线，可利用图像判断有关氢氧化物的Ksp的大小以及离子分离方法的选择。
类型3　离子浓度负对数(pX)—溶液体积(V)图像
0．1 mol·L－1 AgNO3溶液滴定20.00 mL含有Cl－、Br－、I－且浓度均为0.1 mol·L－1的混合溶液，绘得滴定曲线如图：
(1)图中曲线的起始部分，滴入c(Ag＋)不足，c(X－)变化较小，在恰好反应时出现突跃，突跃后的三条曲线为相应AgX的沉淀溶解平衡曲线。
(2)若已知a、b、c所代表的卤素离子的曲线，则可比较相应AgX的Ksp大小或利用Ksp的大小分析a、b、c分别代表哪种卤素离子的曲线。
类型4　离子浓度对数或负对数曲线
解题时要理解pH、pOH、pC的含义，以及图像横、纵坐标代表的含义，通过曲线的变化趋势，找到图像与已学化学知识间的联系。
(1)pH(或pOH)—pC图
横坐标：将溶液中c(H＋)取负对数，即pH＝－lg c(H＋)，反映到图像中是c(H＋)越大，则pH越小，pOH则相反。
纵坐标：将溶液中某一微粒浓度[如c(A)]或某些微粒浓度的比值取负对数，即pC＝－lg c(A)，反映到图像中是c(A－)越大，则pC越小。
例如：常温下，几种难溶氢氧化物的饱和溶液中金属离子浓度的负对数与溶液的pH关系如图所示。
①直线上的任意一点都达到沉淀溶解平衡。
②由图像可得Fe3＋、Al3＋、Fe2＋、Mg2＋完全沉淀的pH分别为4、4.8、8.3、11.2。
(2)pC—pC图
纵、横坐标均为一定温度下，溶解平衡粒子浓度的负对数。
例如：已知p(Ba2＋)＝－lg c(Ba2＋)，p(酸根离子)＝－lg c(酸根离子)，酸根离子为SO或CO。某温度下BaSO4、BaCO3的沉淀溶解关系如图所示，
①直线上的任意一点都达到沉淀溶解平衡。
②p(Ba2＋)＝a时，即c(Ba2＋)＝10－a mol·L－1时，p(SO)>p(CO)，从而可知Ksp(BaSO4)③M点在BaCO3平衡曲线上方，p(Ba2＋)、p(CO)均大于平衡值，此时溶液中c(Ba2＋)、c(CO)均小于平衡线上的值，故不能生成BaCO3沉淀；M点在BaSO4平衡曲线下方，p(SO)、p(Ba2＋)
小于平衡值，此时溶液中c(Ba2＋)、c(SO)均大于平衡线上的值，故能生成BaSO4沉淀。
④此类图像沉淀溶解平衡直线，直线上任意一点都表示饱和溶液，直线上方或下方的任一点则表示不饱和溶液或过饱和溶液。
【课堂小结】师生共同完成。
沉淀溶解平衡的应用三方面：沉淀的生成、沉淀的溶解、沉淀的转化。
二、思路：核心物质-寻找平衡-改变条件-比较Q、Ksp
【课堂练习】
1.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