3.4沉淀溶解平衡的应用 课件(共18张PPT)

(共18张PPT)
第四节 沉淀溶解平衡
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
锅炉水垢既会降低燃料的利用率，造成能源浪费，也会影响锅炉的使用寿命，造成安全隐患，因此要定期清除。水垢的主要成分有Mg(OH)2、CaCO3、CaSO4等。硫酸钙在硫酸、盐酸中的溶解度小，如何除去锅炉水垢呢？
【情境创设】
二、沉淀溶解平衡的应用
(一)沉淀的生成
1、原理：通过加入沉淀剂，或应用同离子效应，或控制溶液的pH，使Q>Ksp，生成溶解度小的电解质（沉淀），越小越好。
进水
预处理设备
混合
投药
药剂设备
部分回流
沉淀物
处理设备
沉淀物排除
反应沉淀
补充处理
出水
Na2S、H2S溶液等
Cu2+、Hg2+等
工业废水的处理
2、应用：在无机物的制备和提纯、废水处理等领域，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
化学沉淀法废水处理工艺流程示意图
3、方法：
①调pH值法：如在工业原料氯化铵中混有氯化铁，使其溶解于水，再加 调pH值至7~8，可使Fe3＋转变为 而除去。
离子方程式为：
氨水
Fe(OH)3沉淀
Fe3＋ + 3NH3 H2O = Fe(OH)3↓+3NH4＋
【练习】根据下表的数据，酸性CuCl2中混有少量Fe3+如何除去？
【方法】加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3或CuO，调节pH至3.2≤pH<4.4，促进Fe3+水解，转化为氢氧化铁沉淀。
氢氧化物 开始沉淀时的pH值 沉淀完全时的pH值(＜10-5mol/L)
Cu(OH)2 4.4 6.4
Fe(OH)3 1.4 3.2
Fe3+水解：Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
加Cu(OH)2：Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O
②加沉淀剂法：如：以Na2S、H2S等作沉淀剂，可使废水中Cu2+、Hg2+等重金属离子生成极难溶的硫化物CuS、HgS沉淀。
利用生成沉淀分离或除去某种离子，首先要使生成沉淀的反应能够发生；其次希望沉淀反应完成后，溶液中剩余离子的浓度能够尽量小。
【思考与讨论】
若要除去某溶液中的SO2，你选择加入钙盐还是钡盐 为什么
(2) 如何使沉淀反应完成后，溶液中剩余离子的浓度能够尽量小
加入钡盐，
因为K(BaSO4)增大所用沉淀剂的浓度
③氧化还原法：如：在粗制CuSO4·5H2O晶体中常含有杂质Fe2+，在提纯时，为了除去Fe2+，常用什么方法？
方法：向溶液加入少量的H2O2，使Fe2+氧化成Fe3+，然后再加入Cu(OH)2或CuO或Cu2(OH)2CO3调节pH至调节pH至3.2≤pH<4.42，再将生成的Fe(OH)3沉淀过滤除去。
氧化剂可用：双氧水、氧气等（不引入杂质）
氢氧化物 开始沉淀时的pH值(0.1mol/L) 沉淀完全时的pH值
(＜10-5 mol/L)
Fe2+ 6.95 8.95
Cu2+ 4.42 6.67
Fe3+ 1.87 3.2
④同离子效应法：如洗涤硫酸钡固体，用蒸馏水好还是稀硫酸好？
提示：硫酸钡在硫酸中的溶解度比在纯水中小，硫酸中硫酸根浓度大，使平衡左移有利于沉淀生成。故用稀硫酸洗
【练习】将足量AgCl分别加入下列溶液中，AgCl溶解度由大到小的顺序是（ ）
①20ml0.01 mol L-1 KCl溶液 ②20ml0.02 mol L-1 CaCl2溶液 ③20ml蒸馏水
④20ml0.03 mol L-1 HCl溶液 ⑤20ml0.05 mol L-1 AgNO3溶液
A.①＞②＞④＞③＞⑤ B.③＞①＞④＞②＞⑤
C.⑤＞③＞②＞①＞④ D.③＞④＞⑤＞②＞①
B
BaSO4(s) Ba2+(aq)+SO42- (aq)
(二)沉淀的溶解
2、方法：加酸、碱、盐、强氧化剂等
1、原理：不断减少溶解平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动，就达到使沉淀溶解的目的（即Q< Ksp 时，沉淀发生溶解）。
①酸溶解法：强酸是常用的溶解难溶电解质的试剂。
解释：CaCO3为什么能溶于稀盐酸？
CaCO3(s) CO32-(aq) + Ca2+(aq)
+H+
HCO3-(aq)
+H+
H2CO3
H2O + CO2↑
CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2↑　
可用强酸溶解的难溶电解质还有 BaCO3、 FeS、Cu(OH)2等。
【思考】为什么医学上常用BaSO4作为内服造影剂“钡餐”，而不用BaCO3
因为BaCO3会溶于胃酸，产生大量有毒的Ba2+。
(1)写出实验中有关反应的化学方程式。
(2)应用平衡移动原理分析、解释实验中发生的反应。
滴加的试剂
水
盐酸
现象
Mg(OH)2+2HCl = MgCl2+2H2O
沉淀不溶解
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2OH-(aq)
加盐酸, 中和OH-, 平衡正向移动，
促进Mg(OH)2(s)的溶解
沉淀溶解
【思考与讨论】
【实验3-3】
③盐溶解法：
NaOH + Al(OH)3=NaAlO2+2H2O
②碱溶法：如用NaOH能溶解H2SiO3、Al(OH)3等物质
例如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液。
Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2OH-(aq)
原理分析：
Mg(OH)2 + 2NH4+ ＝ Mg2+ +2NH3·H2O
+ 2NH4+
2NH3·H2O
④配位溶解法
如：在有固态AgCl存在的饱和溶液中，加入NH3 ·H2O溶液AgCl溶解。
⑤氧化还原法
如：不溶于盐酸的Ag2S、CuS、HgS等硫化物，一定条件下可溶于硝酸中。
AgCl + 2NH3·H2O = [Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H2O
3Ag2S＋8H＋ ＋ 2NO3- = 6Ag＋＋3S＋2NO↑＋4H2O
【实验3-4】
(三)沉淀的转化
步骤
现象
白色沉淀
白色沉淀转化为黄色沉淀
黄色沉淀转化为黑色沉淀
（1）
（2）
（3）
Ag+ + Cl- = AgCl↓
AgCl(s) + I - AgI(s) + Cl -
2AgI(s) + S 2- Ag2S(s) + 2I-
沉淀溶解能力：
AgCl>AgI>Ag2S
Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓
3Mg(OH)2(s) + 2Fe3+ 2Fe(OH)3(s) + 3Mg 2+
沉淀溶解能力：
Mg(OH)2 > Fe(OH)3
【实验3-5】
步骤
现象
白色沉淀
白色沉淀转化为红褐色沉淀
（1）
（2）
1、实质：沉淀溶解平衡的移动
2、条件：两种沉淀的溶解度不同
3、规律：溶解度较大的沉淀转化为溶解度较小的沉淀容易实现，溶解度相差越大，转化越容易。
【思考】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)]
注意：当两种难溶物溶解度相差不大时，溶解度相对较小的物质在一定条件下也可以转化为溶解度相对较大的物质。
BaSO4 Ba2＋＋SO42－
+
CO32－
BaCO3
（浓度较大）
BaSO4＋CO32－ BaCO3＋SO42－
【定量计算】计算当CO32-的浓度达到SO42-浓度的多少倍数时，才能实现
由BaSO4转化成BaCO3沉淀。KSP(BaSO4) =1.1×10-10 KSP(BaCO3) =2.58×10-9
BaSO4 + CO32- BaCO3 +SO42-
则该反应的平衡常数K=
c(SO42-)
c(CO32-)
c(SO42-)·c(Ba2+)
c(CO32-) ·c(Ba2+)
=
KSP(BaSO4)
KSP(BaCO3)
=
1.1×10-10
2.58×10-9
=
当 QC＜K ，反应向正方向进行
c(SO42-)
c(CO32-)
＜
c(CO32-)
c(SO42-)
>
=23.5
1.1×10-10
2.58×10-9
2.58×10-9
1.1×10-10
解:
锅炉中水垢中含有CaSO4 ，可先用Na2CO3溶液处理，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3。
CaSO4 　　 SO42- + Ca2+
+
CO32-
CaCO3
水垢成分CaCO3
Mg(OH)2 CaSO4
用饱和Na2CO3
溶液浸泡数天
疏松的水垢CaCO3 、Mg(OH)2
用盐酸或饱和氯化铵溶液
除去水垢
CaSO4+CO32- CaCO3+SO42-
CaCO3+2H+ = Ca2++CO2↑+H2O
Mg(OH)2+2H+ = Mg2++2H2O
①除锅炉水垢
4、沉淀转化的应用
②自然景观的形成
CaCO3 Ca2+ + CO32-
+
H2O + CO2
2HCO3-
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溶洞底滴落时，水分蒸发，二氧化碳压强减小以及温度的变化都会使二氧化碳溶解度减小而析出碳酸钙沉淀。这些沉淀经过千百万年的积聚，渐渐形成了钟乳石、石笋等。
CaCO3 +H2O+CO2
+2HCO3-
Ca2+
原生铜的硫化物
CuSO4溶液
铜蓝（CuS）
CuSO4 (aq) + ZnS (s) CuS(s) + ZnSO4 (aq)
CuSO4 (aq) + PbS(s) CuS (s) + PbSO4(s)
③解释自然界中矿物的转化:
④工业废水处理
工业废水处理过程中，重金属离子可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。
用FeS除去Hg2＋的离子方程式：
FeS(s) + Hg2+(aq) = HgS(s) + Fe2+
主要成分：Ca5(PO4)3(OH) 5Ca2＋ ＋ 3PO43－ ＋ OH－
牙釉质存在溶解平衡：
+ F－
Ca5(PO4)3F（更难溶）
（溶解度更小，更能抵抗酸的腐蚀，氟离子抑酸）
+ H＋
⑤解释一些日用品的作用原理
解释：为什么吃糖多了可能坏牙？
阅读课本P83：氟化物防治龋齿的化学原理
糖
发酵
有机酸
溶解平衡右移
Ca5(PO4)3(OH)（s）＋ 4H+ = 5Ca2＋ (aq) ＋ 3HPO42－ (aq) ＋ H2O