3.4 沉淀溶解平衡 课件(共61张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修1

(共61张PPT)
第三章
第四节　沉淀溶解平衡
素养 目标
1.了解难溶电解质的沉淀溶解平衡,能通过实验证明难溶电解质沉淀溶解平衡的存在,理解外界因素对难溶电解质溶解平衡的影响,进一步培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。
2.了解溶度积和离子积的关系,学会由此判断反应进行的方向,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
3.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,培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。
4.利用沉淀溶解平衡的移动解决生产、生活中的实际问题,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、难溶电解质的沉淀溶解平衡
1.25 ℃时,溶解性与溶解度的关系
溶解性 易溶 可溶 微溶 难溶
溶解度 >10 g 1~10 g 0.01~1 g <　　　
2.难溶电解质的沉淀溶解平衡
(1)沉淀溶解平衡的建立(如右图所示)
0.01 g
(2)沉淀溶解平衡的定义
在一定温度下,当难溶电解质　　　　和　　　　的速率相等时,得到电解质的　　　　溶液,即建立动态平衡,人们把这种平衡称为沉淀溶解平衡。
(3)沉淀溶解平衡方程式
沉淀溶解平衡方程式中各粒子要标明聚集状态
以AgCl沉淀溶解平衡为例:AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)。
沉淀
溶解
饱和
(4)沉淀溶解平衡的特征
不等于0
相等
保持不变
可能发生移动
3.难溶电解质沉淀溶解平衡的影响因素
(1)内因(决定因素):难溶电解质本身的性质。
(2)外因:温度、浓度等条件的影响符合勒夏特列原理。
(3)实例分析
已知沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)　ΔH>0。请分析当改变下列条件时,对该沉淀溶解平衡的影响,填写下表(浓度变化均指平衡后和原平衡比较):
条件改变 移动方向 c(Mg2+) c(OH-)
加少量水[混合溶液中有较多Mg(OH)2剩余] _____________ _____________ _____________
升温 _____________ _____________ _____________
加MgCl2(s) _____________ _____________ _____________
加盐酸 _____________ _____________ _____________
加NaOH(s) _____________ _____________ _____________
正向移动
不变
不变
正向移动
增大
增大
逆向移动　
增大
减小
正向移动
增大
减小
逆向移动
减小
增大
二、溶度积常数
1.定义
难溶电解质的沉淀溶解平衡也存在　　　　　　,称为　　　　　　　　,简称溶度积,符号为　　　。
2.表达式
AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq)　Ksp=　 。
如:Fe(OH)3(s) Fe3+(aq)+3OH-(aq)
Ksp=c(Fe3+)·c3(OH-)。
平衡常数　
溶度积常数
Ksp
cm(An+)·cn(Bm-)
3.影响因素
溶度积(Ksp)只与　　　　　　　　　的性质和　　　　有关。绝大多数难溶电解质的溶解是吸热过程,升高温度,平衡向溶解方向移动,Ksp增大。少数难溶电解质的溶解是放热过程,升高温度,平衡向生成沉淀的方向移动,Ksp减小,如Ca(OH)2。
4.意义
反映了难溶电解质在水中的溶解能力。
难溶电解质本身
温度
5.应用
定量判断给定条件下溶液中有无沉淀生成。
离子积(Q):对于AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq),在任意时刻Q=cm(An+)·cn(Bm-)。
(1)Q>Ksp,溶液过饱和,有　　　　析出,直至溶液　　　,达到新的平衡。
(2)Q=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于　　　　　　　。
(3)Q沉淀
饱和
平衡状态
沉淀
溶解
饱和
三、沉淀溶解平衡的应用
1.沉淀的生成
(1)调节pH法
如加入氨水调节pH,可除去氯化铵中的杂质氯化铁。反应的离子方程式:　 。
(2)加沉淀剂法
以Na2S作为沉淀剂,使Cu2+、Hg2+等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀。反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　,　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3
S2-+Cu2+===CuS↓
Hg2++S2-===HgS↓
2.沉淀的溶解
(1)原理
根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,只要不断　　　　溶解平衡体系中的相应离子,平衡就向沉淀溶解的方向移动,从而使沉淀溶解。
(2)实例
①CaCO3沉淀溶于盐酸中:
移去
H2CO3
CO2气体的生成和逸出,使CaCO3溶解平衡体系中的 浓度不断减小,平衡向　　　　　的方向移动。
②Mg(OH)2沉淀溶于稀盐酸中,反应的离子方程式为
　 。
沉淀溶解
Mg(OH)2+2H+===Mg2++2H2O
3.沉淀的转化
(1)转化实验
①难溶性银盐之间的转化:
实验步骤
实验现象 生成　　色沉淀 生成　　色沉淀 生成　　色沉淀
化学 方程式 __________________________________ ______________________________ __________________________________
白
黄
黑
NaCl+AgNO3===
AgCl↓+NaNO3
AgCl(s)+KI(aq)
AgI(s)+KCl(aq)
2AgI(s)+Na2S(aq)
Ag2S(s)+2NaI(aq)　
实验结论:AgCl沉淀转化为AgI沉淀,AgI沉淀又转化为Ag2S沉淀,说明溶解度由小到大的顺序为　 。
理论分析:
AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)　Ksp=1.8×10-10
AgI(s) Ag+(aq)+I-(aq)　Ksp=8.5×10-17
由Ksp的值可看出AgI的溶解度远比AgCl的溶解度小。当向AgCl沉淀溶解平衡体系中滴加KI溶液时,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方向移动,直至建立新的沉淀溶解平衡。
Ag2S②Mg(OH)2与Fe(OH)3之间的转化:
实验步骤
实验现象 _____________________ ______________________________
化学 方程式 _________________________________________ ______________________________________________________
实验结论:Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀,说明溶解度:
　　　　　　　　　。
产生白色沉淀
产生的白色沉淀逐渐变为红褐色　
MgCl2+2NaOH===
Mg(OH)2↓+2NaCl
3Mg(OH)2(s)+2FeCl3(aq)
2Fe(OH)3(s)+3MgCl2(aq)
Fe(OH)3(2)转化的实质
沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。一般来说,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　　　　,转化越容易。
(3)沉淀转化的应用
①锅炉除水垢(含有CaSO4):
为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
越大
CaCO3+2H+===Ca2++H2O+CO2↑
②自然界中矿物的转化:
铜蓝(CuS),CuSO4溶液与闪锌矿、方铅矿反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
　 。
Cu2+(aq)+ZnS(s) CuS(s)+Zn2+(aq)
Cu2+(aq)+PbS(s) CuS(s)+Pb2+(aq)
微思考1
阅读教材“从表3-3可以看出……”等连续四段。思考:在20 ℃时,AgCl的溶解度为1.5×10-4 g,那么该温度下AgCl饱和溶液中c(Cl-)是多少
提示 1.05×10-5 mol·L-1。在20 ℃时,AgCl的溶解度为1.5×10-4 g,即100 g水中最多可溶解1.5×10-4 g AgCl,近似认为100 mL溶液中溶解1.5×10-4 g
深化理解
分清电离方程式和沉淀溶解平衡方程式
微溶或难溶强电解质在水溶液中不存在电离平衡,只存在溶解平衡,如Ca(OH)2的电离方程式为Ca(OH)2=== Ca2++2OH-,溶解平衡方程式为Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq)。微溶或难溶弱电解质在水溶液中既存在电离平衡,又存在溶解平衡,如Fe(OH)3的电离方程式为Fe(OH)3 Fe3++3OH-,溶解平衡方程式为Fe(OH)3(s) Fe3+(aq)+3OH-(aq)。
易错辨析1
(1)难溶电解质的沉淀溶解平衡是动态平衡,即溶解和沉淀仍然同时进行着,只是v(溶解)=v(沉淀)。(　　)
(2)含等物质的量的AgNO3与NaCl的溶液混合后,恰好完全反应生成AgCl沉淀,溶液中不存在Ag+和Cl-。(　　)
(3)当溶液中某离子的浓度小于1×10-5 mol·L-1时,可视为该离子沉淀完全。
(　　)
√
×
提示 AgNO3溶液与NaCl溶液混合恰好完全反应生成AgCl沉淀,AgCl在溶液中又存在沉淀溶解平衡,溶液中仍有少量的Ag+和Cl-。
√
微思考2
自学教材“例如,对于下列难溶电解质的沉淀溶解平衡”一段。
已知几种难溶电解质在25 ℃时的溶度积。
化学式 Ksp
AgCl 1.8×10-10
AgBr 5.4×10-13
AgI 8.5×10-17
25 ℃时AgCl(s)、AgBr(s)、AgI(s)溶于水形成的饱和溶液中c(Ag+)大小关系能否直接判断 三种物质的溶解能力由大到小排序如何
提示 能。溶解能力由大到小:AgCl>AgBr>AgI。
三种银盐的饱和溶液中c(Ag+)= ,Ksp越大则对应溶液中c(Ag+)越大,因此c(Ag+):AgCl饱和溶液>AgBr饱和溶液>AgI饱和溶液。
易错辨析2
(1)溶度积受离子浓度大小的影响。(　　)
(2)Ksp小的难溶电解质溶解度一定小于Ksp大的难溶电解质溶解度。(　　)
(3)可利用溶液混合后的Q(离子积)与Ksp的相对大小来判断溶液混合后是否有沉淀生成。(　　)
×
提示 对于确定的难溶电解质,溶度积只与温度有关。
×
√
微思考3
自学教材“从实验现象可以看出,在实验3-4中……”等相关内容。
思考:已知AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)　Ksp=1.8×10-10,AgI(s)
Ag+(aq)+I-(aq)　Ksp=8.5×10-17
请计算沉淀转化反应I-(aq)+AgCl(s)AgI(s)+Cl-(aq)的平衡常数K。
深化理解
沉淀转化的一般原则
(1)溶解度较小的沉淀易转化为溶解度更小的沉淀。
(2)当一种试剂能沉淀溶液中的多种离子时,生成沉淀所需试剂浓度越小的越先沉淀。
(3)如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大,能够实现分步沉淀,从而达到提纯、分离的目的。
知识拓展
常见硫化物的溶解性
(1)易溶于水的硫化物:Na2S、K2S、(NH4)2S等。
(2)不溶于水,但可溶于稀酸的硫化物,如ZnS、FeS、MnS等,这些硫化物的Ksp较大,可溶于稀盐酸或稀硫酸放出H2S气体,如实验室中常用FeS制备H2S气体,反应为FeS+H2SO4=== FeSO4+H2S↑。
(3)不溶于水或稀酸的硫化物,如CuS、PbS、Ag2S、HgS等,这些硫化物的Ksp非常小,不溶于稀盐酸或稀硫酸,在这些金属的盐溶液中通入H2S气体可生成硫化物沉淀,如CuSO4+H2S=== CuS↓+H2SO4。这些硫化物可利用氧化性酸HNO3溶解,溶解过程发生氧化还原反应,如3CuS+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+3S+2NO↑+4H2O。
根据硫化物的溶解性,在工业废水的处理过程中常用溶解度较小的FeS、MnS等作为沉淀剂,利用沉淀的转化除去废水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子生成溶解度更小的CuS、HgS、PbS等沉淀。
易错提醒
沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动,因此沉淀转化的过程并不一定是溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀,当两种沉淀的Ksp相差不大时,溶解度较小的沉淀在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀。
易错辨析3
(1)向AgCl沉淀溶解平衡体系中加入KI溶液,白色沉淀转变成黄色沉淀,是由于Ksp(AgI)(2)可用FeS除去废水中的Hg2+、Ag+等,是因为HgS、Ag2S比FeS更难溶。
(　　)
(3)验证Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2,可将FeCl3溶液加入Mg(OH)2悬浊液中,振荡,可观察到沉淀由白色变为红褐色。(　　)
√
√
√
重难探究·能力素养全提升
探究一　沉淀溶解平衡的影响因素及Ksp的应用
情境探究
在盛有少量难溶的PbI2黄色固体的试管中,加入约3 mL蒸馏水,充分振荡。
(1)你预测一下将观察到什么现象
提示 产生黄色沉淀。
(2)影响沉淀溶解平衡的外界因素有哪些
(3)请你用平衡移动的理论和Ksp与Q(离子积)之间的关系,解释你的预测。
提示 温度、离子浓度等。
提示 平衡移动理论方面:滴加KI浓溶液,I-的浓度增大,使平衡PbI2(s) Pb2+(aq)+2I-(aq)向左移动,产生PbI2沉淀。
利用Ksp与Q之间的关系:Ksp=c(Pb2+)·c2(I-),滴加KI浓溶液,I-的浓度增大,Q>Ksp,平衡向左移动,产生PbI2沉淀。
方法突破
1.沉淀溶解平衡的影响因素
影响因素 平衡移动方向 Ksp的变化
温 度 升高温度 向吸热方向移动,多数为溶解方向 多数增大
降低温度 向放热方向移动,多数为沉淀方向 多数减小
浓 度 加水 向溶解方向移动 不变
加入相同离子 向生成沉淀方向移动 不变
加入与体系中离子发生反应的离子 向溶解方向移动 不变
2.溶度积(Ksp)的应用
3.与Ksp相关的3种计算类型
常考类型 解题策略
根据定义式或者数形结合求Ksp,或者判断沉淀金属离子开始沉淀的pH、完全沉淀的pH 直接根据Ksp(AmBn)=cm(An+)·cn(Bm-)解答,如果已知溶解度,则化为物质的量浓度再代入计算
沉淀先后的计算与判断 (1)沉淀类型相同,则Ksp小的化合物先沉淀;
(2)沉淀类型不同,则需要根据Ksp分别计算出沉淀时所需离子浓度,所需离子浓度小的先沉淀
常考类型 解题策略
根据两种含同种离子的化合物的Ksp数据,求溶液中不同离子浓度的比值 如某溶液中含有I-、Cl-等,向其中滴加AgNO3溶液,当AgCl开始沉淀时,
应用体验
视角1沉淀溶解平衡的含义
1.下列对沉淀溶解平衡的描述正确的是(　　)
A.开始沉淀时,溶液中各离子浓度相等
B.沉淀溶解达到平衡时,沉淀的速率和溶解的速率相等
C.沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的离子浓度相等,且保持不变
D.沉淀溶解达到平衡时,如果再加入难溶性的该沉淀物,将促进溶解
B
解析 A项,开始沉淀时,溶液各离子的浓度不一定相等;C项,沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的离子浓度保持不变,但不一定相等;D项,沉淀溶解达到平衡时,如果再加入难溶性的该沉淀物,由于固体的溶度积为常数,故平衡不发生移动。
视角2外界条件对沉淀溶解平衡的影响
2.实验:①0.1 mol·L-1 AgNO3溶液和0.1 mol·L-1 NaCl溶液等体积混合得到浊液a,过滤得到滤液b和白色沉淀c;②向滤液b中滴加0.1 mol·L-1 NaCl溶液,出现浑浊;③向沉淀c中滴加0.1 mol·L-1 KI溶液,沉淀变为黄色。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.滤液b中不含有Ag+
C.③中颜色变化说明AgCl转化为AgI
D.实验可以证明AgI比AgCl更难溶
B
解析 浊液a中含有AgCl,存在沉淀的溶解平衡:AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq),故A正确;滤液为AgCl的饱和溶液,存在Ag+,故B错误;向AgCl中滴加0.1 mol·L-1 KI溶液,白色AgCl沉淀变为黄色AgI沉淀,故C正确;向AgCl中滴加0.1 mol·L-1 KI溶液,白色AgCl沉淀变为黄色AgI沉淀,实验证明AgI比AgCl更难溶,故D正确。
视角3离子开始沉淀或完全沉淀时的浓度计算
3.已知:25 ℃时,CaCO3的Ksp=3.4×10-9,现将浓度为2×10-4 mol·L-1的Na2CO3溶液与某浓度CaCl2溶液等体积混合,若要产生沉淀,则所用CaCl2溶液的浓度至少应大于(　　)
A.3.4×10-2 mol·L-1
B.6.8×10-5 mol·L-1
C.3.4×10-5 mol·L-1
D.1.7×10-5 mol·L-1
B
4.化学上常认为残留在溶液中的离子浓度等于或小于1×10-5 mol·L-1时,沉淀就已达完全。已知:常温下Ksp[M(OH)2]=1×10-20,则溶液中M2+沉淀完全时的pH最小值为(　　)
A.7.0 B.4.5
C.5.0 D.6.5
D
视角4沉淀先后顺序的计算
5.已知某温度时,Ksp(AgCl)=1.56×10-10,Ksp(AgBr)=7.7×10-13,
Ksp(Ag2CrO4)=9×10-11。该温度下某溶液中含有Cl-、Br-和 ,浓度均为0.010 mol·L-1,向该溶液中逐滴加入0.010 mol·L-1的AgNO3溶液时,三种阴离子产生沉淀的先后顺序为(　　)
C
易错提醒　Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力,但并非Ksp越小,其溶解能力就越弱。对于阴阳离子个数比相同的难溶电解质,可以通过Ksp比较它们的溶解能力,如本题中AgCl、AgBr可以通过Ksp直接判断阴离子产生沉淀的先后顺序。
视角5共同沉淀时离子浓度比或沉淀转化的平衡常数
6.(1)向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr,当两种沉淀共存时,
[Ksp(AgBr)=5.4×10-13,Ksp(AgCl)=1.8×10-10]
(2)已知Ksp(BaSO4)=1.0×10-10,Ksp(BaCO3)=2.5×10-9,某同学设想用下列流程得到BaCl2,则过程①的离子方程式为　　 　　　　　　　　　　　　　　,该反应的平衡常数K=　　　　　　　　。
3×10-3
0.04
探究二　沉淀溶解平衡图像
情境探究
某温度下,Fe(OH)3(s)、Cu(OH)2(s)、Fe(OH)2(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡,改变溶液的pH,金属阳离子浓度的变化如图所示。
(1)根据上图,试确定Fe(OH)3的Ksp的数量级。
提示 10-39。根据b点pH=1.3,则c(H+)=10-1.3 mol·L-1,
c(OH-)= mol·L-1=10-12.7 mol·L-1,Ksp[Fe(OH)3]=1.0×(10-12.7)3=10-38.1
=100.9×10-39,因此数量级为10-39。
(2)采取什么措施能使a点到b点
(3)向等物质的量浓度的Fe3+、Cu2+、Fe2+的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,先后依次出现的沉淀是什么
(4)如何除去CuCl2溶液中混有的少量Fe3+和Fe2+
提示 调节(增大)溶液pH,使c(Fe3+)减小,c(OH-)增大。
提示 Fe(OH)3、Cu(OH)2、Fe(OH)2。
提示 先加入H2O2或氯水,将Fe2+转化为Fe3+;再加入CuO或Cu(OH)2或CuCO3或Cu2(OH)2CO3调节CuCl2溶液的pH,使Fe3+形成沉淀而除去。
方法突破
沉淀溶解平衡图像题的解题策略
应用体验
视角1沉淀溶解平衡离子浓度图像
1.已知某温度时,CaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示,向100 mL该条件下的CaSO4饱和溶液中加入400 mL 0.01 mol·L-1的Na2SO4溶液,针对此过程的下列叙述正确的是(　　)
D
易错提醒　注意计算Q时所用离子浓度是混合液中离子的浓度,并不是混合前各溶液中离子的浓度。
视角2沉淀溶解平衡的对数图像
2.T ℃时,CdCO3和Cd(OH)2的沉淀溶解平衡曲线如图所示。已知pCd2+为Cd2+浓度的负对数,pN为阴离子浓度的负对数。下列说法正确的是(　　)
A.线Ⅰ表示CdCO3沉淀溶解平衡
B.Z点对应的c(Cd2+)=1×10-5 mol·L-1
C.Y点对应的Cd(OH)2溶液是不饱和溶液
C
溶解平衡中pCd2+=pN,故线Ⅱ表示CdCO3的沉淀溶解平衡,故A错误。图中Z点对应的pCd2+为3,则Z点对应的c(Cd2+)=1×10-3 mol·L-1,故B错误。线上的点都达到了沉淀溶解平衡,pCd2+、pN为离子浓度的负对数,其数值越大,离子浓度越小,Y点在线上方,说明离子浓度小,故为不饱和溶液,故C正确。T ℃,由题图可知,pN=4时,CdCO3中pCd2+为8,即
视角3沉淀滴定图像
3.用0.100 mol·L-1 AgNO3溶液滴定50.0 mL 0.050 0 mol·L-1 Cl-溶液的滴定曲线如图所示。下列有关描述错误的是(　　)
A.根据曲线数据计算可知Ksp(AgCl)的数量级为10-10
B.曲线上各点的溶液满足关系式c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp(AgCl)
C.相同实验条件下,若改为0.040 0 mol·L-1 Cl-,反应终点c移到a
D.相同实验条件下,若改为0.050 0 mol·L-1 Br-,反应终点c向b方向移动
答案 C
解析 选取横坐标为25 mL的点,此时向50.0 mL 0.050 0 mol·L-1的Cl-溶液中加入了25 mL 0.100 mol·L-1的AgNO3溶液,则Ag+与Cl-恰好完全沉淀,此时溶液中-lg c(Cl-)=5,则c(Ag+)=c(Cl-)=1×10-5 mol·L-1,Ksp(AgCl)=1×10-5
×1×10-5=1×10-10,所以其数量级为10-10,选项A正确;曲线上的各点均为AgCl的饱和溶液,所以c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp(AgCl),选项B正确;滴定的过程是用AgNO3溶液滴定Cl-,所以滴定的终点应该由原溶液中Cl-的物质的量决定,将50.0 mL 0.050 0 mol·L-1的Cl-溶液改为50.0 mL 0.040 0 mol·L-1的Cl-溶液,
的是15 mL,选项C错误;由于Ksp(AgCl)大于Ksp(AgBr),将50.0 mL 0.050 0 mol·L-1的Cl-溶液改为50.0 mL 0.050 0 mol·L-1的Br-溶液,这是将溶液中的Cl-换为等物质的量的Br-,因为Ag+与Cl-或Br-都是1∶1沉淀的,所以滴定终点的横坐标不变,但是因为溴化银更难溶,所以终点时,Br-的浓度应该比终点时Cl-的浓度更小,所以有可能由c点变为b点,选项D正确。
本 课 结 束