沉淀溶解平衡的应用鲁科版高中化学选修4学案.docx

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沉淀溶解平衡的应用鲁科版高中化学选修4学案

第2课时　沉淀溶解平衡的应用

[核心素养发展目标]　1.变化观念与平衡思想：

能用平衡移动原理分析理解沉淀的溶解与生成、沉淀转化的实质。

2.科学探究与创新意识：

学会用沉淀溶解平衡的移动解决生产、生活中的实际问题，并设计实验探究方案，进行沉淀转化等实验探究。

一、沉淀的溶解与生成

1．沉淀的生成

当溶液中浓度商（Q）大于溶度积（Ksp）时有沉淀生成。

（1）调节pH法

如加入氨水调节pH至4左右，可除去氯化铵溶液中的氯化铁。

反应离子方程式为：

Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe（OH）3↓＋3NH

。

（2）加沉淀剂法

如用Na2S、H2S等做沉淀剂，使Cu2＋、Hg2＋等生成难溶硫化物沉淀。

①通入H2S除去Cu2＋的离子方程式：

H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。

②加入Na2S除去Hg2＋的离子方程式：

Hg2＋＋S2－===HgS↓。

2．沉淀的溶解

当溶液中浓度商（Q）小于溶液积（Ksp）时，沉淀可以溶解。

（1）酸溶解：

如CaCO3难溶于水，却易溶于盐酸，原因是：

CaCO3在水中存在溶解平衡为CaCO3（s）

Ca2＋（aq）＋CO

（aq），当加入盐酸后发生反应：

CO

＋2H＋===H2O＋CO2↑，c（CO

）降低，溶解平衡向溶解方向移动。

（2）盐溶液溶解：

如Mg（OH）2溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为Mg（OH）2＋2NH

===Mg2＋＋2NH3·H2O。

沉淀反应的应用

（1）沉淀的生成和溶解是两个方向相反的过程，控制离子浓度，可以使反应向我们需要的方向转化。

（2）利用生成沉淀除去某种离子时，沉淀生成的反应进行得越完全越好。

（3）根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地移去溶解平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。

例1

　（2018·辽宁大连月考）已知相同温度下，Fe（OH）3的溶解度小于Mg（OH）2的溶解度，且随pH的升高，Fe（OH）3首先析出。

为除去MgCl2酸性溶液中的Fe3＋，可以在加热搅拌的条件下，加入一种试剂，过滤后再加入适量盐酸，这种试剂不可以是（　　）

A．NH3·H2OB．MgO

C．Mg（OH）2D．MgCO3

答案　A

解析　加NH3·H2O会引入新的杂质离子NH

。

MgO消耗Fe3＋水解生成的H＋，促使Fe3＋水解生成Fe（OH）3而除去，同时MgO转化为MgCl2，不会引入新的杂质，即使MgO过量，由于MgO难溶于水，过滤即可除去。

加Mg（OH）2和MgCO3的原理与加MgO原理相同。

考点

　沉淀的溶解与生成

题点

　沉淀的生成——调pH法

思维启迪——沉淀剂选择的原则

（1）要能除去溶液中指定的离子，又不能影响其他离子的存在，并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子还要便于除去，如沉淀NaNO3溶液中的Ag＋，可用NaCl作沉淀剂。

（2）溶液中沉淀物的溶解度越小，离子沉淀越完全，如沉淀Cu2＋，可将其转化成CuCO3、CuS或Cu（OH）2沉淀，但这三种沉淀中CuS的溶解度最小，因此，沉淀成CuS时Cu2＋除去得最完全。

（3）多种弱碱阳离子的混合溶液中的某种离子或某几种离子分离时，常通过控制溶液的pH使溶解度最小的物质最先沉淀除去，而被提纯的离子不能生成沉淀，还要注意除杂时不能引入新的杂质。

例2

　已知Ksp（AgCl）＝1.56×10－10mol2·L－2，Ksp（AgBr）＝7.7×10－13mol2·L－2，Ksp（Ag2CrO4）＝9.0×10－12mol3·L－3。

某溶液中含有Cl－、Br－和CrO

，浓度均为0.010mol·L－1，向该溶液中逐滴加入0.010mol·L－1的AgNO3溶液时，三种阴离子产生沉淀的先后顺序为（　　）

A．Cl－、Br－、CrO

B．CrO

、Br－、Cl－

C．Br－、Cl－、CrO

D．Br－、CrO

、Cl－

答案　C

解析　要产生AgCl沉淀，c（Ag＋）＞

mol·L－1＝1.56×10－8mol·L－1；

要产生AgBr沉淀，c（Ag＋）＞

mol·L－1＝7.7×10－11mol·L－1；

要产生Ag2CrO4，需c2（Ag＋）·c（CrO

）＞Ksp（Ag2CrO4）＝9.0×10－12mol3·L－3，

即c（Ag＋）＞

mol·L－1＝3.0×10－5mol·L－1；显然产生沉淀的顺序为Br－、Cl－、CrO

。

考点

　沉淀的溶解与生成

题点

　沉淀的生成——沉淀的先后

思维启迪——沉淀的顺序

当一种试剂能沉淀溶液中几种离子时，生成沉淀所需试剂离子浓度越小的越先沉淀；如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大，就能分步沉淀，从而达到分离离子的目的。

相关链接

沉淀的溶解、生成是沉淀溶解平衡的移动，可借助相关物质的Q与Ksp的相对大小判断，然后改变适当的条件来完成。

（1）沉淀的生成

当Q＞Ksp时，沉淀溶解平衡向左移动，会生成沉淀。

常用方法：

①调节溶液的pH，②加入合适沉淀剂。

（2）沉淀的溶解

当Q＜Ksp时，沉淀溶解平衡向右移动，沉淀会溶解。

常用方法：

①酸、碱溶解法，②盐溶解法，③配位溶解法，④氧化还原溶解法。

二、沉淀的转化

1．实验探究沉淀的转化

（1）ZnS沉淀转化为CuS沉淀

实验步骤

实验现象

有白色沉淀

有黑色沉淀

离子反应方程式

S2－（aq）＋Zn2＋（aq）===ZnS（s）

ZnS（s）＋Cu2＋（aq）===CuS（s）＋Zn2＋（aq）

实验结论

溶解能力小的沉淀可以转化成溶解能力更小的沉淀

（2）Ag＋的沉淀物的转化

实验步骤

实验现象

有白色沉淀生成

白色沉淀变为黄色

沉淀变为黑色

沉淀溶解能力

AgCl>AgI>Ag2S

2.沉淀转化的实质

（1）沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。

（2）一般说来，溶解能力小的沉淀转化为溶解能力更小的沉淀容易实现；两者差别越大，沉淀转化越容易。

3．沉淀转化的应用

（1）锅炉除水垢

水垢CaSO4（s）

CaCO3（s）

Ca2＋（aq）

有关化学方程式：

CaSO4（s）＋Na2CO3（aq）CaCO3（s）＋Na2SO4（aq）、CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。

（2）工业废水处理

工业废水处理过程中，重金属离子可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。

用FeS除去Hg2＋的离子方程式：

FeS（s）＋Hg2＋（aq）HgS（s）＋Fe2＋（aq）。

（3）水垢的形成

硬水煮沸形成的水垢主要成分是CaCO3和Mg（OH）2，说明它形成的原因（用化学方程式表示）。

Mg（HCO3）2

MgCO3↓＋H2O＋CO2↑，

Ca（HCO3）2

CaCO3↓＋H2O＋CO2↑，

MgCO3＋H2O

Mg（OH）2↓＋CO2↑。

沉淀转化的规律

（1）组成类型相同的难溶电解质，Ksp较大的难溶电解质容易转化为Ksp较小的难溶电解质。

（2）Ksp相差不大的难溶电解质，Ksp较小的难溶电解质在一定条件下（满足Qc＞Ksp）可以转化为Ksp较大的难溶电解质。

如在BaSO4饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液，也可以转化成Ksp较大的BaCO3。

例3

　向5mLNaCl溶液中滴入一滴AgNO3溶液，出现白色沉淀，继续滴加一滴KI溶液并振荡，沉淀变为黄色，再滴入一滴Na2S溶液并振荡，沉淀又变成黑色，根据上述变化过程，分析此三种沉淀物的溶解度关系为（　　）

A．AgCl＝AgI＝Ag2SB．AgCl

C．AgCl>AgI>Ag2SD．AgI>AgCl>Ag2S

答案　C

解析　沉淀溶解平衡总是向更难溶的方向转化，由转化现象可知三种沉淀物的溶解度关系为AgCl>AgI>Ag2S。

考点

　沉淀的转化

题点

　沉淀转化的实质

例4

　已知25℃：

难溶电解质

CaCO3

CaSO4

MgCO3

Ksp

2.8×10－9mol2·L－2

9.1×10－6mol2·L－2

6.8×10－6mol2·L－2

某学习小组欲探究CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀的可能性，实验步骤如下：

①向0.1mol·L－1的CaCl2溶液100mL中加入0.1mol·L－1的Na2SO4溶液100mL，立即有白色沉淀生成。

②向上述悬浊液中加入固体Na2CO33g，搅拌，静置沉淀后弃去上层清液。

③再加入蒸馏水搅拌，静置后再弃去上层清液。

④________________________________________________________________________。

（1）由题中信息知Ksp越大，表示电解质的溶解度越______（填“大”或“小”）。

（2）写出第②步发生的化学反应方程式：

_____________________________________

________________________________________________________________________。

（3）设计第③步的目的是____________________________________________________。

（4）请补充第④步操作及发生的现象：

________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）请写出该原理在实际生活、生产中的一个应用：

____________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）大　

（2）Na2CO3（aq）＋CaSO4（s）CaCO3（s）＋Na2SO4（aq）　（3）洗去沉淀中附着的SO

　（4）向沉淀中加入足量的盐酸，沉淀完全溶解，并放出无色无味的气体　（5）将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3，再用盐酸除去

解析　Ksp越大，表示电解质的溶解度越大，溶解度大的沉淀会向溶解度小的沉淀转化，要证明CaSO4完全转化为CaCO3，可以加入盐酸，因为CaSO4不和盐酸反应，而CaCO3可完全溶于盐酸。

在实际生活、生产中利用此反应可以将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3再用盐酸除去。

考点

　沉淀的转化

题点

　沉淀转化的应用

1．（2018·河南平顶山联考）T℃时，Ksp[Cu（OH）2]＝2.2×10－20mol3·L－3，Ksp[Fe（OH）3]＝1.1×

10－38mol4·L－4。

此温度下要除去CuCl2溶液中的少量FeCl3，可以边搅拌边加入一种试剂，这种试剂是（　　）

A．CuOB．NaOH溶液

C．氨水D．CuSO4溶液

答案　A

解析　根据溶度积常数可知氢氧化铜的溶度积大于氢氧化铁的溶度积，因此要除去混在CuCl2溶液中的FeCl3，可加入氢氧化铜粉末，CuO或CuCO3，通过调节溶液的pH，促进铁离子水解生成氢氧化铁沉淀而除去，且不引入新的杂质，本题选A。

考点

　沉淀的溶解与生成

题点

　沉淀的生成——调pH法

2．已知如下物质的溶度积常数：

Ksp（FeS）＝6.3×10－18mol2·L－2，Ksp（CuS）＝6.3×10－36mol2·L－2。

下列说法正确的是（　　）

A．同温度下，CuS的溶解度大于FeS的溶解度

B．同温度下，向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体后，Ksp（FeS）变小

C．向含有等物质的量的FeCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液，最先出现的沉淀是FeS

D．除去工业废水中的Cu2＋，可以选用FeS做沉淀剂

答案　D

解析　A项，由于FeS的Ksp大，且FeS与CuS的Ksp表达式是相同类型的，因此FeS的溶解度比CuS的大；B项，Ksp不随浓度变化而变化，它只与温度有关；C项，先达到CuS的Ksp，先出现CuS沉淀；D项，向含有Cu2＋的工业废水中加入FeS，FeS会转化为更难溶的CuS，故可以用FeS做沉淀剂。

考点

　沉淀的转化

题点

　沉淀转化的应用

3．（2018·郑州一中质检）实验：

①0.1mol·L－1AgNO3溶液和0.1mol·L－1NaCl溶液等体积混合得到浊液a，过滤得到滤液b和白色沉淀c；

②向滤液b中滴加0.1mol·L－1KI溶液，出现浑浊；

③向沉淀c中滴加0.1mol·L－1KI溶液，沉淀变为黄色。

下列分析不正确的是（　　）

A．浊液a中存在沉淀溶解平衡：

AgCl（s）Ag＋（aq）＋Cl－（aq）

B．滤液b中不含有Ag＋

C．③中颜色变化说明AgCl转化为AgI

D．实验可以证明AgI比AgCl更难溶

答案　B

解析　A项，在浊液a中，存在AgCl的沉淀溶解平衡，正确；B项，在滤液b中，仍含有少量Ag＋，故在b中加入KI溶液生成了AgI沉淀，错误；由于AgI比AgCl更难溶解，向c中加入0.1mol·L－1KI溶液，能发生沉淀的转化，生成黄色的AgI，C项和D项都正确。

考点

　沉淀的转化

题点

　沉淀转化的现象与分析

4．①已知t℃时AgCl的Ksp＝2×10－10mol2·L－2；②在t℃时Ag2CrO4的溶解平衡曲线如下图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．在t℃时，Ag2CrO4的Ksp为1×10－9mol3·L－3

B．在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4可使溶液由Y点到X点

C．在t℃时，用0.01mol·L－1AgNO3溶液滴定20mL0.01mol·L－1KCl和0.01mol·L－1K2CrO4的混合溶液，CrO

先沉淀

D．在t℃时，反应Ag2CrO4（s）＋2Cl－（aq）2AgCl（s）＋CrO

（aq）的平衡常数K＝2.5×107mol－1·L

答案　D

解析　A项，Ag2CrO4的Ksp＝[Ag＋]2[CrO

]＝[10－3]2×10－6＝10－12mol3·L－3；B项，加入K2CrO4可使沉淀溶解平衡左移，[Ag＋]减小；C项，CrO

形成沉淀所需Ag＋的最低浓度为

[Ag＋]＝

mol·L－1＝1×10－5mol·L－1，Cl－形成沉淀所需Ag＋的最低浓度为[Ag＋]＝

mol·L－1＝2×10－8mol·L－1，所以先析出氯化银沉淀；D项，K＝

＝

＝

＝2.5×107mol－1·L。

考点

　沉淀的转化

题点

　沉淀溶解平衡曲线及应用

5．

（1）已知Ksp（BaSO4）＝1.0×10－10mol2·L－2，Ksp（BaCO3）＝2.5×10－9mol2·L－2，某同学设想用下列流程得到BaCl2溶液，

BaSO4

BaCO3

BaCl2

则①的离子方程式为________________________________________________________，

该反应的平衡常数K＝________。

（2）向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr，当两种沉淀共存时，

＝__________。

[Ksp（AgBr）＝5.4×10－13mol2·L－2，Ksp（AgCl）＝1.8×10－10mol2·L－2]

答案　

（1）BaSO4（s）＋CO

（aq）BaCO3（s）＋SO

（aq）　0.04

（2）3×10－3

解析　

（1）BaSO4转化为BaCO3的离子方程式为BaSO4（s）＋CO

（aq）BaCO3（s）＋SO

（aq）。

平衡常数K＝

＝

＝

＝0.04。

（2）AgCl、AgBr共存时AgCl（s）＋Br－（aq）AgBr（s）＋Cl－（aq），反应达到平衡，所以

＝

＝

＝3×10－3。

考点

　沉淀的转化

题点

　沉淀转化平衡及应用

题组一　沉淀的生成与溶解

1．当氢氧化镁固体在水中达到溶解平衡Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq）时，为使Mg（OH）2固体的量减少，需加入少量的（　　）

A．NH4NO3B．NaOH

C．MgSO4D．Na2SO4

答案　A

解析　要使Mg（OH）2固体的量减小，应使Mg（OH）2的溶解平衡右移，可减小[Mg2＋]或[OH－]。

NH4NO3电离出的NH

能结合OH－，使平衡右移。

考点

　沉淀的溶解与生成

题点

　沉淀的生成——调pH法

2．某pH＝1的ZnCl2和HCl的混合溶液中含有FeCl3杂质，为了除去FeCl3杂质，需将溶液调至pH＝4。

在调节溶液pH时，应选用的试剂是（　　）

A．NaOHB．ZnO

C．ZnSO4D．Fe2O3

答案　B

解析　溶液中含有FeCl3杂质，将溶液调至pH＝4，可使Fe3＋水解生成Fe（OH）3沉淀而除去，注意不能引入新的杂质，可加入ZnO和酸反应调节溶液pH，使铁离子全部沉淀。

3．已知在pH为4～5的环境中，Cu2＋、Fe2＋几乎不水解，而Fe3＋几乎完全水解。

工业上制CuCl2溶液是将浓盐酸用蒸气加热到80℃左右，再慢慢加入粗氧化铜（含少量杂质FeO），充分搅拌使之溶解。

欲除去溶液中的杂质离子，下述方法中可行的是（　　）

A．向溶液中通入Cl2，再加入纯净的CuO粉末调节pH为4～5

B．向溶液中通入H2S使Fe2＋沉淀

C．向溶液中通入Cl2，再通入NH3，调节pH为4～5

D．加入纯Cu将Fe2＋还原为Fe

答案　A

解析　根据题干信息，A项中的操作可将Fe2＋先转化为Fe3＋再转化为Fe（OH）3而除去，A项正确；在酸性溶液中H2S与Fe2＋不反应，而H2S与Cu2＋生成CuS沉淀，B项错误；C项中的操作会引入新的杂质离子NH

，C项错误；由金属的活动性：

Fe＞Cu知，D项错误。

考点

　沉淀的溶解与生成

题点

　沉淀的生成——调pH法

4．要使工业废水中的重金属Pb2＋沉淀，可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等做沉淀剂，已知

Pb2＋与这些离子形成的化合物的溶解度如下：

化合物

PbSO4

PbCO3

PbS

溶解度/g

1.03×10－4

1.81×10－7

1.84×10－14

由上述数据可知，选用的沉淀剂最好为（　　）

A．硫化物B．硫酸盐

C．碳酸盐D．以上沉淀剂均可

答案　A

解析　要将Pb2＋沉淀，就要形成溶解度更小的物质，由表中数据可知，PbS的溶解度最小，故沉淀剂最好为硫化物。

考点

　沉淀的溶解与生成

题点

　沉淀的生成——加沉淀剂法

题组二　沉淀的转化

5．已知：

25℃时，Ksp[Mg（OH）2]＝5.61×10－12mol3·L－3，Ksp（MgF2）＝7.42×10－11mol3·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[Mg2＋]大

B．25℃时，Mg（OH）2的悬浊液加入少量的NH4Cl固体，[Mg2＋]增大

C．25℃时，Mg（OH）2固体在20mL0.01mol·L－1氨水中的Ksp比在20mL0.01mol·L－1NH4Cl溶液中的Ksp小

D．25℃时，在Mg（OH）2的悬浊液中加入NaF溶液后，Mg（OH）2不可能转化为MgF2

答案　B

解析　A项，Mg（OH）2与MgF2同属于AB2型沉淀，Ksp[Mg（OH）2]比Ksp（MgF2）小，说明饱和Mg（OH）2溶液中的[Mg2＋]更小；B项，Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq），NH

与OH－反应，而使平衡右移，[Mg2＋]增大；C项，Ksp只与温度有关；D项，Mg（OH）2的Ksp与MgF2的Ksp数量级接近，若F－浓度足够大，Mg（OH）2也能转化为MgF2。

考点

　沉淀的转化

题点

　沉淀转化的实质

6．25℃时，已知下列三种金属硫化物的溶度积常数（Ksp）分别为Ksp（FeS）＝6.3×10－18mol2·L－2；Ksp（CuS）＝1.3×10－36mol2·L－2；Ksp（ZnS）＝1.6×10－24mol2·L－2。

下列关于常温时的有关叙述正确的是（　　）

A．硫化锌、硫化铜、硫化亚铁的溶解度依次增大

B．将足量的ZnSO4晶体加入到0.1mol·L－1的Na2S溶液中，Zn2＋的浓度最大只能达到1.6×

10－23mol·L－1

C．除去工业废水中含有的Cu2＋，可采用FeS固体作为沉淀剂

D．向饱和的FeS溶液中加入FeSO4溶液后，混合液中[Fe2＋]变大、[S2－]变小，但Ksp（FeS）变大

答案　C

解析　化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时，Ksp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强，由Ksp可知，常温下，CuS的溶解度最小，故A错；将足量的ZnSO4晶体加入到0.1mol·L－1的Na2S溶液中，[S2－]将减至非常小，而Zn2＋的浓度远远大于1.6×10－23mol·L－1；因CuS比FeS更难溶，FeS沉淀可转化为CuS沉淀；温度不变，Ksp（FeS）不变。

考点

　沉淀的转化

题点

　沉淀转化的应用

7．下列说法不正确的是（　　）

A．Mg（OH）2固体在溶液中存在平衡：

Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq），该固体可溶于NH4Cl溶液

B．向ZnS沉淀上滴加CuSO4溶液沉淀变为黑色，可推知同温下Ksp（ZnS）

C．向AgCl悬浊液中滴加Na2S溶液，白色沉淀变成黑色，反应方程式为2AgCl（s）＋S2－（aq）===Ag2S（s）＋2Cl－（aq）

D．向2mL浓度均为1.2mol·L－1的KCl、KI混合溶液中滴加1～2滴0.01mol·L－1的AgNO3溶液，振荡沉淀呈黄色，说明Ksp（AgCl）>Ksp（AgI）

答案　B

考点

　沉淀的转化

题点

　沉淀转化的现象与分析

8．（2018·江西宜春校级期末）20℃时某些物质的溶解度（g/100g水）数据如表所示：

物质

CaCO3

CaSO4

Mg（OH）2

MgCO3

溶解度/（g/100g水）

1.4×10－3

0.21

9×10－4

1.1×10－2

下列说法不正确的是（　　）

A．硫酸钙悬浊液中存在沉淀溶解平衡：

CaSO4（s）Ca2＋（aq）＋SO

（aq）

B．用Na2CO3溶液浸泡锅炉中的水垢，可将水垢中的CaSO4转化为CaCO3

C．向Mg（OH）2悬浊液中滴加FeCl3溶液，沉淀变为红褐色，说明溶解度：

Fe（OH）3＜Mg（OH）2

D．向2mL饱和MgCl2溶液中先后滴加0.1mol·L－1的Na2CO3溶液、NaOH溶液各2滴，产生的白色沉淀为Mg（OH）2

答案　D

解析　由题意可知，硫酸钙属于微溶物，硫酸钙悬浊液中存在沉淀溶解平衡：

Ca