新授课
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第14课时 沉淀溶解平衡的应用
【学习目标】
1.能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成的实质及应用。 2.能用平衡移动原理分析理解沉淀转化的实质及应用。
【学习活动】
学习任务
目标一：能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成的实质及应用。 任务1：在涉及无机物制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。例如，用化学沉淀法处理废水的工艺流程示意图如下： 1．要除去溶液中的SO，选择加入可溶性的钙盐还是钡盐？为什么？ 2．工业废水中的金属阳离子会对环境造成很大的危害，如何除去废水中的Cu2＋和Hg2＋？ 3．已知常温下，CuCO3、Cu(OH)2、CuS的Ksp分别为1.4×10－10、2.2×10－20、6.3×10－36。要除去溶液中的Cu2＋，选用下列哪种沉淀剂更好？为什么？ ①Na2CO3 ②NaOH ③Na2S 4．常温下，要去除ZnSO4溶液中混有的Fe3＋，可以通过调节溶液的pH来实现，试通过计算确定，当调节溶液的pH超过多少时可认为Fe3＋沉淀完全？{已知：Ksp[Fe(OH)3]≈1×10－39，溶液中c(Fe3＋)＝10－5 mol·L－1时可认为Fe3＋沉淀完全} 任务2：实验3—3：Mg(OH)2沉淀溶解的方法 实验操作向3支盛有少量Mg(OH)2固体的试管中分别滴加适量的蒸馏水、盐酸和NH4Cl溶液实验装置实验现象
(1)应用平衡移动原理，解释为什么Mg(OH)2能溶于盐酸？ (2)应用平衡移动原理，解释为什么Mg(OH)2能溶于NH4Cl溶液？
目标二：能用平衡移动原理分析理解沉淀转化的实质及应用。 任务1：1.实验3—4：探究难溶性银盐之间的转化 实验操作实验现象离子方 程式
(1)通过上述实验，你能比较出AgCl、AgI、Ag2S三者溶解度的大小及Ksp的大小顺序吗？ (2)已知常温下Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝8.5×10－17，试应用平衡移动原理解释为什么AgCl能转化成AgI？写出该沉淀转化反应的离子方程式。 2.实验3—5：探究Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化 实验操作实验现象 离子方程式
已知：Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，试应用平衡移动原理解释为什么Mg(OH)2能转化成Fe(OH)3？写出该沉淀转化反应的离子方程式。 3．通过上述[实验3-4]、[实验3-5]，你得出的实验结论是什么？ 4．锅炉水垢的成分中含有CaSO4，且CaSO4用酸不能溶解，如何除去锅炉水垢中的CaSO4？[已知：Ksp(CaCO3)＝3.4×10－9，Ksp(CaSO4)＝4.9×10－5] 任务2：重晶石(主要成分为BaSO4)是制备钡的化合物的重要原料，由重晶石制备BaCl2的大致流程如图。 重晶石BaCO3BaCl2 (1)查阅相关数据知Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，Ksp(BaCO3)=5.1×10-9，请计算硫酸钡转化为碳酸钡的转化常数，并判断该转化难度。 (2)由重晶石转化为BaCO3时，所加试剂a应是什么物质？该步转化为什么能够实现？ (3)1 mol的BaSO4(s)用1 L碳酸钠溶液浸泡，假设能把硫酸钡完全转化为BaCO3(溶液体积不变)，则需要碳酸钠浓度至少为多少 (4)由BaCO3转化为BaCl2的过程中，所加入的试剂b应是什么试剂？操作②所指的是哪种具体操作？ (5)钡餐透视误服BaCl2或BaCO3后会造成钡中毒，中毒者可服用5%的Na2SO4溶液解毒。当体液中c(Ba2+)<1×10-5 mol L时，几乎不会对身体造成影响，5%的Na2SO4溶液中c(SO)=0.35mol/L，试着通过计算解释为什么Ba2+中毒可服用5%Na2SO4溶液解毒。已知常温下Ksp(BaSO4)=1.1×10-10 mol2 L-2。
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
2新授课
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第14课时 沉淀溶解平衡的应用
【学习目标】
1.能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成的实质及应用。 2.能用平衡移动原理分析理解沉淀转化的实质及应用。
【学习活动】
学习任务
目标一：能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成的实质及应用。 任务1：在涉及无机物制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。例如，用化学沉淀法处理废水的工艺流程示意图如下： 1．要除去溶液中的SO，选择加入可溶性的钙盐还是钡盐？为什么？ 参考答案：加入可溶性的钡盐，原因是BaSO4的Ksp比CaSO4的小，即BaSO4的溶解度小，SO沉淀得更完全，溶液中剩余的SO浓度更小。 2．工业废水中的金属阳离子会对环境造成很大的危害，如何除去废水中的Cu2＋和Hg2＋？ 参考答案：加入沉淀剂Na2S，可以使废水中的Cu2＋、Hg2＋转化成CuS、HgS沉淀而除去。 3．已知常温下，CuCO3、Cu(OH)2、CuS的Ksp分别为1.4×10－10、2.2×10－20、6.3×10－36。要除去溶液中的Cu2＋，选用下列哪种沉淀剂更好？为什么？ ①Na2CO3 ②NaOH ③Na2S 参考答案：选用Na2S更好；原因是CuS的Ksp最小，溶解度最小，Cu2＋沉淀得更完全，溶液中剩余的Cu2＋最少。 4．常温下，要去除ZnSO4溶液中混有的Fe3＋，可以通过调节溶液的pH来实现，试通过计算确定，当调节溶液的pH超过多少时可认为Fe3＋沉淀完全？{已知：Ksp[Fe(OH)3]≈1×10－39，溶液中c(Fe3＋)＝10－5 mol·L－1时可认为Fe3＋沉淀完全} 参考答案：Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝10－5·c3(OH－)＝10－39 则c(OH－)＝ mol·L－1≈10－11.3 mol·L－1 c(H＋)＝＝ mol·L－1＝10－2.7 mol·L－1 pH＝－lg c(H＋)＝－lg 10－2.7＝2.7。 即调节到溶液的pH大于2.7时，Fe3＋沉淀完全。 任务2：实验3—3：Mg(OH)2沉淀溶解的方法 实验操作向3支盛有少量Mg(OH)2固体的试管中分别滴加适量的蒸馏水、盐酸和NH4Cl溶液实验装置实验现象沉淀不溶解沉淀溶解沉淀溶解
(1)应用平衡移动原理，解释为什么Mg(OH)2能溶于盐酸？ 参考答案：Mg(OH)2存在沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s)??Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，加入稀盐酸，H＋与OH－中和生成H2O，平衡体系中的c(OH－)不断减小，Q[Mg(OH)2]目标二：能用平衡移动原理分析理解沉淀转化的实质及应用。 任务1：1.实验3—4：探究难溶性银盐之间的转化 实验操作实验现象有白色沉淀生成白色沉淀转化为黄色沉淀黄色沉淀转化为黑色沉淀离子方 程式Ag＋＋Cl－===AgCl↓AgCl＋I－AgI＋Cl－2AgI＋S2－Ag2S＋2I－
(1)通过上述实验，你能比较出AgCl、AgI、Ag2S三者溶解度的大小及Ksp的大小顺序吗？ 参考答案：溶解度的大小顺序为AgCl>AgI>Ag2S，Ksp的大小顺序为Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)>Ksp(Ag2S)。 (2)已知常温下Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝8.5×10－17，试应用平衡移动原理解释为什么AgCl能转化成AgI？写出该沉淀转化反应的离子方程式。 参考答案：当向AgCl沉淀中滴加KI溶液时，溶液中Ag＋与I－的离子积: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的方向移动，直至建立新的沉淀溶解平衡： 如果加入足量的KI溶液，上述过程可以继续进行，直到绝大部分AgCl沉淀转化为AgI沉淀。反应的离子方程式可表示为I－(aq)＋AgCl(s)AgI(s)＋Cl－(aq)。 2.实验3—5：探究Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化 实验操作实验现象产生白色沉淀产生的白色沉淀逐渐变为红褐色沉淀离子方程式 Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓3Mg(OH)2＋2Fe3＋3Mg2＋＋2Fe(OH)3
已知：Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，试应用平衡移动原理解释为什么Mg(OH)2能转化成Fe(OH)3？写出该沉淀转化反应的离子方程式。 参考答案：当向Mg(OH)2沉淀中加入FeCl3溶液时，溶液中的OH－与Fe3＋的离子积:Q[Fe(OH)3]>Ksp[Fe(OH)3]，因此，Fe3＋与OH－结合生成Fe(OH)3沉淀，导致Mg(OH)2的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动，直至建立新的沉淀溶解平衡。 如果加入足量的FeCl3溶液，上述过程可以继续进行，直至绝大部分Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3沉淀，反应的离子方程式为3Mg(OH)2(s)＋2Fe3＋(aq)2Fe(OH)3(s)＋3Mg2＋(aq)。 3．通过上述[实验3-4]、[实验3-5]，你得出的实验结论是什么？ 参考答案：难溶电解质可以转化为更难溶的电解质，即溶解度小的沉淀能转化成溶解度更小的沉淀。 4．锅炉水垢的成分中含有CaSO4，且CaSO4用酸不能溶解，如何除去锅炉水垢中的CaSO4？[已知：Ksp(CaCO3)＝3.4×10－9，Ksp(CaSO4)＝4.9×10－5] 参考答案：先用饱和Na2CO3溶液浸泡，使CaSO4转化成溶解度更小、疏松、易溶于酸的CaCO3，最后再用稀盐酸除去CaCO3，除去过程的离子方程式为CaSO4(s)＋CO(aq)CaCO3(s)＋SO(aq)，CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑。 任务2：重晶石(主要成分为BaSO4)是制备钡的化合物的重要原料，由重晶石制备BaCl2的大致流程如图。 重晶石BaCO3BaCl2 (1)查阅相关数据知Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，Ksp(BaCO3)=5.1×10-9，请计算硫酸钡转化为碳酸钡的转化常数，并判断该转化难度。 参考答案：①BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO(aq) Ksp(BaSO4)=1.1×10-10， ②BaCO3(s)Ba2+(aq)+CO(aq) Ksp(BaCO3)=5.1×10-9， ①—②得:BaSO4(s)+CO(aq)BaCO3(s)+SO(aq) K=≈0.022， 转化常数较小较难实现。 (2)由重晶石转化为BaCO3时，所加试剂a应是什么物质？该步转化为什么能够实现？ 参考答案：选用的是饱和Na2CO3溶液。由于存在平衡关系BaSO4(s)＋Na2CO3(aq) BaCO3(s)＋Na2SO4(aq)，若要使BaSO4不断转化成BaCO3沉淀，应使溶液中Q=c(Ba2＋)·c(CO)>Ksp(BaCO3)。虽然BaSO4溶液中Ba2＋浓度很小，但可通过增大溶液中CO的浓度来达到目的。 (3)1 mol的BaSO4(s)用1 L碳酸钠溶液浸泡，假设能把硫酸钡完全转化为BaCO3(溶液体积不变)，则需要碳酸钠浓度至少为多少 参考答案： BaSO4(s)+C(aq)BaCO3(s)+S(aq) 始(mol) 1 n 0 0 转(mol) 1 1 1 1 平(mol) 0 n-1 1 1 K===0.022，解得n≈46.5，所以c(Na2CO3)=46.5 mol·L-1。 (4)由BaCO3转化为BaCl2的过程中，所加入的试剂b应是什么试剂？操作②所指的是哪种具体操作？ 参考答案：BaCO3＋2HCl===BaCl2＋CO2↑＋H2O，所以试剂b为稀盐酸。从BaCl2溶液中获得BaCl2固体可采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤的操作。 (5)钡餐透视误服BaCl2或BaCO3后会造成钡中毒，中毒者可服用5%的Na2SO4溶液解毒。当体液中c(Ba2+)<1×10-5 mol L时，几乎不会对身体造成影响，5%的Na2SO4溶液中c(SO)=0.35mol/L，试着通过计算解释为什么Ba2+中毒可服用5%Na2SO4溶液解毒。已知常温下Ksp(BaSO4)=1.1×10-10 mol2 L-2。 参考答案：c(Ba2+)=Ksp/c(SO)=1.1×10-10 mol2 L-2/0.35mol·L—1=3.1×10-10 mol·L—1<1×10-5 mol L—1
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
2
