3.4 第1课时 沉淀溶解平衡原理 学案 （含解析）2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第一册

3.4 第1课时　沉淀溶解平衡原理
【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。
【合作探究】
任务1　沉淀溶解平衡
【学习情境】
已知牙齿表面有一层坚硬的牙釉质,其主要成分是羟基磷酸钙[Ca5(PO4)3(OH)],它对牙齿起到保护作用。使用含氟牙膏能生成更难溶且耐酸的氟磷酸钙[Ca5(PO4)3F]覆盖在牙齿表面,抵抗H+的侵蚀。这与难溶电解质在水溶液中的行为有关。
【新知生成】
1.沉淀溶解平衡状态
定义:在一定条件下,当难溶固体　　　　的速率与　　　　的速率相等时,溶液中离子浓度、固体的量保持不变的状态。
2.影响沉淀溶解平衡的条件
(1)内因:　　　　　　　　　。
(2)外因
①温度:升高温度,多数溶解平衡向　　方向移动。
②浓度:加水稀释,向　　　　　方向移动;加入相同的离子,向　　　　沉淀的方向移动。
【答案】1.溶解　离子结合生成难溶固体
2.(1)沉淀本身的性质　(2)①溶解　②溶解　生成
【核心突破】
典例1　下列有关AgCl沉淀的溶解平衡状态的说法中,正确的是(　　)
A.AgCl沉淀的生成和溶解不断进行,但速率相等
B.AgCl难溶于水,溶液中没有Ag+和Cl-
C.升高温度,AgCl的溶解度不变
D.向AgCl沉淀的溶解平衡体系中加入NaCl固体,AgCl的溶解度不变
【解析】AgCl固体在溶液中存在沉淀溶解平衡,所以溶液中有Ag+和Cl-,B项错误;升高温度,AgCl的溶解度增大,C项错误;向AgCl的沉淀溶解平衡体系中加入NaCl固体,增大了c(Cl-),沉淀溶解平衡左移,AgCl的溶解度减小,D项错误。
【答案】A
典例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
【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,故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。
【答案】D
归纳总结：沉淀溶解平衡
(1)特点
(2)表示方法
如PbI2的沉淀溶解平衡可表示为PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq)。
训练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的沉淀溶解平衡正向移动
B.AgCl的溶解度增大
C.溶液中c(Ag+)增大
D.溶液中c(Cl-)增大
【解析】加入盐酸后,c(Cl-)增大,使沉淀溶解平衡逆向移动,溶液中c(Ag+)减小,AgCl的溶解度减小,D项正确。
【答案】D
任务2　溶度积Ksp
【学习情境】
珊瑚虫是海洋中的一种腔肠动物,它们可以从周围海水中获取Ca2+和HC,经反应形成石灰石外壳:珊瑚。珊瑚虫周围藻类植物的生长会促进碳酸钙的产生,对珊瑚的形成贡献很大,而人口增长、人类大规模砍伐森林、燃烧煤和其他化石燃料等因素,会干扰珊瑚的生长,甚至造成珊瑚虫死亡。如何分析外界因素对珊瑚生长的影响 这与沉淀溶解平衡有密切关系。
【新知生成】
溶度积常数
(1)定义:沉淀溶解平衡的平衡常数叫溶度积常数,简称溶度积,通常用符号　　　　来表示。
(2)表达式:当难溶强电解质AmBn溶于水形成饱和溶液时,建立沉淀溶解平衡AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq),其溶度积的表达式为Ksp=　　　　　。
(3)影响因素:Ksp只与难溶电解质的　　　　　和　　　　　有关,而与　　　　无关。
(4)意义:Ksp反映了难溶电解质在水中的　 　　能力。
【答案】(1)Ksp　(2)cm(An+)·cn(Bm-)　(3)性质　温度　沉淀的量　(4)溶解
【核心突破】
典例3　25 ℃时,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,Ksp(MgF2)=7.4×10-11。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(Mg2+)大
B.25 ℃时,在Mg(OH)2悬浊液中加入少量的NH4Cl固体,c(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
【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(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,也可以生成MgF2沉淀,即由Mg(OH)2转化为MgF2,D项错误。
【答案】B
归纳总结：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Qc。通过比较Ksp和Qc的相对大小,可以判断难溶电解质在给定条件下能否溶解。
Qc>Ksp,溶液过饱和,有沉淀析出,直至溶液饱和,达到新的平衡。
Qc=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态。
Qc(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。
训练2　已知25 ℃时,AgCl的溶度积Ksp=1.8×10-10,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(Ag+)=c(Cl-)
C.一定温度下,当溶液中c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp时,此溶液中必有AgCl沉淀析出
D.Ksp(AgI)【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(Ag+)=c(Cl-);C项,Qc=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。
【答案】D
课堂小结
【随堂检测】
1.下列对沉淀溶解平衡的描述正确的是(　　)
A.反应开始时,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
【解析】A项,反应开始时,各离子的浓度没有必然的关系;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,由于固体的浓度为常数,故平衡不发生移动。
【答案】B
2.在一定温度下,当Mg(OH)2固体在水溶液中达到平衡时:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),若使固体Mg(OH)2的量减少,而c(Mg2+)不变,可采取的措施是(　　)
A.加MgCl2
B.加H2O
C.加NaOH
D.通入HCl气体
【解析】A项,加入MgCl2,c(Mg2+)增大,平衡逆向移动,固体Mg(OH)2的量增加,错误;B项,加水,平衡正向移动,固体Mg(OH)2的量减少,但仍是饱和溶液,故c(Mg2+)不变,正确;C项,加NaOH,平衡逆向移动,c(Mg2+)减小,固体Mg(OH)2的量增加,错误;D项,通入HCl气体,平衡正向移动,固体Mg(OH)2的量减少,c(Mg2+)增加,错误。
【答案】B
3.在BaSO4饱和溶液中加入少量的BaCl2溶液,产生BaSO4沉淀,若以Ksp表示BaSO4的溶度积常数,则平衡后溶液中(　　)
A.c(Ba2+)=c(S)=
B.c(Ba2+)·c(S)>Ksp,c(Ba2+)=c(S)
C.c(Ba2+)·c(S)=Ksp,c(Ba2+)>c(S)
D.c(Ba2+)·c(S)≠Ksp,c(Ba2+)【解析】在BaSO4饱和溶液中加入少量的BaCl2溶液,平衡BaSO4(s)Ba2+(aq)+S(aq)左移,因加入了少量的BaCl2溶液,此时c(Ba2+)>c(S);但由于温度未发生改变,所以溶液中c(Ba2+)·c(S)=Ksp。
【答案】C
4.讨论T1温度时BaSO4的沉淀溶解平衡曲线,下列说法不正确的是(　　)
A.加入Na2SO4可使溶液由a点变为b点
B.在T1曲线上方区域(不含曲线)任意一点时,均有BaSO4沉淀生成
C.蒸发溶剂可能使溶液由d点变为曲线上a、b之间的某一点(不含a、b)
D.升温可使溶液由b点变为d点
【解析】加入Na2SO4,硫酸钠抑制硫酸钡电离,硫酸根离子浓度增大,导致溶液中钡离子浓度减小,所以可以使溶液由a点变为b点,A项正确;在T1曲线上方区域(不含曲线)为过饱和溶液,所以均有BaSO4沉淀生成,B项正确;蒸发溶剂,增大溶液中溶质的浓度,温度不变,溶度积常数不变,所以蒸发溶剂可能使溶液由d点变为曲线上a、b之间的某一点(不含a、b),C项正确;升温,溶液中钡离子、硫酸根离子浓度都增大,不能使溶液由b点变为d点,D项错误。
【答案】D
5.在t ℃时,Ag2CrO4(橘红色)在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。又知AgCl的Ksp=1.8×10-10。下列说法不正确的是(　　)
A.t ℃时,Ag2CrO4的Ksp为1×10-8
B.向饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4不能使溶液由Y点变为X点
C.t ℃时,Y点和Z点溶液Ag2CrO4的Ksp相等
D.t℃时,将0.01 mol·L-1 AgNO3溶液滴入20 mL 0.01 mol·L-1 KCl和0.01 mol·L-1 K2CrO4的混合溶液中,Cl-先沉淀
【解析】由Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(Cr)=1.0×10-11可知,A项错误;在Ag2CrO4饱和溶液中加入K2CrO4,c(Cr)增大,则c(Ag+)降低,而X点与Y点的c(Ag+)相同,B项正确;Y点、Z点溶液的温度相同,则Ksp相同,C项正确;由AgCl的Ksp计算此条件下AgCl沉淀时的c(Ag+)= mol·L-1=1.8×10-8mol·L-1,由Ag2CrO4的Ksp计算c(Ag+)= mol·L-1≈3.2×10-5 mol·L-1可知,Cl-先沉淀,D项正确。
【答案】A
2