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第四节 沉淀溶解平衡
第2课时 沉淀溶解平衡的应用
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
[学习目标]
1.了解沉淀的生成、溶解和转化在工、农业生产中的应用,能运
用化学平衡理论分析沉淀的生成、溶解和转化(重点)。
2.学会从定量的角度分析沉淀的生成与转化的条件(难点)。
美丽的沉淀
视频导学
1. 溶液中的离子转化为沉淀在生产、科研和环保等领域具有哪些应用?
问题讨论
无机物的制备和提纯、废水处理等
根据沉淀生成条件(Q>Ksp)选择合适方法。
2. 生成沉淀的条件是什么?哪些方法可以生成沉淀?
一、沉淀的生成
1.沉淀生成的应用
工业废水的处理
应用:无机物的制备和提纯、废水处理等领域。
目的:利用生成沉淀来分离物质或除去某些杂质离子。
锅炉内部水垢的处理
一、沉淀的生成
思考:将4×10-3 mol·L-1的AgNO3溶液与4×10-3 mol·L-1的NaCl溶液等体积混合能否有沉淀析出?[Ksp(AgCl)= 1.8×10-10]
(1)要使生成沉淀的反应能够发生(Q>Ksp)。
等体积混合后,c(Ag+)= c(Cl-)= 2 ×10-3 mol·L-1
Q (AgCl)= c(Ag+)· c(Cl-)= 4 ×10-6
> Ksp(AgCl)= 1.8×10-10
有沉淀生成
(2)沉淀反应完成后,溶液中剩余离子的浓度能够尽量小。
一、沉淀的生成
2.利用生成沉淀分离或除去某些离子的原则
(1)调节pH法
探究学习
工业原料氯化铵中含有杂质氯化铁,除杂流程如下:
①写出调pH步骤中发生反应的离子方程式:
___________________________________________。
一、沉淀的生成
3.沉淀生成的方法
②调pH除铁时,当溶液中c(Fe3+)=10-5 mol·L-1时可认为Fe3+沉淀完全,计算恰好完全沉淀时溶液的pH=________。为使Fe3+完全沉淀,常采取的措施为____________________。
已知:Ksp[Fe(OH)3]≈1×10-39。
= c(Fe3+)· c3(OH-)= 10-5 · c3(OH-)
c(OH-) ≈ 10 -11.3 mol·L-1
2.7
调节溶液的pH大于2.7
增大c(OH-)
Kw=1×10-14 = c(H+)· c(OH-)
c(H+)= 10 -2.7 mol·L-1
pH=-lg c(H+)=-lg 10-2.7=2.7
一、沉淀的生成
探究学习
一、沉淀的生成
③调pH时能否用NaOH溶液,简述理由:_____________________________________________。
不能,引入杂质离子Na+
FeCl3 +3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH4Cl
FeCl3 +3NaOH===Fe(OH)3↓+3NaCl
探究学习
①工业废水中的Cu2+、Hg2+可选用Na2S、H2S除去的原因是______________________________________________________。
生成的CuS、HgS极难溶,使废水中Cu2+、Hg2+浓度降得很低
②分别写出除杂原理的离子方程式。
H2S除去Cu2+: ;
Na2S除去Hg2+: 。
H2S+Cu2+===CuS↓+2H+
Hg2++S2-===HgS↓
一、沉淀的生成
(2)加沉淀剂法
3.沉淀生成的方法
探究学习
一、沉淀的生成
4.化学沉淀法废水处理工艺流程图
1.正误判断
(1)要除去溶液中的 ,选择加入可溶性钙盐比钡盐效果好
(2)向MgCl2溶液、AlCl3溶液中分别滴加NaOH溶液至过量,
前者生成白色沉淀,后者先生成沉淀,后沉淀溶解
(3)纳米铁粉可用于除去工业废水中的Hg2+、Pb2+、Cd2+、Cu2+等重金属离子
(4)除去MgCl2溶液中的Fe2+,可直接加入氨水调pH即可
×
√
√
×
思考交流
一、沉淀的生成
2.已知常温下,CuCO3、Cu(OH)2、CuS的Ksp分别为1.4×10-10、2.2×10-20、6.3×10-36。要除去溶液中的Cu2+,选用下列哪种沉淀剂更好?为什么?
①Na2CO3 ②NaOH ③Na2S
选用Na2S更好。
原因是CuS的Ksp最小,Cu2+沉淀的更完全,溶液中剩余的Cu2+最少。
思考交流
一、沉淀的生成
3.如果有人误服Ba2+,去医院洗胃时需要用较大量的5%的Na2SO4溶液,已知5%的Na2SO4溶液中的物质的量浓度近似为0.35 mol·L-1,BaSO4的Ksp为1.1×10-10,试计算5%的Na2SO4溶液能不能有效的除去胃中的Ba2+。
c(Ba2+) = = ×10-10 mol·L-1
< ×10-5 mol·L-1
5%的Na2SO4溶液能有效的除去胃中的Ba2+。
思考交流
一、沉淀的生成
特别提醒
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,越难溶(Ksp越小)的越先沉淀。
②当离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,认为该离子已完全沉淀。
③除杂时不能引入新的杂质离子。
一、沉淀的生成
交流讨论
二、沉淀的溶解
石灰岩里不溶性的碳酸钙与水及二氧化碳反应能转化为微溶性的碳酸氢钙。溶有碳酸氢钙的水从溶洞顶向下滴落时,水分蒸发、二氧化碳压强减小及温度的变化都会使二氧化碳溶解量减小,致使碳酸钙沉淀析出。这些沉淀经过千百万年的积聚,渐渐形成了钟乳石、石笋等。请从沉淀溶解平衡的角度解释溶洞的形成。
CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2===CaCO3↓+CO2↑+H2O
CaCO3 (s) Ca2+ (aq) + (aq)
沉淀溶解
+
CO2+H2O
沉淀生成
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。
二、沉淀的溶解
1.沉淀溶解的原理
消耗了平衡体系中的 ,使c( )降低,
溶液中Q(CaCO3)<Ksp(CaCO3),平衡向沉淀溶解的方向移动。
水中存在沉淀溶解平衡:CaCO3(s) Ca2+(aq)+ (aq),
加入盐酸: +2H+===H2O+CO2↑,
CaCO3难溶于水,却易溶于盐酸,解释碳酸钙溶于盐酸的原因。
溶解的离子方程式:CaCO3+2H+ === Ca2++CO2↑+H2O
二、沉淀的溶解
2.应用举例
探究学习
操作
现象 ①浑浊;②缓慢澄清;③澄清
理论 分析
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH- (aq)
2NH4Cl===2Cl-+2
2HCl === 2Cl-+2H+
+
2H2O
2NH3·H2O
+
Mg(OH)2(s)不断向沉淀溶解的方向移动,最终完全溶解。
二、沉淀的溶解
3.实验探究Mg(OH)2沉淀的溶解
视频导学
1.正误判断
(1)FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2均可溶于盐酸
(2)为了减少BaSO4的损失,洗涤BaSO4沉淀时可用稀硫酸代替水
(3)CaCO3溶解时常用盐酸而不用稀硫酸,是因为稀硫酸不与CaCO3反应
√
√
×
CaSO4微溶,覆盖在表面阻止反应
二、沉淀的溶解
思考交流
2.(1)应用平衡移动原理,解释为什么Mg(OH)2能溶于NH4Cl溶液?
沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH- (aq)
2NH4Cl===2Cl-+2
+
2NH3·H2O
c(OH-)不断减小
Q[Mg(OH)2]<Ksp[Mg(OH)2]
平衡向沉淀溶解的方向移动
直至Mg(OH)2完全溶解
☆加盐溶液溶解沉淀
二、沉淀的溶解
思考交流
(2)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?
BaCO3 (s) Ba2 +(aq) + (aq)
胃酸中:HCl === + H+
人体重金属中毒
c()降低
BaSO4 和BaCO3的沉淀溶解平衡分别为:
BaSO4 (s) Ba2+(aq) + (aq)
BaCO3的沉淀溶解平衡向右移动
c(Ba2+)增大
不与H+反应,对沉淀溶解无影响。
☆加酸溶解沉淀
二、沉淀的溶解
思考交流
+
CO2+H2O
3.(2023·湖北黄冈高二期中)从含Cl-和I-的混合溶液中得到AgCl和AgI的流程如图:
二、沉淀的溶解
思考交流
(1)“沉淀Ⅰ”步骤中发生的反应有___________________、________________。
(2)AgCl可溶于4 mol·L-1的氨水,原因是生成配离子[Ag(NH3)2]+,写出该反应的离子方程式:______________________________________________。
Ag++Cl-===AgCl↓
Ag++I-===AgI↓
AgCl+2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O
☆形成配合物溶解沉淀
二、沉淀的溶解
思考交流
(3)已知[Ag(NH3)2]+ Ag++2NH3,“沉淀Ⅱ”步骤中能否用盐酸代替硝酸,简述理由:_______________________________________________________
_________________________________________________________________。
能用盐酸代替硝酸,H+与[Ag(NH3)2]+电离的NH3反应使溶液中c(Ag+)增大,Q(AgCl)>Ksp(AgCl),重新产生AgCl沉淀
二、沉淀的溶解
归纳总结
三、沉淀的转化
1.沉淀转化的过程探究
(1)实验探究AgCl、AgI、Ag2S的转化
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
离子 方程式 Ag++Cl-===AgCl↓ AgCl(s) +I-(aq) AgI(s) +Cl-(aq) 2AgI(s) +S2- (aq)
Ag2S(s) +2I-(aq)
视频导学
①通过上述实验,你能比较出AgCl、AgI、Ag2S三者溶解度的大小及Ksp的大小顺序吗?
溶解度的大小顺序:AgCl>AgI>Ag2S
Ksp的大小顺序:Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)>Ksp(Ag2S)
三、沉淀的转化
思考与讨论
②已知常温下Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=8.5×10-17,试应用平衡移动原理解释为什么AgCl能转化成AgI?写出该沉淀转化反应的离子方程式。
三、沉淀的转化
思考与讨论
当向AgCl沉淀中滴加KI溶液时,溶液中Ag+与I-的离子积——Q(AgI)>Ksp(AgI),因此,Ag+与I-结合生成AgI沉淀,导致AgCl的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动,直至建立新的沉淀溶解平衡:
如果加入足量的KI溶液,上述过程可以继续进行,直到绝大部分AgCl沉淀转化为AgI沉淀。反应的离子方程式可表示为I-(aq)+AgCl(s) AgI(s)+Cl-(aq)。
实验操作
实验现象 产生白色沉淀 白色沉淀转化为红褐色沉淀
离子方程式 Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓ 3Mg(OH)2(s)+2Fe3+ (aq) 2Fe(OH)3(s)+3Mg2+(aq)
三、沉淀的转化
1.沉淀转化的过程探究
(2)实验探究Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化
视频导学
三、沉淀的转化
思考与讨论
已知:Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,试应用平衡移动原理解释为什么Mg(OH)2能转化成Fe(OH)3?
当向Mg(OH)2沉淀中加入FeCl3溶液时,溶液中OH-与Fe3+的离子积——Q[Fe(OH)3]>Ksp[Fe(OH)3],因此,Fe3+与OH-结合生成Fe(OH)3沉淀,导致Mg(OH)2的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动,直至建立新的沉淀溶解平衡:
如果加入足量的FeCl3溶液,上述过程可以继续进行,直至绝大部分Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀。
(2)实质:沉淀溶解平衡的移动。
(3)条件:两种沉淀的溶解度不同。
(1)沉淀的转化:指将一种难溶物转化为另一种难溶物的过程。
(4)规律:
①一般来说,溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现。
②两者的溶解度差别越大,转化越容易。
③当两种沉淀的溶解度相差不太大时,也可通过提高转化试剂的浓度实现溶解度小的沉淀转化为溶解度较大的沉淀。
三、沉淀的转化
2.沉淀转化的实质与条件
向BaSO4的饱和溶液中加入Na2CO3溶液,能否使BaSO4沉淀转化为BaCO3沉淀?[已知Ksp(BaSO4) < Ksp(BaCO3)]
BaSO4(s)+ (aq) BaCO3(aq) + (aq)
增大)浓度,就能满足Q>K,使平衡正向移动。
物质 BaSO4 BaCO3
Ksp 1.1×10-10 2.6×10-9
BaSO4(s) Ba2+(aq) + (aq)
K
≈0.04
当Q > K 0.04时反应正向进行
BaCO3(s)
+
三、沉淀的转化
探究学习
1.正误判断
(1)溶解度小的沉淀不能转化为溶解度比其大的沉淀
(2)向AgCl沉淀中加入KI溶液,由白色沉淀转变成黄色沉淀,
是由于Ksp(AgI)(3)可用FeS除去废水中的Hg2+、Ag+等,是因为HgS、Ag2S比FeS更难溶
×
√
√
三、沉淀的转化
思考交流
2.沉淀转化在工、农业生产中有广泛的应用。
(1)锅炉除水垢(含有CaSO4),常温下CaCO3、CaSO4的Ksp分别为3.4×10-9、4.9×10-5,处理流程如下。
①写出沉淀转化Ⅰ的离子方程式:______________________________________,该温度下转化的平衡常数K=________。
②沉淀溶解Ⅱ的主要化学方程式为________________________________。
1.4×104
CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑
三、沉淀的转化
思考交流
(2)自然界中矿物的转化:各种原生铜的硫化物
CuSO4溶液 铜蓝(CuS)。
氧化、淋滤
渗透、遇闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)
上述沉淀转化的方程式为 、
。
(3)难溶性的FeS可用于处理工业废水中的Hg2+等重金属离子,处理Hg2+的离子方程式为 。
CuSO4+ZnS CuS+ZnSO4
CuSO4+PbS CuS+PbSO4
FeS(s)+Hg2+(aq) HgS(s)+Fe2+(aq)
三、沉淀的转化
思考交流
自我测试
1.(2023·深圳高二期末)为了除去CuCl2酸性溶液中的Fe3+,可在加热并搅拌的条件下加入一种试剂,过滤后,再向滤液中加入适量盐酸,这种试剂是
A.Na2CO3
B.NaOH
C.NH3·H2O
D.CuCO3
均能降低 c(H+),调节pH,促进Fe3+转化成Fe(OH)3
但应注意使用Na2CO3、NaOH、NH3·H2O都会引入新的杂质。
√
自我测试
2.某小组研究沉淀之间的转化,实验设计如下(已知:AgCl为白色固体,AgI为黄色固体):
下列分析不正确的是
A.浊液a中存在沉淀溶解平衡:
AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)
B.实验①和②说明Ag+(aq)与
Cl-(aq)的反应是有限度的
C.实验③中颜色变化说明AgCl转化为AgI
D.实验①和③可以证明AgI比AgCl更难溶
① Ag++Cl-===AgCl↓
Ag+过量
Ag+
无法判断反应是否有限度
AgI
AgCl
③ AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq)
√
自我测试
3.牙齿表面由一层坚硬的、组成为Ca5(PO4)3OH的物质保护着,它在唾液中存在着如下平衡:Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+(aq)+ +OH-(aq) 。
(1)进食后,细菌和酶作用于食物,产生有机酸,此时,牙齿就会受到腐蚀,其原因是_________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)已知Ca5(PO4)3F(s)的溶解度比上面的矿化产物更小,质地更坚固。请用离子方程式表示牙膏配有氟化物添加剂能防止龋齿的原因:
_________________________________________________________。
有机酸电离出的H+与Ca5(PO4)3OH电离出的OH-发生反应:H++OH- H2O,使Ca5(PO4)3OH的溶解平衡向右移动
Ca5(PO4)3OH(s)+F-(aq) Ca5(PO4)3F(s)+OH-(aq)
加酸使沉淀溶解
H+
H2O
+
H+
本节内容结束