(共32张PPT)
沉淀溶解平衡(第二课时)
采暖
发电
锅炉管道内的水垢
任务1
水垢含有Mg(OH)2、CaCO3、CaSO4等,除水垢的方法有“酸洗”,即用盐酸浸泡。
请运用沉淀溶解平衡的原理解释原因。
Mg(OH)2(s)
Mg2+
(aq)
+
2OH-
(aq)
【分析】
核心物质:Mg(OH)2、CaCO3、CaSO4、HCl
寻找平衡:
CaCO3(s)
CO
(aq)
+
Ca2+
(aq)
CaSO4(s)
SO
(aq)
+
Ca2+
(aq)
2?
3
2?
4
【实验】
氢氧化镁浊液
滴加几滴酚酞溶液
【分析】
Mg(OH)2(s)
Mg2+(aq)
+
2OH-(aq)
平衡
向溶解的方向
移动
c(OH-
)
减小
Mg(OH)2
溶解
消耗
OH-
加
盐酸
Q
<
Ksp
想一想:如何设计实验证明?
盛有Mg(OH)2
浊液的试管
适量
盐酸
观察现象
盛有等量
Mg(OH)2浊液
的试管
等体积
蒸馏水
观察现象
实验2是对比实验,排除实验1中蒸馏水的影响。
实验1
实验2
【分析】
【小结】
加水,对Mg(OH)2的沉淀溶解平衡影响不明显。
加盐酸,沉淀溶解。
对于Mg(OH)2的沉淀溶解平衡,H+与OH-反应,使c(OH-)减小,使Q
<Ksp,平衡向沉淀溶解的方
向移动。只要盐酸足够,沉淀完全溶解。
Mg(OH)2(s)
Mg2+(aq)
+
2OH-(aq)
+H+
H2O
【小结】
H2CO3
H2O
+
CO2↑
+
H+
HCO
(aq)
CaCO3(s)
CO
(aq)
+
Ca2+(aq)
+
H+
CO2气体的生成和逸出,使CO
的浓度不断减小,使Q
<
Ksp,平衡向沉淀溶解的方向移动。
只要盐酸足够,沉淀完全溶解。
【试一试】
运用沉淀溶解平衡解释稀盐酸除碳酸钙的原理。
?
3
2?
3
2?
3
【思考】
稀盐酸能除去CaSO4吗?
CaSO4(s)
SO
(aq)
+
Ca2+(aq)
2?
4
加入盐酸,不能使CaSO4溶解。
任务2
除去水垢中的CaSO4等,需要另一种方法——“碱洗”。
即用Na2CO3溶液等浸泡一段时间,再辅以“酸洗”,可除去CaSO4。
请运用沉淀溶解平衡的原理解释原因。
【分析】
核心物质:CaSO4、Na2CO3、HCl
寻找平衡:
平衡
向溶解的方向
移动
CaSO4
溶解
加
Na2CO3
Q
<
Ksp
生成CaCO3
酸洗
除去
CaSO4(s)
SO
(aq)
+
Ca
(aq)
2?
4
2+
消耗
Ca2+
c(Ca2+
)
减小
CaSO4(s)
SO
(aq)
+
Ca2+(aq)
+
CO
(aq)
CaCO3(s)
CaSO4
→
CaCO3
沉淀的转化
2?
4
对于CaSO4的沉淀溶解平衡,
CO
与Ca2+反应,使c(Ca2+)减小,使Q
<
Ksp,平衡向CaSO4溶解的方向移动。生成的CaCO3
,可用盐酸除去。
2?
3
2?
3
【分析】
CaSO4(s)
+
CO
(aq)
CaCO3
(s)
+
SO
(aq)
4.9×10-5
3.4×10-9
上述沉淀的转化过程离子方程式可以表示为:
2?
4
2?
3
K
=
c(SO
)
2?
4
c(CO
)
2?
3
c(CO
)·c
(Ca2+)
2?
3
=
c(SO
)·c
(Ca2+)
2?
4
=
Ksp
(CaSO4)
Ksp
(CaCO3)
=
≈
1.4×104
【分析】
任务3
由CaSO4(25
℃Ksp
=
4.9×10-5
)转化为CaCO3
(25
℃
Ksp
=
3.4×10-9
),某同学推测溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀,设计实验验证下列沉淀的转化。请评价是否合理,并说明理由。
AgCl
→
AgI
→
Ag2S
过量
0.1
mol/L
NaCl溶液
预期
生成
白色
沉淀
几滴
0.1
mol/L
KI溶液
预期
白色沉淀
转化为
黄色沉淀
AgCl沉淀
AgI沉淀
预期
黄色沉淀
转化为
黑色沉淀
几滴
0.1
mol/L
Na2S溶液
Ag2S沉淀
Ksp
=
6.3×10-50
Ksp
=
1.8×10-10
Ksp
=
8.5×10-17
几滴
0.1
mol/L
AgNO3溶液
保证Ag+不过量
会与过量Ag+生成沉淀,无法证明平衡移动。
过量
0.1
mol/L
NaCl溶液
预期
生成
白色
沉淀
几滴
0.1
mol/L
AgNO3溶液
几滴
0.1
mol/L
KI溶液
预期
白色沉淀
转化为
黄色沉淀
预期
黄色沉淀
转化为
黑色沉淀
几滴
0.1
mol/L
Na2S溶液
【小结】
AgI(s)
AgCl(s)
Ag+(aq)
+
Cl-(aq)
白色
黄色
Ksp
=
1.8×10-10
Ksp=8.5×10-17
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,直至建立新沉淀溶解平衡。
+
I-(aq)
如果加入足量的KI溶液,上述过程会继续进行,直到绝大部分AgCl沉淀转化为AgI沉淀。
反应的离子方程式表示为:
AgCl(s)
+
I-(aq)
AgI(s)
+
Cl-(aq)
【小结】
AgI(s)
AgCl(s)
Ag+(aq)
+
Cl-(aq)
白色
黄色
Ksp
=
1.8×10-10
Ksp=8.5×10-17
+
I-(aq)
当向AgI沉淀中滴加Na2S溶液时,溶液中Ag+与
S2-的离子积——
Q(Ag2S)>Ksp(Ag2S),因此
Ag+与S2-结合生成Ag2S沉淀,导致AgI的沉淀溶解平衡向
溶解的方向移动,直至建立新沉淀溶解平衡。
+
S2-(aq)
Ag2S(s)
AgI(s)
Ag+(aq)
+
I-(aq)
黄色
黑色
Ksp
=
6.3×10-50
Ksp
=
8.5×10-17
【小结】
如果加入足量的Na2S溶液,上述过程会继续进行,直到绝大部分AgI沉淀转化为Ag2S沉淀。
反应的离子方程式表示为:
2AgI(s)
+
S2-(aq)
Ag2S(s)
+
2I-(aq)
+
S2-(aq)
Ag2S(s)
AgI(s)
Ag+(aq)
+
I-(aq)
黄色
黑色
Ksp
=
6.3×10-50
Ksp
=
8.5×10-17
【小结】
【小结】
沉淀的转化实质是沉淀溶解平衡的移动。
一般来说,溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现。两者的溶解度差别越大,转化越容易。
学以致用
自然界中,各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变成CuSO4溶液,并向深部渗透,遇到深层的闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS),便慢慢地使它们转化为铜蓝(CuS)。
请运用沉淀溶解平衡的原理解释原因。
【分析】
闪锌矿(ZnS)存在沉淀溶解平衡:
+
Cu2+(aq)
CuS(s)
ZnS(s)
S2-(aq)
+
Zn2+(aq)
Ksp
=
6.3×10-36
Ksp
=
1.6×10-24
ZnS(s)
+
Cu2+(aq)
CuS(s)
+
Zn2+(aq)
PbS(s)
+
Cu2+(aq)
CuS(s)
+
Pb2+(aq)
【分析】
方铅矿(PbS)存在沉淀溶解平衡:
+
Cu2+(aq)
CuS(s)
PbS(s)
S2-(aq)
+
Pb2+(aq)
Ksp
=
6.3×10-36
Ksp
=
8.0×10-28
【自我诊断】
①将0.1
mol/L
MgCl2
溶液和0.5
mol/L
NaOH
溶液等体积混
合得到浊液;
②取少量①中浊液,滴加0.1
mol/L
FeCl3
溶液,出现红褐
色沉淀;
③将①中浊液过滤,取少量白色沉淀,滴加0.1
mol/L
FeCl3
溶液,白色沉淀变为红褐色;
根据上述实验,下列说法不正确的是(
)
A.将①中所得浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+
B.浊液中存在沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s)
Mg2+(aq)
+
2OH-(aq)
C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶
【自我诊断】
①将0.1
mol/L
MgCl2
溶液和0.5
mol/L
NaOH
溶液等体积混
合得到浊液;
②取少量①中浊液,滴加0.1
mol/L
FeCl3
溶液,出现红褐
色沉淀;
③将①中浊液过滤,取少量白色沉淀,滴加0.1
mol/L
FeCl3
溶液,白色沉淀变为红褐色;
根据上述实验,下列说法不正确的是(
)
A.将①中所得浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+
B.浊液中存在沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s)
Mg2+(aq)
+
2OH-(aq)
C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶
①将0.1
mol/L
MgCl2
溶液和0.5
mol/L
NaOH
溶液等体积混
合得到浊液;
②取少量①中浊液,滴加0.1
mol/L
FeCl3
溶液,出现红褐
色沉淀;
③将①中浊液过滤,取少量白色沉淀,滴加0.1
mol/L
FeCl3
溶液,白色沉淀变为红褐色;
根据上述实验,下列说法不正确的是(
)
A.将①中所得浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+
B.浊液中存在沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s)
Mg2+(aq)
+
2OH-(aq)
C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶
C
【自我诊断】
1
任务1
3
任务3
2
任务2
除水垢时“酸洗”的化学原理——沉淀的溶解。
除水垢时“碱洗”的化学原理——沉淀的转化。
设计实验进一步探究沉淀的转化规律。
【学以致用】
总结
应用
沉淀的
生成
沉淀溶解平衡
沉淀的
溶解
沉淀的
转化
核心物质
寻找平衡
比较Q、Ksp
改变条件
向沉淀
生成方向
进行
向沉淀
溶解方向
进行(共44张PPT)
沉淀溶解平衡(第一课时)
电子
医用金属
饰品
【资料】
白鲢
鲤鱼
蝌蚪
48
小时
约3.0×10-7
mol/L
约1.7×10-7
mol/L
约1.0×10-7
mol/L
银离子对几种水生动物的半致死浓度
现用1
mL
0.010
mol/L
AgNO3溶液模拟工业废水,某同学提出可以加入1
mL
0.012
mol/L的NaCl溶液,充分反应,完全沉淀其中的Ag+。
这种方法是否合理?说明理由。
任务一
1
mL
0.012
mol/L
NaCl溶液
1
mL
0.010
mol/L
AgNO3溶液
Cl-
+
Ag+
AgCl↓
化学式
溶解度/
g
AgCl
1.5×10-4
AgNO3
211
AgBr
8.4×10-6
Ag2SO4
0.786
Ag2S
1.3×10-16
BaCl2
35.7
Ba(OH)2
3.89
BaSO4
3.1×10-4
Ca(OH)2
0.160
CaSO4
0.202
Mg(OH)2
6.9×10-4
Fe(OH)3
3×10-9
【看一看】
观察教科书77页的
表3-3
几种电解质的
溶解度(20
℃),思
考生成AgCl沉淀的离子反应完成后,溶液中是否还有Ag+?
化学式
溶解度/
g
AgCl
1.5×10-4
AgNO3
211
AgBr
8.4×10-6
Ag2SO4
0.786
Ag2S
1.3×10-16
BaCl2
35.7
Ba(OH)2
3.89
BaSO4
3.1×10-4
Ca(OH)2
0.160
CaSO4
0.202
Mg(OH)2
6.9×10-4
Fe(OH)3
3×10-9
【看一看】
观察教科书77页的
表3-3
几种电解质的
溶解度(20
℃),思
考生成AgCl沉淀的离子反应完成后,溶液中是否还有Ag+?
【分析】
10g
1g
0.01g
易溶
可溶
微溶
难溶
AgNO3
BaCl2
Ba(OH)2
Ag2SO4
Ca(OH)2
CaSO4
AgCl
AgBr
Ag2S
BaSO4
Mg(OH)2
Fe(OH)3
习惯上将溶解度小于0.01
g的电解质称为难溶电解质。
尽管难溶电解质的溶解度很小,但在水中并不是绝对不溶。
生成AgCl沉淀后,有三种粒子在反应体系中共存:
AgCl(s)
、Ag+(aq)、
Cl-(aq)
即使过量的NaCl也无法完全沉淀溶液中的Ag+。
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
溶解
+
-
Ag+
Cl-
H2O
沉淀
AgCl(s)
Ag+(aq)
+
Cl-(aq)
【小结】
当AgNO3溶液和NaCl溶液反应:
反应起始:
充分反应后:
υ(沉淀)
>
υ(溶解)
沉淀增多
υ(沉淀)
=
υ(溶解)
沉淀不再增多
达到沉淀溶解平衡
AgCl(s)
Ag+(aq)
+
Cl-(aq)
沉淀溶解平衡:
注意:①可逆号表示沉淀、溶解同时进行
②物质状态:固体(s)、溶液(aq)
BaSO4(s)
Ba2+(aq)
+
SO
(aq)
CaCO3(s)
Ca2+(aq)
+
CO
(aq)
AgI(s)
Ag+(aq)
+
I-(aq)
Ag2S(s)
2Ag+(aq)
+
S2-(aq)
2?
4
2?
3
【试一试】
请写出BaSO4、CaCO3、AgI、Ag2S的沉淀溶解平衡表达式。
元素守恒、电荷守恒
BaSO4(s)
Ba2+(aq)
+
SO
(aq)
CaCO3(s)
Ca2+(aq)
+
CO
(aq)
AgI(s)
Ag+(aq)
+
I-(aq)
Ag2S(s)
2Ag+(aq)
+
S2-(aq)
2?
4
2?
3
【试一试】
请写出BaSO4、CaCO3、AgI、Ag2S的沉淀溶解平衡表达式。
上述1
mL
0.012
mol/L的
NaCl溶液与1
mL
0.010
mol/L
AgNO3溶液充分反应后,溶液中剩余Ag+的浓度是多少?
涉及化学平衡的计算常需要哪些数据?
任务二
难溶电解质的沉淀溶解平衡的平衡常数,称为溶度积常数,简称溶度积,符号为Ksp。
AgCl(s)
Ag+(aq)
+
Cl-(aq)
Ksp
=
c(Ag+)·c(Cl-)
Ag2S(s)
2Ag+(aq)
+
S2-(aq)
Ksp
=
c2(Ag+)·c(S2-
)
(1)
(2)
难溶电解质的沉淀溶解平衡的平衡常数,称为溶度积常数,简称溶度积,符号为Ksp。
【想一想】
查阅教科书122页常见难溶电解质的溶度积常数
(25
℃),你发现了什么?能提出几个关于溶度积的问题吗?
化学式
Ksp
化学式
Ksp
AgCl
1.8×10-10
CuS
6.3×10-36
AgBr
5.4×10-13
ZnS
1.6×10-24
AgI
8.5×10-17
PbS
8.0×10-28
Ag2S
6.3×10-50
FeS
6.3×10-18
Ag2SO4
1.2×10-5
HgS
1.6×10-52
常见难溶电解质的溶度积常数(25
℃)
难溶
微溶
关于溶度积(Ksp)几点说明:
①Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。
Ksp越小,越难溶。
常见难溶电解质的溶度积常数(25
℃)
化学式
Ksp
化学式
Ksp
AgCl
1.8×10-10
CuS
6.3×10-36
AgBr
5.4×10-13
ZnS
1.6×10-24
AgI
8.5×10-17
PbS
8.0×10-28
Ag2S
6.3×10-50
FeS
6.3×10-18
Ag2SO4
1.2×10-5
HgS
1.6×10-52
关于溶度积(Ksp)几点说明:
①Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。
Ksp越小,越难溶。
②Ksp与温度有关。
其它条件一定时,一般温度越高,Ksp越大。
③根据某温度下溶度积Ksp与溶液中离子积Q
的相对大小,可以判断难溶电解质的沉淀或溶解情况。
Q
>
Ksp,溶液中有沉淀析出;
Q
=
Ksp,沉淀与溶解处于平衡状态;
Q
<
Ksp,溶液中无沉淀析出。
AgCl(s)
Ag+(aq)
+
Cl-(aq)
Ksp
=
c(Ag+)·c(Cl-)
关于溶度积(Ksp)几点说明:
【分析】
1
mL
0.012
mol/L
NaCl溶液与1
mL
0.010
mol/L
AgNO3溶液充分反应后剩余Ag+的浓度为(忽略溶液体积变化):
c(Cl-)
=
1
mL×0.012
mol/L-1
mL×0.010
mol/L
1
mL+1
mL
=
0.001
mol/L
c(Ag+)
=
Ksp
c(Cl-)
=
1.8×10-7
mol/L
=
0.001
1.8×10-10
根据:
Ksp
=
c(Ag+)·c(Cl-)
=
1.8×10-10
国家各行业污染物排放标准中,规定了不同的Ag+
排放标准,例如有些行业规定不能超过约1×10-7
mol/L。
一般情况,当溶液中剩余离子的浓度小于1×10-5
mol/L时,化学上通常认为生成沉淀的反应就进行完全了。
根据本节课所学内容,请思考如何使沉淀反应完成后,溶液中的Ag+浓度能够尽量小?
你能想出几种办法?
【看一看】
查阅教科书122页常见难溶电解质的溶度积
常数(25
℃),能否给你一些启示呢?
任务三
【分析】根据
Ksp
=
c(Ag+)·c(Cl-)
①保持Ksp不变,使c(Cl-)变大。
可以增大加入的NaCl溶液的浓度。
可以降低反应温度,使AgCl的Ksp数值变小。
②保持c(Cl-)不变,使Ksp变小。
化学式
Ksp
化学式
Ksp
AgCl
1.8×10-10
CuS
6.3×10-36
AgBr
5.4×10-13
ZnS
1.6×10-24
AgI
8.5×10-17
PbS
8.0×10-28
Ag2S
6.3×10-50
FeS
6.3×10-18
Ag2SO4
1.2×10-5
HgS
1.6×10-52
常见难溶电解质的溶度积常数(25
℃)
③选择生成Ksp更小的物质。
可以用含硫化合物沉淀Ag+。
(Ag2S的Ksp为6.3×10-50)
【分析】根据
Ksp
=
c(Ag+)·c(Cl-)
①保持Ksp不变,使c(Cl-)变大。
可以增大加入的NaCl溶液的浓度。
可以降低反应温度,使AgCl的Ksp数值变小。
②保持c(Cl-)不变,使Ksp变小。
【算一算】
用Na2S溶液沉淀AgNO3溶液中的Ag+,充分反应后,测得剩余溶液中的S2-
的浓度为1.0×10-4
mol/L,此时剩余溶液中Ag+的浓度为多少?(
25
℃
)
Ag2S(s)
2Ag+(aq)
+
S2-(aq)
Ksp
=
c2(Ag+)·c(S2-)
【解】?
=
Ksp
6.3×10-50
c
2(Ag+)
=
c(S2-)
=
6.3×10-46
c(Ag+)≈
借助计算器可以计算:
1.0×10-4
2.5×10-23
mol/L
答:此时剩余溶液中的Ag+的浓度为
2.5×10-23
mol/L。
常见难溶电解质的溶度积常数(25
℃)
用SO
沉淀Ag+,如果反应后剩余溶液中的SO
浓度是0.1
mol/L,经计算,剩余溶液中Ag+的浓度约为0.01
mol/L。达不到沉淀完全的标准。
2?
4
2?
4
微溶
化学式
Ksp
AgCl
1.8×10-10
AgBr
5.4×10-13
AgI
8.5×10-17
Ag2S
6.3×10-50
Ag2SO4
1.2×10-5
化学式
Ksp
化学式
Ksp
AgCl
1.8×10-10
CuS
6.3×10-36
AgBr
5.4×10-13
ZnS
1.6×10-24
AgI
8.5×10-17
PbS
8.0×10-28
Ag2S
6.3×10-50
FeS
6.3×10-18
Ag2SO4
1.2×10-5
HgS
1.6×10-52
在工业废水处理过程中,以Na2S作沉淀剂,使废水中的某些金属离子如Cu2+、Hg2+等,成极难溶的CuS、HgS等沉淀而除去,是分离、除去杂质常用的方法。
常见难溶电解质的溶度积常数(25
℃)
用Cl-
用S2-
原料易得
沉淀Ag+的选择性好
引入过量的Cl-
……
沉淀更完全
能同时沉淀多种金属离子
引入过量的S2-
……
【想一想】
用Cl-、S2-除去水中Ag+,各有什么优缺点?
除了沉淀法,除去废水中Ag+的方法还有:
电解法、离子交换法、吸附法、膜分离法……
实际处理废水时,是根据废水的成分、离子浓度、排放标准、工艺时长、能源消耗、成本等选择合适的方法,或者联合使用多种方法。
工业原料氯化铵中含杂质氯化铁,将含杂质的氯化铵溶解于水,再加入氨水调节pH,可使
Fe3+生成
Fe(OH)3
沉淀而除去。
请运用所学知识分析加氨水的优点有哪些?
若使Fe3+沉淀完全需要调节溶液的pH至少为多少?
学以致用
除去氯化铵中的氯化铁,可以将Fe3+转化为沉淀,与氯化铵溶液分离。
查阅教科书122页表格,25
℃难溶电解质Fe(OH)3
的Ksp
=
2.8×10-39。
需要选择使溶液中OH-浓度增大的试剂。
【分析】
NH4Cl
FeCl3
溶解
氨水
NH4Cl溶液
Fe(OH)3沉淀
Fe3+
+
3NH3·H2O
=
Fe(OH)3↓
+
3NH
+
4
【分析】
沉淀除杂原则:选择生成Ksp
尽量小的沉淀
不引入新的粒子
不消耗其他原料
NH4Cl
FeCl3
溶解
氨水
NH4Cl溶液
Fe(OH)3沉淀
Fe3+
+
3NH3·H2O
=
Fe(OH)3↓
+
3NH
+
4
【分析】
6.5×10-12
mol/L
【分析】
Fe(OH)3(s)
Fe3+(aq)
+
3OH-(aq)
Ksp
=
c(Fe3+)·c3(OH-)
根据
当溶液中Fe3+的浓度为1×10-5
mol/L时:
=
Ksp
2.8×10-39
c(Fe3+)
=
2.8×10-34
1.0×10-5
c3(OH-)
=
c(OH-)
=
pH
≈
2.8
调节溶液的pH>2.8,可认为完全沉淀了Fe3+。
工业处理含Cu2+、Fe3+等的混合溶液时,常利用不同金属离子生成氢氧化物所需的pH不同,来分离金属离子。
Cu2+
Fe3+
Cu2+
Fe(OH)3
调节pH
约为4.0
化学式
Ksp
Cu(OH)2
2.2×10-20
Fe(OH)3
2.8×10-39
1
任务一
3
任务三
2
任务二
用1
mL
0.012
mol/L
NaCl溶液与1
mL
0.010
mol/L
AgNO3溶液充分反应,可以完全沉淀其中的Ag+吗?
上述溶液充分反应后剩余Ag+的浓度是多少?
如何使沉淀反应后溶液中Ag+的浓度尽量小?
【学以致用】
总结
难溶
电解质
沉淀
反应视角
平衡视角
沉淀溶解平衡
溶解
表达
Ksp
应用
沉淀
生成
?
总结
难溶
电解质
沉淀
反应视角
平衡视角
沉淀溶解平衡
溶解