专题3 第四单元 第2课时沉淀溶解平衡原理的应用.docx

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专题3第四单元第2课时沉淀溶解平衡原理的应用

第2课时　沉淀溶解平衡原理的应用

[学习目标定位]　1.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.学会用沉淀溶解平衡的移动解决生产、生活中的实际问题。

一　沉淀的溶解与生成

1.根据沉淀溶解平衡，分析回答下列问题：

（1）BaCO3和BaSO4都难溶于水，在医学上常用BaSO4作钡餐透视，而不能用BaCO3的原因是什么？

答案　原因是BaCO3能溶于胃酸（主要成分为盐酸），反应原理为

BaCO3（s）Ba2＋（aq）＋CO

（aq）

CO

＋2H＋===CO2↑＋H2O

可见，胃酸消耗CO

，使溶液中c（CO

）降低，从而使BaCO3的沉淀溶解平衡向右移动，

c（Ba2＋）增大引起人体重金属中毒。

（2）可溶性钡盐（如BaCl2等）当作食盐食用，会造成钡中毒。

中毒患者常用5.0%的Na2SO4溶液洗胃的原因是什么？

答案　中毒后服用Na2SO4溶液（5.0%）洗胃，此时SO

与Ba2＋结合生成BaSO4沉淀，可缓解Ba2＋对人体的毒害。

2.沉淀生成的应用主要涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域，常利用生成沉淀达到分离或除去某些离子的目的。

常用的方法有

（1）调节pH法：

如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，使其溶解于水，再加入氨水调节pH至7～8，可使Fe3＋转变为Fe（OH）3沉淀而除去。

反应如下：

Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe（OH）3↓＋3NH

。

（2）加沉淀剂法：

如以Na2S、H2S等作沉淀剂，使某些金属离子，如Cu2＋、Hg2＋等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，也是分离、除去杂质常用的方法。

写出下列反应的离子方程式：

①用H2S除去Cu2＋：

H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。

②用Na2S除去Hg2＋：

Hg2＋＋S2－===HgS↓。

[归纳总结]

（1）沉淀的生成和溶解这两个方向相反的过程相互转化的条件是离子浓度，控制离子浓度，可以使反应向我们需要的方向转化。

（2）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。

如常用强酸溶解CaCO3、FeS、Al（OH）3、Cu（OH）2等难溶电解质。

[活学活用]

1.为除去MgCl2酸性溶液中的Fe3＋，可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是（　　）

A.NH3·H2OB.NaOH

C.Na2CO3D.MgCO3

答案　D

解析　Fe3＋＋3H2OFe（OH）3＋3H＋，调节pH，可使Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀后除去。

在不引入新杂质、Mg2＋不沉淀的条件下，选用MgCO3，过量的MgCO3可一起过滤除去。

也可选用MgO、Mg（OH）2等试剂。

2.AgCl的Ksp＝1.80×10－10，将0.001mol·L－1NaCl和0.001mol·L－1AgNO3溶液等体积混合，是否有AgCl沉淀生成？

答案　有AgCl沉淀生成。

解析　这是根据Ksp和溶液中离子的浓度幂的乘积比较大小来判断沉淀溶解平衡进行的方向。

两溶液等体积混合后，Ag＋和Cl－浓度都减小到原浓度的1/2。

c（Ag＋）＝c（Cl－）＝1/2×0.001mol·L－1＝0.0005mol·L－1

在混合溶液中，则c（Ag＋）·c（Cl－）＝（0.0005）2＝2.5×10－7

因为c（Ag＋）·c（Cl－）>Ksp，所以有AgCl沉淀生成。

二　沉淀的转化

1.根据下列图示完成实验，将观察到的现象填在空格内：

（1）写出各步反应的离子方程式：

①Ag＋＋Cl－===AgCl↓；

②AgCl（s）＋I－（aq）AgI（s）＋Cl－（aq）；

③2AgI（s）＋S2－（aq）Ag2S（s）＋2I－（aq）。

（2）由上述实验得出的结论是Ksp较大的沉淀可转化为Ksp更小的沉淀。

2.沉淀转化在生产和科研中的应用

（1）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。

写出用FeS除去Hg2＋的离子方程式。

答案　FeS（s）＋Hg2＋（aq）HgS（s）＋Fe2＋（aq）

（2）在分析化学中常用饱和Na2CO3溶液，将难溶强酸盐BaSO4转化为难溶弱酸盐BaCO3，然后用强酸溶解，使阳离子进入溶液。

写出BaSO4转化为BaCO3反应的离子方程式。

答案　BaSO4（s）＋CO

（aq）BaCO3（s）＋SO

（aq）

（3）硬水煮沸形成的水垢主要成分是CaCO3和Mg（OH）2，它们是怎样形成的？

答案　水垢的形成过程涉及沉淀转化，加热硬水时，Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2分别分解生成CaCO3、MgCO3沉淀。

但MgCO3又与CO

水解生成的OH－结合为更难溶的Mg（OH）2，故水垢的主要成分不是CaCO3、MgCO3，而是CaCO3、Mg（OH）2。

（4）锅炉形成的水垢中常含有CaSO4，除去方法是CaSO4（s）

CaCO3（s）

Ca2＋（aq），写出有关反应的化学方程式。

答案　CaSO4（s）＋Na2CO3（aq）CaCO3（s）＋Na2SO4（aq）

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

[归纳总结]

（1）沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。

（2）一般而言，Ksp较大的难溶电解质能转化为Ksp更小的难溶电解质，如AgCl

AgI

Ag2S，CaSO4转化为CaCO3，ZnS转化为CuS等。

（3）两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越容易。

[活学活用]

3.常温下相关物质的溶度积常数见下表：

物质

Cu（OH）2

Fe（OH）3

CuCl

CuI

Ksp

2.2×10－20

2.6×10－39

1.7×10－7

1.3×10－12

某酸性CuCl2溶液中含有少量的FeCl3，为得到纯净的CuCl2·2H2O晶体，加入__________，调至pH＝4，使溶液中的Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀，此时溶液中的c（Fe3＋）＝______________。

过滤后，将所得滤液低温蒸发、浓缩结晶，可得到CuCl2·2H2O晶体。

答案　Cu（OH）2[或Cu2（OH）2CO3或CuO或CuCO3]

2.6×10－9mol·L－1

解析　Fe（OH）3、Cu（OH）2的Ksp分别为2.6×10－39、2.2×10－20，则Fe3＋、Cu2＋开始产生沉淀时c（OH－）分别为2.97×10－10mol·L－1、3.53×10－7mol·L－1。

除去酸性CuCl2溶液中的少量FeCl3，可加入Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3或CuO或CuCO3调节溶液的pH，使Fe3＋先转化为沉淀析出。

pH＝4时，c（H＋）＝10－4mol·L－1，则c（OH－）＝

mol·L－1＝1×10－10

mol·L－1，此时c（Fe3＋）＝

＝

mol·L－1＝2.6×10－9mol·L－1。

4.牙齿表面由一层硬的组成成分为Ca5（PO4）3OH的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：

Ca5（PO4）3OH（s）

5Ca2＋＋

＋OH－

进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是________________________________________________________________________。

已知Ca5（PO4）3F（s）的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚硬。

请用离子方程式表示，当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因：

________________________________________________________________________。

根据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的方法：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　H＋＋OH－===H2O，使平衡向右移动，破坏釉质

5Ca2＋＋3PO

＋F－===Ca5（PO4）3F↓

加Ca2＋（或加PO

等）

解析　人体牙齿表面主要的无机成分是羟基磷灰石[Ca5（PO4）3OH]，是一种难溶的磷酸钙类沉积物。

在口腔中，牙齿表面的羟基磷灰石存在着这样的沉淀溶解平衡：

Ca5（PO4）3OH（s）

5Ca2＋＋3PO

＋OH－。

口腔中残留的食物在酶的作用下，会分解产生有机酸——乳酸。

乳酸是酸性物质，能与OH－反应，使羟基磷灰石的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动，从而导致龋齿的发生。

但如果饮用水或者牙膏中含有F－，F－能与牙齿表面的Ca2＋和PO

反应生成更难溶的氟磷灰石[Ca5（PO4）3F]，沉积在牙齿表面。

氟磷灰石比羟基磷灰石更能抵抗酸的侵蚀，并能抑制口腔细菌产生酸。

因而能有效保护我们的牙齿，降低龋齿的发生率。

这是通过添加F－使难溶的羟基磷灰石转化为更难溶的氟磷灰石，实质就是发生了沉淀的转化。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　当堂检测

1.除去NaCl中的FeCl3需加入的试剂是（　　）

A.NaOHB.石灰水

C.铜片D.氨水

答案　A

解析　在除去FeCl3时，不能引入新的杂质离子。

2.已知Ksp（AgCl）＝1.8×10－10，Ksp（AgI）＝1.0×10－16。

下列说法错误的是（　　）

A.AgCl不溶于水，不能转化为AgI

B.在含有浓度均为0.001mol·L－1的Cl－、I－的溶液中缓慢加入AgNO3稀溶液，首先析出AgI沉淀

C.AgI比AgCl更难溶于水，所以，AgCl可以转化为AgI

D.常温下，AgCl若要在NaI溶液中开始转化为AgI，则NaI的浓度必须不低于

×10－11mol·L－1

答案　A

解析　组成结构相似的物质，溶度积越小，其溶解度越小，越易先形成沉淀，B项正确；溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现，所以A错、C对；AgCl溶液中c（Ag＋）＝

×10－5mol·L－1。

要使AgI形成沉淀，则c（Ag＋）·c（I－）≥1.0×10－16。

则c（I－）≥

mol·L－1＝

×10－11mol·L－1，D正确。

3.污水经过一级、二级处理后，还含有少量Cu2＋、Hg2＋、Pb2＋等重金属离子，可加入沉淀剂使其沉淀。

下列物质不能作为沉淀剂的是（　　）

①氨水②硫化氢气体

③硫酸钠溶液④纯碱溶液

A.①②B.③④

C.①③D.②④

答案　C

解析　①不能作为沉淀剂，氨水能溶解最初生成的氢氧化铜沉淀；②能作沉淀剂，能生成金属硫化物沉淀；③不能作沉淀剂，硫酸铜不是沉淀；④加入纯碱可调节pH值，使重金属离子形成氢氧化物沉淀。

4.一定温度下，三种碳酸盐MCO3（M：

Mg2＋、Ca2＋、Mn2＋）的沉淀溶解平衡曲线如图所示。

已知：

pM＝－lgc（M），p（CO

）＝－lgc（CO

）。

下列说法正确的是（　　）

A.MgCO3、CaCO3、MnCO3的Ksp依次增大

B.a点可表示MnCO3的饱和溶液，且c（Mn2＋）＝c（CO

）

C.b点可表示CaCO3的饱和溶液，且c（Ca2＋）

）

D.c点可表示MgCO3的饱和溶液，且c（Mg2＋）

）

答案　B

解析　结合沉淀溶解平衡曲线及溶度积常数进行分析。

碳酸盐MCO3的溶度积可表示为Ksp（MCO3）＝c（M2＋）·c（CO

），由图像可知，MgCO3、CaCO3、MnCO3的pM为一定值时，其p（CO

）逐渐增大，由溶度积表达式可知三种物质的Ksp逐渐减小，A错；a点在MnCO3的沉淀溶解平衡曲线上，为其饱和溶液，结合MnCO3图中曲线可知，c（CO

）＝c（Mn2＋），B对；b点在CaCO3的沉淀溶解平衡曲线上，为其饱和溶液，结合CaCO3图中曲线可知，c（CO

）＜c（Ca2＋），C错；c点在MgCO3的沉淀溶解平衡曲线的上方，为其不饱和溶液，溶液中c（CO

）>c（Mg2＋），D错。

5.工业废水中常含有一定量的CrO

，它们会对人类及生态系统产生很大危害，必须进行处理。

还原沉淀法是常用的一种方法，其过程如下：

CrO

Cr2O

Cr3＋

Cr（OH）3↓

（1）转化过程中存在平衡：

2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O。

能说明该反应达平衡状态的是________（填字母）。

a.Cr2O

和CrO

的浓度相同

b.2v（Cr2O

）＝v（CrO

）

c.溶液的pH保持不变

（2）若1L废水转化后所得溶液中含铬元素的质量为28.6g，CrO

有

转化为Cr2O

（已知铬的相对原子质量为52）。

①转化后所得溶液中c（Cr2O

）＝__________。

②已知：

常温时该反应的平衡常数K＝1014。

上述转化后所得溶液的pH＝________。

（3）若在还原过程中还原1molCr2O

，需要________mol的FeSO4·7H2O。

（4）沉淀过程中生成的Cr（OH）3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：

Cr（OH）3（s）Cr3＋（aq）＋

3OH－（aq），常温下，Cr（OH）3的溶度积Ksp＝10－32，要使c（Cr3＋）降至10－5mol·L－1，溶液的pH应调至________。

答案　

（1）c　

（2）①0.25mol·L－1　②6　（3）6　（4）5

解析　

（1）溶液的pH不变，说明c（H＋）不变，表明反应已达平衡，c正确。

（2）由题意得c（CrO

）＋2c（Cr2O

）＝0.55mol·L－1，

＝

，解得：

c（CrO

）＝0.05mol·L－1，c（Cr2O

）＝0.25mol·L－1，K＝

＝1014，解得：

c（H＋）＝10－6mol·L－1，pH＝6。

（3）Cr2O

中Cr的化合价是＋6，所以1molCr2O

被还原转移6mol电子；1molFe2＋被氧化生成Fe3＋，转移1mol电子，因此根据得失电子守恒可知需要FeSO4·7H2O的物质的量为6mol。

（4）由溶度积常数的表达式Ksp＝c（Cr3＋）·c3（OH－）＝10－32可知，当c（Cr3＋）＝10－5mol·L－1时，c（OH－）＝10－9mol·L－1，所以pH＝5。

6.某溶液中含0.10mol·L－1Cd2＋和0.10mol·L－1Zn2＋。

为使Cd2＋形成CdS沉淀而与Zn2＋分离，S2－离子的浓度应控制在什么范围？

[已知：

Ksp（CdS）＝3.6×10－29，Ksp（ZnS）＝1.2×10－23]

答案　c（S2－）在3.6×10－28～1.2×10－22mol·L－1之间可以使CdS沉淀而Zn2＋留在溶液中。

解析　沉淀Cd2＋时所需S2－的最低浓度：

c（S2－）＝

＝

mol·L－1

＝3.6×10－28mol·L－1

不使ZnS沉淀，S2－的最高浓度：

c（S2－）＝

＝

mol·L－1

＝1.2×10－22mol·L－1。

40分钟课时作业

[基础过关]

一、沉淀溶解平衡的应用

1.工业废水中常含有不同类型的污染物，可采用不同的方法处理。

以下处理措施和方法都正确的是（　　）

选项

污染物

处理措施

方法类别

A

废酸

加生石灰中和

物理法

B

Cu2＋等重金属离子

加硫酸盐沉降

化学法

C

含苯废水

用活性炭吸附

物理法

D

含纯碱的废水

加石灰水反应

化学法

答案　D

解析　废酸与碱中和属于化学法，A项错；Cu2＋不能用SO

沉降，B项错；活性炭无法吸附苯，C项错；Na2CO3＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋2NaOH，是复分解法，属于化学法，D项正确。

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

下列关于室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c（Fe2＋）变大、c（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，室温下，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，c（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。

3.已知：

25℃时，Ksp[Mg（OH）2]＝5.61×10－12，Ksp（MgF2）＝7.42×10－11。

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，Mg（OH）2的悬浊液加入少量的NH4Cl固体，c（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不可能转化成为MgF2

答案　B

解析　A项，Mg（OH）2的溶度积小，故其电离的Mg2＋浓度要小一些，错；B项，NH

可以结合Mg（OH）2电离出的OH－，从而促使Mg（OH）2的溶解平衡正向移动，c（Mg2＋）增大，正确；C项，Ksp仅与温度有关，故错；D项，二者Ksp接近，使用浓NaF溶液可以使Mg（OH）2转化成为MgF2，故D错。

4.一定温度下，硫酸锶（SrSO4）的沉淀溶解平衡曲线如下图所示。

下列说法中正确的是（　　）

A.283K下的SrSO4饱和溶液升温到363K后变为不饱和溶液

B.283K时，向SrSO4的浊液中逐滴加入1.0mol·L－1Na2SO4溶液，Ksp（SrSO4）随c（SO

）的增大而减小

C.向b点的溶液中加入等温度的1.0mol·L－1Na2SO4溶液，c（Sr2＋）减小，SrSO4的溶解度减小

D.升高温度可以实现a点到b点的转化

答案　C

解析　由题给硫酸锶的沉淀溶解平衡曲线可知，温度升高，其溶解度降低，A错误；Ksp（SrSO4）只与温度有关，与c（SO

）无关，B错误；向b点的溶液中加入等温度的1.0mol·L－1Na2SO4溶液，沉淀溶解平衡SrSO4（s）Sr2＋（aq）＋SO

（aq）左移，c（Sr2＋）减小，SrSO4的溶解度减小，C正确；a点到b点改变的只是c（Sr2＋），c（SO

）不变，若升高温度，则c（Sr2＋）和c（SO

）均减小，D错误。

5.已知Ksp（ZnS）＝1.6×10－24，Ksp（CuS）＝1.3×10－36，根据实验回答问题：

（1）在一支试管中加入2mL0.1mol·L－1的ZnSO4溶液，再滴加1mol·L－1的Na2S溶液可观察到的现象是________________。

（2）静置后倾去上层清液，并用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，然后向白色沉淀中滴加适量的0.1mol·L－1的CuSO4溶液，振荡试管。

观察到的现象是________________________。

（3）上述实验中发生反应的离子方程式是：

①________________________________________________________________________。

②________________________________________________________________________。

（4）试用沉淀溶解平衡的原理分析解释

（2）中实验现象的变化。

答案　

（1）有白色沉淀生成　

（2）白色沉淀变为黑色沉淀

（3）①Zn2＋＋S2－===ZnS↓

②ZnS（s）＋Cu2＋CuS（s）＋Zn2＋

（4）第一次生成的白色沉淀为ZnS，在水中建立了沉淀溶解平衡：

ZnS（s）Zn2＋（aq）＋S2－（aq），Ksp＝1.6×10－24。

此时c（Zn2＋）·c（S2－）＝Ksp。

加入CuSO4溶液后，c（Cu2＋）·c（S2－）＞Ksp（CuS），Ksp（CuS）＝1.3×10－36。

故Cu2＋、S2－结合生成CuS沉淀，即ZnS白色沉淀转化为溶度积更小的CuS黑色沉淀。

二、分步沉淀

6.在Cl－和CrO

离子浓度都是0.100mol·L－1的混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液（忽略体积改变）时，问AgCl和Ag2CrO4哪一种先沉淀？

当Ag2CrO4开始沉淀时，溶液中Cl－离子浓度是多少？

已知：

Ksp（AgCl）＝1.56×10－10，Ksp（Ag2CrO4）＝9.0×10－12。

答案　AgCl先沉淀；当Ag2CrO4开始沉淀时，溶液中Cl－离子浓度是1.64×10－5mol·L－1

解析　已知Ksp（AgCl）＝1.56×10－10，Ksp（Ag2CrO4）＝9.0×10－12。

AgCl开始沉淀所需c（Ag＋）为

c（Ag＋）＝

＝

mol·L－1

＝1.56×10－9mol·L－1

Ag2CrO4开始沉淀所需c（Ag＋）为

c（Ag＋）＝

＝

mol·L－1

＝9.5×10－6mol·L－1

因此，AgCl先沉淀。

当Ag2CrO4开始沉淀时：

c（Ag＋）＝9.5×10－6mol·L－1

此时，c（Cl－）＝

＝

mol·L－1

＝1.64×10－5mol·L－1。

7.一溶液中含有Fe3＋和Fe2＋，它们的浓度都是0.050mol·L－1。

如果要求Fe3＋沉淀完全而

Fe2＋不生成沉淀，需控制pH在何范围？

已知：

Ksp[Fe（OH）3]＝1.1×10－36

Ksp[Fe（OH）2]＝1.64×10－14

（提示：

当某离子浓度小于10－5mol·L－1时可以认为该离子沉淀完全了）

答案　溶液的pH控制在3.7～7.8之间。

解析　Fe3＋沉淀完全时，c（Fe3＋）为1×10－5mol·L－1，则Fe3＋沉淀完全时所需的c（OH－）为

c（OH－）＝{Ksp[Fe（OH）3]/c（Fe3＋）}1/3

＝{1.1×10－36/1×10－5}1/3mol·L－1

＝4.8×10－11mol·L－1

pH＝－lgc（H＋）＝－lg

≈3.7

Fe2＋开始沉淀时所需c（OH－）为

c（OH－）＝{Ksp[Fe（OH）2]/c（Fe2＋）}1/2

＝（1.64×10－14/0.050）1/2mol·L－1

＝5.7×10－7mol·L－1

pH＝－lgc（H＋）＝－lg

≈7.8

因此，溶液的pH控制在3.7～7.8之间，可使Fe3＋沉淀完全而Fe2＋不沉淀。

[能力提升]

8.试利用平衡移动原理解释下列事