3.4沉淀溶解平衡概念及意义 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
【情境创设】
肾结石为泌尿系常见病，多发病，人群发病率1/20。病因是尿液中成石物质浓度升高或溶解度降低，析出晶体并局部生长聚积形成结石。
肾结石的主要成分：CaC2O4
Ca2++C2O42- = CaC2O4↓
为什么多喝水能有效缓解肾结石？
难溶物在水中存在溶解现象和平衡？
肾结石的产生与治疗
AgNO3的溶液和NaCl溶液混合，请写出可能出现的现象和反应的离子方程式。
现象：
离子方程式：
生成白色沉淀
Ag+ + Cl— = AgCl↓
现象：产生黄色沉淀
原因：Ag+ + I- = AgI↓
结论：上层清液中含有Ag+和Cl-
【思考】如果上述两种溶液中AgNO3和NaCl的物质的量相等且充分反应，此时溶液中还有Ag+和Cl-吗？如何验证？
通过以上实验可以看出，沉淀(如AgCl)在水中并不是完全不溶的，只是溶解度很小。
10
易溶
可溶
1
微溶
0.01
难溶
S /g
溶解度与溶解性的关系：20℃
溶解度：在一定温度下，某物质在100克溶剂(通常是水)里达到饱和状态
时所溶解的质量。符号：S
习惯上将溶解度小于0.01g的电解质称为难溶电解质。
问题一：如何定义难溶电解质？
【任务一】认识难溶电解质的沉淀溶解平衡
化学式 溶解度g/100g 化学式 溶解度g/100g
AgCl 1.5×10 4 Ba(OH)2 3.89
AgNO3 222 BaSO4 2.4×10 4
AgBr 8.4×10 6 Ca(OH)2 0.165
Ag2SO4 0.796 CaSO4 0.202
Ag2S 1.3×10 16 Mg(OH)2 9×10 4
BaCl2 35.7 Fe(OH)3 3×10 9
一些常见电解质的溶解度(20oC)
难溶 绝对不溶
【结论】AgCl沉淀是难溶物，但不是绝对不溶，只不过溶解度很小，在水中存在沉淀溶解平衡。
以AgCl为例，分析沉淀溶解平衡的建立
溶解
沉淀
v(溶解)=v(沉淀)
两个过程
一段时间后
溶解速率
沉淀速率
时间
速率
沉淀溶解平衡
问题二：如何建立沉淀溶解平衡？
1. 概念：在一定温度下，当难溶电解质溶解和沉淀的速率相等时，形成电解质的饱和溶液，达到平衡状态，溶液中各离子的浓度保持不变，这种平衡称为沉淀溶解平衡。
2. 特征：逆、等、动、定、变
3. 沉淀溶解平衡表达式
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
溶解
沉淀
b. 书写时注意表明各物质的状态“s/aq”并用“ ”连接
a. 不等同于电离平衡
【注意】
一、难溶电解质的沉淀溶解平衡
AgCl(aq) Ag+(aq) + Cl-(aq)
1、内因：电解质本身的性质
在电解质的溶液中，不管是易溶（如NaCl)的，微溶的，
难溶的电解质都存在着溶解平衡。只要是饱和溶液都存在溶解平衡。
2、外因
（1）温度：
升温，多数平衡向溶解方向移动。
（2）浓度：
加水，平衡向溶解方向移动；
加相同离子，平衡向沉淀方向移动；
加能发生反应的物质：平衡向溶解方向移动。
Mg(OH)2 (s) Mg2+ (aq) + 2OH-(aq)
特例：a. 随温度变化不明显：NaCl； b. 随温度升高反而降低：Ca(OH)2；
c. 与水任意比混溶：乙醇等
【任务二】影响难溶电解质沉淀溶解平衡的因素
（3）同离子：
（4）相反应：
定性
分析
1、氯化银在水中存在溶解平衡：AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)。在相同温度下，将足量氯化银分别放人相同体积的下列溶液中，Ag+的浓度最小的是( )
A. 0.1 mol/L盐酸 B. 蒸馏水
C. 0.1 mol/L AlCl3溶液 D. 0.1 mol/LMgCl2 溶液
C
2、在一定温度下，Mg(OH)2固体在水溶液中达到沉淀溶解平衡Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) +2OH-(aq) ，要使Mg(OH)2固体减少而c(Mg2+)不变，可采取的措施是( )
A. 加MgSO4固体 B. 加盐酸
C. 加NaOH固体 D. 加水
D
Ksp = c( Ag+) · c(Cl —)
1、定义：Ksp 称为难溶电解质的沉淀溶解平衡常数，简称溶度积。
思考：AgCl溶解平衡的平衡常数如何表示？
AgCl(s) Ag＋(aq) + Cl—(aq)
AmBn(s) mAn+(aq) + nBm-(aq)
沉淀溶解平衡的平衡常数（溶度积）
固体纯物质不列入平衡常数
Ksp = cm(An+)· cn(Bm-)
3、影响因素：Ksp只受温度影响
T↑，Ksp↑ (Ca(OH)2 相反)
2、表达式：
【任务三】定量描述难溶电解质溶解程度
a. 反映了难溶电解质在水中的溶解能力
(1)对于同类型(阴、阳离子个数比相同)的难溶电解质来说，Ksp越小，其溶解度越小。
化学式 AgCl AgBr AgI Ag2CrO4 Ag2S
Ksp 1.8×10-10 5.4×10-13 8.1×10-17 2.2×10-3 6.3×10-50
溶解度(S) 1.5×10-4 8.4×10-6 2.1×10-7 1.1×10-12 1.3×10-16
溶度积：Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI)
溶解度：S(AgCl)>S(AgBr)>S(AgI)
4、Ksp的意义
(2)不同类型的难溶电解质不能直接通过Ksp的大小判断溶解度大小，要通过Ksp计算出离子浓度来比较。
【例】已知Ksp(AgCl)= 1.8×10-10，Ksp[Mg(OH)2]= 5.6×10-12， 则溶解度AgCl ___Mg(OH)2。
<
Mg(OH)3(s) Mg2+(aq) + 2OH-(aq)
解：AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
x
x
Ksp(AgCl) = c(Ag+)·c(Cl-)
= x2
x
2x
Ksp[Mg(OH)2] = c(Mg2+)·c2(OH-)
= 4x3
AnBm(s) nAm+(aq) + mBn-(aq)
任意时刻(不一定平衡)
离子积:
Qc= [c(Am+)]n · [c(Bn-)]m
溶液未饱和，若体系中有沉淀，则沉淀溶解直至达到平衡.
溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态.
溶液过饱和，有沉淀析出,直至达到平衡.
Qc>Ksp ，
Qc=Ksp ，
Qc平衡时，才有溶度积Ksp
Ksp＝[c(Am＋)]n·[c(Bn—)]m
b. 判断沉淀是否生成
溶度积Ksp与离子积Qc的关系——溶度积规则
基于溶度积Ksp认识沉淀过程
例：25时，Ksp(AgCl) ＝ ，向0.1mol/L的AgNO3溶液中逐步加入NaCl固体，试分析整个过程中溶液c(Ag+) 的变化图示（沉淀模型）
A点：Qc=Ksp，无沉淀的饱和溶液
B点：Qc=Ksp，有沉淀的饱和溶液
C点：QcD点：Qc>Ksp，析出沉淀趋于平衡
【例】25℃时，在1.00 L 0.03 mol/L AgNO3溶液中加入0.50 L 0.06 mol/L的CaCl2溶液，能否生成AgCl沉淀？【Ksp（AgCl）＝1.8×10－10】
c(Ag＋)＝(0.03 mol/L×1.00 L)÷(1.00 L＋0.50 L)
＝0.020 mol/L
c(Cl－)＝(0.06 mol/L×2×0.50 L)÷(1.00 L＋0.50 L)
＝0.040 mol/L
Qc＝c(Ag＋)·c(Cl－)＝0.020 mol/L×0.040 mol/L＝8.0×10－4
由于Qc>Ksp，所以有AgCl沉淀生成。
【例】在1L含 0.001mol/L SO42-的溶液中，注入等体积0.01mol/L BaCl2，能否使SO42-沉淀完全？ [Ksp(BaSO4) = 1.08×10-10]
c(SO42-) = 2.4×10-8 mol/L
Ksp(BaSO4)= c(Ba2+) · c(SO42-)= 1.08×10-10
∴ 沉淀完全
0.01mol
0.001mol
剩余的n(Ba2+) = 0.009 mol
c(Ba2+)=4.5×10-3mol/L
< 1.0×10-5 mol/L
解： Ba2+ + SO42- = BaSO4↓
c. 判断溶液中离子能否沉淀完全
【例】已知Ksp(AgCl)= 1.8×10-10，Ksp(Ag2CrO4)= 1.1×10-12，向浓度均为0.01mol/L的Cl-和CrO42-的混合液中滴加AgNO3溶液，Cl-和CrO42-谁优先沉淀？
d. 判断沉淀析出的顺序
解：Ksp(AgCl) = c(Ag+)·c(Cl-) = 1.8×10-10
c(Ag+) =1.8×10-8 mol/L
Ksp(Ag2CrO4) = c2(Ag+)·c(CrO42-) = 1.1×10-12
AgCl沉淀时需要的离子浓度小，AgCl先沉淀。
溶解度小的先沉淀
e. 计算某离子开始沉淀的pH和完全沉淀的pH
【例】实验测得某水样中的铁离子的浓度为2.6×10-6mol/L 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：Ksp=c(Fe3+) ·c3(OH-)=2.6×10-39
c(OH-)3 = 1×10-33 mol/L
c(OH-) = 1×10-11 mol/L
c(H+) = 1×10-3mol·L-1
pH = 3
pH要控制在3以上才能使水中的铁离子转化为沉淀。
注意：若要计算使某个离子沉淀完全时的pH值，则该离子浓度要取1×10-5mol/L带入Ksp计算。
氢氧化物沉淀不一定在碱性环境