資源簡介

(共36張PPT)
專題3 水溶液中的離子反應
第四單元 沉淀溶解平衡
沉淀溶解平衡原理的應用
1．能用平衡移動原理分析理解沉淀的溶解與生成、沉淀轉化的實質。
2．學會用沉淀溶解平衡的移動解決生產、生活中的實際問題。
【學習目標】
交流討論
可溶性鋇鹽(如BaCl2等)當作食鹽食用，會造成鋇中毒。中毒患者常用5.0%的Na2SO4溶液洗胃的原因是什么？
中毒后服用Na2SO4溶液(5.0%)洗胃，此時SO42-與Ba2＋結合生成BaSO4沉淀，可緩解Ba2＋對人體的毒害。
實驗探究
沉淀的轉化實驗
實驗現象 化學方程式
實驗1
實驗2
實驗3
有白色沉淀生成
Ag++Cl-=AgCl↓
白色沉淀轉化黃色沉淀
黃色沉淀轉化為黑色沉淀
AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq)
2AgI(s)+S2-(aq) Ag2S(s)+2I-(aq)
NaCl一定過量
實驗關鍵：第一步中Ag＋的必須反應完全！！
◢注意事項◣
①滴加NaCl溶液需過量。如果Ag＋過量，殘留的Ag＋與I－直接結合生成AgI沉淀，不能保證一定有AgCl轉化成AgI。
②本實驗不能證明Ksp(AgI)>Ksp(Ag2S)，因為二者表達式不同。
③比較Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)，也可在等物質的量濃度的NaCl、KI混合溶液中逐滴滴加AgNO3溶液，先生成黃色的AgI沉淀。
交流討論
1．若將實驗2加少量KI溶液后的試管靜置，再向上層清液中滴加AgNO3溶液，請預測觀察到的現象，并分析該現象產生的原因？
實驗2中，加入KI溶液，發生的反應為AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq)，上層清液中c(Cl-)較大，滴加AgNO3溶液，Ag+與Cl-生成AgCl白色沉淀。
2．20℃時，AgCl、AgI、Ag2S的溶解度分別為1.4×10-4g，2.1×10-7g，6.3×10-16g，根據它們溶解能力的差異，說明產生上述現象的原因。
AgCl＞AgI＞Ag2S
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(s)
KI = I- + K+
+
AgI(s)
2AgI(s) 2Ag+ (aq) + 2I-(aq)
Na2S = S2- + 2Na+
+
Ag2S(s)
加入KI溶液，生成更難溶的AgI，促使AgCl的沉淀溶解平衡向溶解方向移動。
加入Na2S溶液，生成更難溶的Ag2S，促使AgI的沉淀溶解平衡向溶解方向移動。
AgCl(s)+I-(aq) AgI(s)+Cl-(aq)
2AgI(s)+S2-(aq) Ag2S(s)+2I-(aq)
向AgCl沉淀中滴加KI溶液時，溶液中的Ag＋和I－結合生成了更難溶解的AgI，溶液中Ag＋濃度減小，促使AgCl的沉淀溶解平衡向其溶解的方向移動，最終AgCl完全轉化為AgI。AgI轉化為Ag2S的原理相同。
沉淀轉化的實質就是沉淀溶解平衡的移動，一般而言，溶解能力相對較強的物質容易轉化為溶解能力較弱的物質。
兩種沉淀的溶解度差別越大，沉淀轉化越容易。
沉淀的轉化
沉淀
沉淀
Ksp變小
溶解度更小
AgCl AgI Ag2S
Ksp（25℃） 1.8×10－10 8.3×10－17 6.3×10－50
(1)一般來說，當溶液中有多種可以沉淀的離子且生成相同類型的沉淀時，Ksp越小的越先沉淀。
(2)當離子濃度小于1×10－5 mol·L－1時，認為已完全沉淀。
沉淀轉化原理
注意事項
在25 ℃時，AgCl的白色懸濁液中，依次加入等濃度的KI溶液和Na2S溶液，觀察到的現象是先出現黃色沉淀，最后出現黑色沉淀。已知有關物質的溶度積Ksp(25 ℃)如表所示：
下列敘述錯誤的是(　 )
A．沉淀轉化的實質就是沉淀溶解平衡的移動
B．溶解度小的沉淀可以轉化為溶解度更小的沉淀
C．AgCl固體在等物質的量濃度的NaCl、CaCl2溶液中的溶解度相同
D．25 ℃時，在飽和AgCl、AgI、Ag2S溶液中，所含Ag＋的濃度不同
AgCl AgI Ag2S
Ksp 1.8×10－10 8.3×10－17 6.3×10－50
C
說明：a.同離子效應對平衡的影響。
b.在含相同離子不同難溶物的飽和體系中，Ksp不同，其同一離 子的濃度大小不同。
自然界地表層原生銅的硫化物經氧化、淋濾作用后變成CuSO4溶液，向地下深層滲透，遇到難溶的ZnS或PbS，慢慢轉變為銅藍(CuS)。下列分析正確的是(　　)
A．CuS的溶解度大于PbS的溶解度
B．原生銅的硫化物具有還原性，而銅藍沒有還原性
C．CuSO4與ZnS反應的離子方程式是Cu2＋＋S2－=CuS↓
D．整個過程涉及的反應類型有氧化還原反應和復分解反應
ZnS
或PbS
CuS
硫化物中硫的化合價為－2，均具有還原性
D
ZnS(s)+Cu2+ (aq) CuS(s)+Zn2+(aq)
Cu2+(aq) ＋ PbS(s) CuS(s)＋Pb2+(aq)
3.已知:Ksp(CuS)=1.3×10-36,Ksp(MnS)=2.6×10-13。工業生產中常用MnS作為沉淀劑除去工業廢水中Cu2+：Cu2+(aq)+MnS(s) CuS(s)+Mn2+(aq)。下列說法錯誤的是(　 　)
AC
A.反應達平衡后,繼續加入MnS,廢水中的Cu2+的去除率增加
B.該反應可將工業廢水中的Cu2+沉淀完全
C.往平衡體系中加入少量CuSO4固體后,c(Mn2+)變小
D.該反應的平衡常數K=2.0×1023
當離子濃度≤10-5mol/L時，可視為沉淀完全。
4.試利用平衡移動原理解釋下列事實:
(1)FeS不溶于水,但能溶于稀鹽酸中
(1)在FeS的飽和溶液中,存在沉淀溶解平衡FeS(s) Fe2++S2-,當加入稀鹽酸時,2H++S2- H2S↑,使c()減小,從而平衡右移,使FeS最終溶解。
答題模板：
在FeS的飽和溶液中,存在沉淀溶解平衡FeS(s) Fe2++S2-,當加入稀鹽酸時,2H++S2- H2S↑,使c()減小,從而平衡右移,使FeS最終溶解
4.試利用平衡移動原理解釋下列事實:
(2)CaCO3難溶于稀硫酸,卻能溶于醋酸中
答題模板
在FeS的飽和溶液中,存在沉淀溶解平衡FeS(s) Fe2++S2-,當加入稀鹽酸時,2H++S2- H2S↑,使c()減小,從而平衡右移,使FeS最終溶解
(2)CaCO3的溶解度小于CaSO4,在CaCO3的飽和溶液中,存在沉淀溶解平衡:CaCO3(s) Ca2++C,當加入稀硫酸時,生成的CaSO4微溶,又沉積在CaCO3表面,阻礙反應的進一步進行,從而使CaCO3難溶于稀硫酸;
當加入CH3COOH時,2CH3COOH+C H2O+CO2↑+2CH3COO-,使C濃度減小,且(CH3COO)2Ca溶于水,從而使CaCO3的沉淀溶解平衡右移,使CaCO3慢慢溶于醋酸中。
學以致用
鍋爐形成的水垢中常含有CaSO4，可先用Na2CO3溶液處理，使之轉化為疏松、易溶于酸的CaCO3，再用酸除去。
1．除去CaSO4水垢的原理是什么？
2 ．寫出除去水垢中的CaSO4的化學方程式和離子方程式。
CaSO4(s)＋Na2CO3(aq) CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)
CaSO4(s)＋CO32-(aq) CaCO3(s)＋SO42-(aq)
加入Na2CO3溶液，使CaSO4的沉淀溶解平衡向溶解方向進行，生成更難溶的CaCO3。
燒水壺的水垢
鍋爐及其管道內的水垢
CaCO3(s) CO32- (aq) + Ca2+ (aq)
H2CO3 H2O + CO2↑
+ H+
HCO3- (aq)
+ H+
沉淀溶解平衡解釋稀鹽酸除CaCO3的原理：
CO2氣體的生成和逸出，使CO32- 的濃度不斷減小，
Q ＜ Ksp，
平衡向沉淀溶解的方向移動
只要鹽酸足夠，沉淀完全溶解。
沉淀轉化的應用
重晶石（主要成分是BaSO4）是制備鋇化合物的重要原料，但是BaSO4不溶于水也不溶于酸、堿，難以直接利用。
沉淀轉化在生產和科研中具有極其重要的應用。在分析化學中常常先將難溶強酸鹽轉化為難溶弱酸鹽，然后用酸溶解，使陽離子進入溶液。
沉淀轉化的應用
處理方法
用飽和Na2CO3溶液處理，可將其轉化為易溶于酸的BaCO3。
Na2CO3 CO32- + 2Na+
BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO42-(aq)
+
BaCO3(s)
BaSO4(s)＋CO32- BaCO3(s)＋SO42-；
沉淀轉化的離子方程式：
沉淀轉化的應用
重晶石
（主要成分是BaSO4）
多次重復
飽和Na2CO3溶液
BaCO3(s)
鹽酸
Ba2+(aq)
轉化過程是用飽和Na2CO3溶液處理BaSO4沉淀，一段時間后移走上層溶液；再加入飽和Na2CO3溶液，重復處理多次，可使大部分BaSO4轉化為BaCO3，最后加入鹽酸，Ba2+便轉入到溶液中。
沉淀的溶解
如： CaCO3 、FeS、Al(OH)3、 Mg(OH)2、 Cu(OH)2等
① 酸溶解法：
沉淀溶解的方法
③鹽溶液溶解法：
②配位溶解法:
如——AgCl溶于氨水
AgCl + 2NH3·H2O = [Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H2O
如：Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液
Mg(OH)2 + 2NH4+ = Mg2+ + 2NH3·H2O
課堂探究
已知Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，Ksp(BaCO3)=2.6×10-9。向BaSO4中加入Na2CO3溶液，一段時間后達到平衡狀態。
（1）寫出有關的離子方程式：_____________________________。
（2）計算該反應的平衡常數K=____________________。
（3）討論BaSO4能轉化為BaCO3的條件是什么？
BaSO4(s)+CO32- (aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)
要使BaSO4轉化為BaCO3，則必須滿足c(CO32-)>24c(SO42-)，在BaSO4飽和溶液中，c(SO42-)≈1.0×10-5mol·L-1，故當c(CO32-)>2.4×10-4 mol·L-1時，BaSO4轉化為BaCO3。
當同類型的難溶物(如AB型)Ksp相差不大時，一定條件下可以相互轉化。
沉淀轉化的應用
齲齒與含氟牙膏
20世紀50年代，流行病學研究發現，氟化物具有預防齲齒的作用。1955年，含有氟化亞錫（SnF2）的牙膏問世。后來單氟磷酸鈉（Na2PO3F）代替了氟化亞錫。此外，預防齲齒的牙膏中的氟化物還有氟化鈉（NaF）和氟化鍶（SrF2）等。
齲齒的成因可能是食物在口腔細菌和酶的作用下產生的有機酸（例如糖類分解產生的乳酸）穿透牙釉質表面，使牙齒表面的礦物質羥基磷灰石［Ca5(PO4)3(OH)］溶解。由于細菌在牙齒表面形成一層黏膜——齒斑（或稱菌斑），有機酸能夠長時間與牙齒表面密切接觸，羥基磷灰石持續溶解，最終形成齲齒。
沉淀溶解平衡在生活中的應用
齬齒的形成原因及防治方法：牙齒表面由一層硬的組成Ca5(PO4)3OH(羥基磷灰石)的物質保護著，它在唾液中存在如下平衡：
Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+ (aq)+3PO43-(aq)+OH-(aq)。
(1)進食后，細菌和酶作用于食物，產生有機酸，這時牙齒就會受到腐蝕，其原因是 。
(2)根據羥基磷灰石的平衡體系，你能想到用什么方法保護牙齒？
(3)已知Ca5(PO4)3F(氟磷酸鈣)的溶解度比Ca5(PO4)3OH(羥基磷灰石)更小，請用離子方程式表示含氟牙膏能防止齬齒的原因： 。
5Ca2+ + 3PO43- + F-= Ca5（PO4）3F
氟磷灰石更能抵抗酸的侵蝕，使牙齒更堅固
Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2＋(aq)＋3PO43－(aq)＋OH－(aq)
牙膏中的F-能和Ca2＋和PO43－反應生成更難溶的Ca5(PO4)3F使牙齒更堅固。
牙膏中的Ca2＋使平衡向逆反應方向移動。
Ca5(PO4)3F
F-
含鈣、氟牙膏能防止蛀牙，使牙齒更堅固，你知道為什么嗎？
氟磷灰石比羥基磷灰石更能抵抗酸的侵蝕，并且氟離子還能抑制口腔細菌產生有機酸。含氟牙膏的使用顯著降低了齲齒的發生率，使人們的牙齒更健康。
課堂探究
已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20。如果某溶液中分別含有0.1mol·L-1的Fe3+和Cu2+。分別計算Fe3+和Cu2+開始沉淀和完全沉淀時的pH。（當離子濃度為1×10-5mol·L-1時，認為該離子完全沉淀）
Fe3+開始沉淀，必須滿足c(Fe3+)·c3(OH-)=Ksp[Fe(OH)3]，將c(Fe3+)= 0.1mol·L-1代入，計算可得c(OH-)=7.4×10-13 mol·L-1，計算pH=1.9，即pH=1.9時，Fe3+開始沉淀；Fe3+完全沉淀，必須滿足c(Fe3+)·c3(OH-)=Ksp[Fe(OH)3]，將c(Fe3+)= 1.0×10-5mol·L-1代入，計算可得c(OH-)=1.6×10-11 mol·L-1，計算pH=3.2，即pH=3.2時，Fe3+完全沉淀。用同樣的方法，計算可得Cu2+開始沉淀的pH為4.7，完全沉淀的pH為6.7。
M(OH)n完全沉淀的pH：Ksp=c(Mn+)·cn(OH-)=10-5×(10pH-14)n
除去CuSO4溶液中混有
的Fe3+的方法
CuSO4(aq)
（含Fe3+）
CuO、Cu(OH)2或
Cu2(OH)2CO3
調節溶液
pH=3~4
Cu2+
Fe(OH)3↓（除去Fe3+）
由于Fe(OH)3的溶解度比Cu(OH)2小得多，調節溶液的pH至3～4時，Cu2＋留在溶液中， Fe3＋水解生成Fe(OH)3而析出，達到除去Fe3＋的目的。
Cu(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3
Ksp（25℃） 2.2×10-20 8.0×10-16 4.0×10-38
金屬離子 Fe2+ Fe3+ Cu2+
開始沉淀的pH 6.3 1.9 4.7
沉淀完全的pH 8.3 3.2 6.7
(1)除去Cu2+中的Fe3+，應調節pH的范圍為： 。
(2)如何除去Cu2+中的Fe2+： 。
已知：
3.2≤pH<4.7
先將Fe2+氧化為Fe3+，再調節pH在3.2≤pH<4.7之間
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Cu(OH)2
1.9
開始
沉淀
沉淀
完全
沉淀
完全
沉淀
完全
開始
沉淀
開始
沉淀
3.2
4.7
6.7
6.3
8.3
氧化劑可用：雙氧水、氧氣等（不引入雜質）
2Fe2+ +H2O2+2H+ =2Fe3++2H2O
沉淀的生成
1．應用：在無機物的制備和提純、廢水處理等領域，常利用生成沉淀來達到分離或除去某些離子的目的。
2．方法
實例 操作及原理
調節 pH法
除去NH4Cl中的FeCl3
溶于水，加氨水調節pH
Fe3＋＋3NH3·H2O === Fe(OH)3↓＋3
除去CuCl2中的FeCl3
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
加Cu(OH)2：Cu(OH)2 + 2H+ === Cu2+ + 2H2O
加CuO：CuO + 2H+ === Cu2+ + 2H2O
沉淀的生成
1．應用：在無機物的制備和提純、廢水處理等領域，常利用生成沉淀來達到分離或除去某些離子的目的。
2．方法
實例 操作及原理
沉淀劑法
除去廢水中的Hg2+
加入Na2S：S2- + Hg2+ === HgS↓
除去廢水中的Cu2＋
通入H2S：H2S + Cu2+=== CuS↓ + 2H+
黑色
工業廢水
重金屬離子（如Cu2+、Hg2+等）轉化成沉淀
沉淀的轉化在工業廢水處理上的應用
加入Na2S、(NH4)2S等
加入FeS等
在工業廢水處理過程中，以硫化鈉作沉淀劑，使得廢水中的重金屬離子如Cu2+、Hg2+等，生成極難溶的CuS、HgS等沉淀而出去，是分離、除去雜質常用的方法。
學以致用
用沉淀溶解平衡原理解決下列問題：
1．除去NH4Cl溶液中的少量FeCl3。

2．除去MgCl2溶液中的少量CuCl2。
加入氨水，調節溶液pH=3~4，過濾。
加入MgO或Mg(OH)2，調節溶液pH=7，過濾。
沉淀溶解平衡
沉淀的溶解
沉淀的轉化
沉淀的生成
向沉淀溶解的方向進行
向沉淀生成的方向進行
QC>K
QC課堂練習
1．除去NaCl中的FeCl3需加入的試劑是(　　)
A．NaOH B．石灰水 C．銅片 D．氨水
答案：A
解析：在除去FeCl3時，不能引入新的雜質離子。
2．已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝1.0×10－16。下列說法錯誤的是(　　)
A．AgCl不溶于水，不能轉化為AgI
B．在含有濃度均為0.001 mol·L－1的Cl－、I－的溶液中緩慢加入AgNO3稀溶液，首先析出AgI沉淀
C．AgI比AgCl更難溶于水，所以，AgCl可以轉化為AgI
D．常溫下，AgCl若要在NaI溶液中開始轉化為AgI，則NaI的濃度必須不低于 ×10－11 mol·L－1
3.化工生產中常用MnS作沉淀劑除去工業廢水中的Cu2＋：
Cu2＋(aq)＋MnS(s)??CuS(s)＋Mn2＋(aq)
下列有關敘述中正確的是(　　)
①MnS的Ksp大于CuS的Ksp
②達到平衡時c(Mn2＋)＝c(Cu2＋)
③溶液中加入少量Na2S固體后，溶液中c(Cu2＋)、c(Mn2＋)保持不變
④該反應平衡常數K＝
A．①④ B．②③
C．①②③ D．②③④

說明： a .難溶電解質不一定是弱電解質，如BaSO4、AgCl等都是強電解質。
b.用沉淀法除雜不可能將雜質離子全部通過沉淀除去。一般認為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10－5 mol·L－1時，沉淀已經完全。
A
醫學上救治可溶性鋇鹽中毒，一般用5.0%的Na2SO4溶液給患者洗胃。已知：Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，5.0%的Na2SO4溶液中c(SO42-)=0.38mol·L-1，請通過計算說明：當胃液中SO42-濃度達到該數值時，能否有效解毒？
（根據資料，當胃液中的Ba2+濃度約小于10-4mol·L-1時，可以達到解毒目的）
c(Ba2+)=1.1×10-10/0.38=2.9×10-10mol·L-1
因為剩余的c(Ba2+)<10-4mol·L-1,所以有效除去了誤食的Ba2+

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