3.3 第1课时 沉淀溶解平衡与溶度积 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

3.3 第1课时　沉淀溶解平衡与溶度积
【学习目标】
1.了解沉淀溶解平衡的建立过程及特点。
2.用平衡移动原理认识沉淀溶解平衡的主要特征。
3.理解溶度积的概念。
【自主预习】
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 >　　g 1~10 g 0.01~1 g <　　g
2.难溶电解质的沉淀溶解平衡
(1)沉淀溶解平衡的建立
(2)沉淀溶解平衡的概念
在一定温度下,当　　　　与　　　　的速率相等时,形成电解质的　　　　溶液,达到平衡状态,这种状态称为沉淀溶解平衡。
(3)沉淀溶解平衡方程式
沉淀溶解平衡方程式各物质要标明聚集状态。以AgCl沉淀溶解平衡为例:AgCl(s) 　 。
(4)沉淀溶解平衡的特征
(5)沉淀反应完全的标志
沉淀、溶解之间这种动态平衡的存在,决定了Ag+与Cl-的反应不能进行完全。一般情况下,当溶液中剩余离子的浓度小于　　　　　　　　时,化学上通常认为生成沉淀的反应进行完全了。
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　　　　 。
(2)外因:温度、浓度等条件的影响符合　　　　　　　　　原理。
(3)实例分析
已知沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)M(aq)+2OH-(aq)。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平(Mg2+) c平(OH-)
加少量水 正向移动 　　　 　　　
升温 正向移动 　　　 　　　
加MgCl2(s) 逆向移动 　　　 　　　
加盐酸 正向移动 　　　 　　　
加NaOH(s) 逆向移动 　　　 　　　
二、溶度积常数
1.概念
难溶电解质的沉淀溶解平衡常数称为溶度积常数,简称　　　　,符号为　　　　,Ksp的大小反映难溶电解质在水中的　　　　能力。
2.表达式
AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq),Ksp=　　　　　　　　　。
如:Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq),Ksp=　　　　　　　　　。
3.影响因素
溶度积Ksp值的大小只与难溶电解质本身的性质和　　　　有关。
4.意义
溶度积(Ksp)反映了难溶电解质在水中的溶解能力。对于阴、阳离子个数之比相同的难溶电解质,Ksp越大,电解质在水中的溶解能力越强。
5.应用
定量判断给定条件下有无沉淀生成。
离子积(符号为Q):对于AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)任意时刻Q=(An+)·(Bm-)。
(1)Q>Ksp,溶液过饱和,有　　　　析出,直至溶液饱和,达到新的平衡。
(2)Q=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于　　　　状态。
(3)Q【参考答案】一、1.10　0.01　2.(2)沉淀　溶解　饱和
(3)Ag+(aq)+Cl-(aq)　(5)1×10-5 mol·L-1
3.(1)性质　(2)勒·夏特列　(3)不变　不变　增大
增大　增大　减小　增大　减小　减小　增大
二、1.溶度积　Ksp　溶解
2.(An+)·(Bm-)　c平(Fe3+)·(OH-)
3.温度
5.(1)沉淀　(2)平衡　(3)沉淀
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)因为BaSO4难溶,所以将BaSO4加入水中,溶液中无Ba2+和S。 (　　)
(2)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)。 (　　)
(3)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-。 (　　)
(4)当溶液中某离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,可视为该离子沉淀完全。 (　　)
(5)溶度积是沉淀溶解平衡时难溶电解质在溶液中的各离子浓度的乘积。 (　　)
(6)Ksp小的溶解度一定小于Ksp大的。 (　　)
(7)改变外界条件使溶解平衡正向移动,Ksp一定增大。 (　　)
(8)可利用溶液混合后的Q与Ksp的相对大小来判断溶液混合后是否有沉淀生成。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)√
2.不溶于水的物质,说明其在水中的溶解度不为0
【答案】溶解度可以很小,但仍有溶解度。溶与不溶是相对的,没有绝对不溶的物质。
3.温度升高,难溶电解质的溶解度都增大吗
【答案】不是。大多数难溶电解质的溶解度随温度的升高而增大,但是有些物质,如氢氧化钙的溶解度随温度的升高而降低。
4.Ksp与溶解度(S)都可用来表示物质的溶解能力,Ksp小的物质的溶解度是否一定也小
【答案】不一定。同种类型的难溶电解质,Ksp可用于溶解度的直接比较,如AgCl、AgBr、AgI都是AB型;不同类型不能直接比较溶解度大小,如Ag2S是A2B型,不能与AgCl、AgBr、AgI用Ksp大小直接比较溶解度大小。
5.要将等体积的4×10-3 mol·L-1的AgNO3溶液和4×10-3 mol·L-1的K2CrO4溶液混合,是否能析出Ag2CrO4沉淀 [不考虑溶液体积的变化,已知Ksp(Ag2CrO4)=2×10-12 mol3·L-3]
【答案】能,混合后c(Ag+)=c(Cr)=2×10-3 mol·L-1,Q=c2(Ag+)·c(Cr)=(2×10-3)2mol2·L-2×2×10-3mol·L-1=8×10-9mol3·L-3>2×10-12mol3·L-3,故有Ag2CrO4沉淀析出。
【合作探究】
任务1：沉淀溶解平衡
情境导入　牙齿与人体的健康密切相关。牙齿的表面有一薄层釉质保护着,釉质层的主要成分是难溶的羟基磷灰石[Ca5(PO4)3OH],它在唾液中存在溶解平衡。
问题生成
1.写出Ca5(PO4)3OH的沉淀溶解平衡方程式。
【答案】Ca5(PO4)3OH(s)5Ca2+(aq)+3P(aq)+OH-(aq)。
2.往牙膏中添加适量的Ca2+、P,对保护牙齿有作用,分析原因。
【答案】牙膏中添加适量的Ca2+、P,有利于Ca5(PO4)3OH的溶解平衡逆向移动,有利于保护牙齿。
3.“冷热酸甜”中的“热”和“酸”,真的想吃就吃吗 从Ca5(PO4)3OH 溶解平衡(吸热过程)移动的角度分析原因。
【答案】升高温度,Ca5(PO4)3OH的溶解平衡向溶解的方向移动,不利于保护牙齿;酸中的H+与OH-结合,使Ca5(PO4)3OH的溶解平衡向溶解的方向移动,也不利于保护牙齿。
4.已知Ca5(PO4)3F的溶解度比Ca5(PO4)3OH更小,含氟牙膏中加入了适量的氟化物,可以防止龋齿,起到保护牙齿的作用,用沉淀转化方程式和必要文字解释原因。
【答案】Ca5(PO4)3OH(s)+F-(aq)Ca5(PO4)3F(s)+OH-(aq),使Ca5(PO4)3OH转化为溶解度更小的Ca5(PO4)3F(s),从而保护牙齿。
【核心归纳】
外界条件改变对溶解平衡的影响
(1)温度升高,多数沉淀溶解平衡向溶解的方向移动。
(2)加水稀释,浓度减小,沉淀溶解平衡向溶解的方向移动。
(3)加入与难溶电解质构成微粒相同的物质,沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移动。
(4)加入与难溶电解质溶解所得的离子反应的物质,沉淀溶解平衡向溶解的方向移动。
【典型例题】
【例1】在AgCl饱和溶液中尚有AgCl固体存在,当向溶液中加入0.1 mol·L-1的盐酸时,下列说法正确的是(　　)。
A.AgCl的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动
B.AgCl的溶解度增大
C.溶液中c(Ag+)增大
D.溶液中c(Cl-)增大
【答案】D
【解析】加入HCl溶液后,c(Cl-)增大,使沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移动,溶液中c(Ag+)减小,AgCl的溶解度减小,故A、B、C三项均不正确。
【例2】把足量熟石灰加入蒸馏水中,一段时间后达到平衡:Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)。下列叙述正确的是(　　)。
A.给溶液加热,溶液的pH升高
B.恒温下向溶液中加入CaO,溶液的pH升高
C.向溶液中加入Na2CO3溶液,Ca(OH)2固体增多
D.向溶液中加入少量的NaOH固体,Ca(OH)2固体增多
【答案】D
【解析】A项,加热时Ca(OH)2的溶解度减小,平衡逆向移动,c(OH-)减小,pH减小;B项,CaO+H2OCa(OH)2,由于保持恒温,Ca(OH)2的溶解度不变,c(OH-)不变,因此pH不变;C项,C+Ca2+CaCO3↓,平衡正向移动,Ca(OH)2固体减少;D项,加入NaOH固体,c(OH-)增大,平衡逆向移动,因此Ca(OH)2固体增多。
易错提示：难溶电解质沉淀溶解平衡与其电离平衡的区别
难溶电解质沉淀溶解平衡表示已溶溶质的离子与未溶溶质之间的平衡,是可逆过程,表达式需要注明状态,如Al(OH)3(s)A(aq)+3OH-(aq)。电离平衡是溶解的弱电解质分子与离子之间的转化达到的平衡状态,难溶强电解质的电离,没有电离平衡,如BaSO4B+S;难溶弱电解质的电离,存在电离平衡,如Al(OH)3A+3OH-。
任务2：溶度积Ksp
【核心归纳】
溶度积常数的应用
(1)利用Ksp判断沉淀的溶解与生成
定义:难溶电解质溶液中有关离子浓度幂的乘积(离子积)为Q。通过比较Ksp和Q的相对大小,可以判断难溶电解质在给定条件下能否溶解。
Q>Ksp,溶液过饱和,有沉淀析出,直至溶液饱和,达到新的平衡。Q=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态。Q(2)利用Ksp计算难溶物质的溶解度
一定温度下,若已知难溶物质的Ksp,可以根据Ksp表达式换算为该物质的物质的量浓度。由于溶液极稀,密度可视为水的密度,进一步计算出100 g溶液中溶解的难溶物的质量,即溶解度。
【典型例题】
【例3】25 ℃时,在含有大量PbI2的饱和溶液中存在着平衡:PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq)。加入KI溶液,下列说法正确的是(　　)。
A.溶液中Pb2+和I-的浓度都增大
B.溶度积常数Ksp增大
C.沉淀溶解平衡向左移动
D.溶液中Pb2+的浓度增大
【答案】C
【解析】加入KI溶液,c(I-)增大,沉淀溶解平衡逆向移动,c(Pb2+)减小,A、D两项错误,C项正确;溶度积常数Ksp只与温度有关,B项错误。
【例4】已知25 ℃时,AgCl的溶度积Ksp=1.8×10-10 mol2·L-2,则下列说法正确的是(　　)。
A.向饱和AgCl水溶液中加入盐酸,Ksp变大
B.AgNO3溶液与NaCl溶液混合后的溶液中,一定有c平(Ag+)=c平(Cl-)
C.一定温度下,当溶液中c平(Ag+)·c平(Cl-)=Ksp时,此溶液中必有AgCl沉淀析出
D.Ksp(AgI)【答案】D
【解析】A项,Ksp只与温度有关,不正确;B项,混合后Ag+或Cl-可能有剩余,不一定有c平(Ag+)=c平(Cl-);C项,Q=Ksp时达到沉淀溶解平衡,没有AgCl沉淀析出;D项,利用溶度积比较物质的溶解度大小时,要注意物质的类型相同且化学式中阴、阳离子的个数之比相同,溶度积越小,其溶解度也越小,如果物质的类型和化学式中阴、阳离子的个数之比不同,则不能直接利用溶度积的大小来比较其溶解度。
特别提醒：(1)Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,与沉淀的量无关。
(2)溶液中离子浓度的变化只能使沉淀溶解平衡移动,并不能改变溶度积。
(3)沉淀的生成和溶解相互转化的条件是离子浓度的大小,改变反应所需的离子浓度,可使反应向着所需的方向转化。
(4)相同类型的难溶电解质的Ksp越小,一般溶解度越小,越难溶。如:由Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI)
可得出溶解度大小为AgCl>AgBr>AgI。
(5)溶度积小的难溶电解质在一定条件下也能向溶度积大的难溶电解质转化。当两种难溶电解质的Ksp差别不是很大时,通过调节某种离子的浓度,可由溶度积小的难溶电解质向溶度积大的难溶电解质转化。
(6)溶解平衡一般是吸热的,温度升高,平衡向沉淀溶解的方向移动,Ksp增大,但Ca(OH)2相反。
(7)对于化学式中阴、阳离子个数比不同的难溶物,不能直接根据Ksp的大小来确定其溶解能力的大小,需通过计算转化为溶解度。
【随堂检测】
课堂基础
1.下列说法中正确的是(　　)。
A.只有难溶电解质在溶液中才存在沉淀溶解平衡
B.难溶电解质在溶液中只存在沉淀溶解平衡,不存在电离平衡
C.沉淀溶解平衡只能通过电解质溶于水时建立
D.达到沉淀溶解平衡时,电解质表面上的离子或分子脱离电解质的速率与溶液中的离子或分子回到电解质表面的速率相等
【答案】D
【解析】沉淀溶解平衡发生在固体表面,是在一定条件下电离出的离子向溶剂中扩散和溶剂中离子回到固体表面析出所建立的平衡。达到沉淀溶解平衡时以上两种速率相等。
2.25 ℃时,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12 mol3·L-3,Ksp(MgF2)=7.4×10-11 mol3·L-3。下列说法正确的是(　　)。
A.25 ℃时,饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比,前者的c平(Mg2+)大
B.25 ℃时,在Mg(OH)2悬浊液中加入少量的NH4Cl固体,c平(Mg2+)增大
C.25 ℃时,Mg(OH)2固体在20 mL 0.01 mol·L-1氨水中的Ksp比在20 mL 0.01 mol·L-1 NH4Cl溶液中的Ksp小
D.25 ℃时,在Mg(OH)2悬浊液中加入NaF后,Mg(OH)2不可能转化成MgF2
【答案】B
【解析】因为Mg(OH)2的溶度积小,所以其电离出的Mg2+浓度要小一些,A项错误;N可以直接结合Mg(OH)2电离出的OH-,从而促使Mg(OH)2的电离平衡正向移动,c平(Mg2+)增大,B项正确;Ksp仅与温度有关,与溶液中离子浓度的大小、难溶电解质量的多少等无关,C项错误;因为Ksp[Mg(OH)2]和Ksp(MgF2)相差不大,所以在Mg(OH)2悬浊液中加入NaF,若溶液中c(Mg2+)·c2(F-)>7.4×10-11 mol3·L-3,也可以生成MgF2沉淀,即由Mg(OH)2转化为MgF2,D项错误。
对接高考
3.(2019·4月浙江选考,20)在温热气候条件下,浅海地区有厚层的石灰石沉积,而深海地区却很少。下列解析不正确的是(　　)。
A.与深海地区相比,浅海地区水温较高,有利于游离的CO2增多、石灰石沉积
B.与浅海地区相比,深海地区压强大,石灰石岩层易被CO2溶解,沉积少
C.深海地区石灰石岩层的溶解反应为CaCO3(s)+H2O(l)+CO2(aq)Ca(HCO3)2(aq)
D.海水呈弱酸性,大气中CO2浓度增加,会导致海水中C浓度增大
【答案】D
【解析】CO2的溶解度随温度的升高而减小,随压力的增大而增大,在浅海地区,海水层压力较小,同时水温比较高,因而有利于游离的CO2增多,根据平衡移动原理,上述平衡向生成CaCO3方向移动,有利于产生石灰石沉积,A项正确;与A项相反,石灰石岩层易被CO2溶解,沉积少,B项正确;在深海地区中,上述平衡向右移动,且倾向很大,故溶解反应为CaCO3(s)+H2O(l)+CO2(aq)Ca(HCO3)2(aq),C项正确;海水温度一定时,大气中CO2浓度增加,海水中溶解的CO2随之增大,导致C转化为HC,C浓度降低,D项错误。
2