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沉淀溶解平衡原理导学案

第四单元 难溶电解质的沉淀溶解平衡

第1课时 沉淀溶解平衡原理

[学习目标定位] 1.知道沉淀溶解平衡的概念及其影响因素。

2.明确溶度积和离子浓度幂的乘积的关系,并由此学会判断反应进行的方向。

1.不同的固体物质在水中的溶解度不同,有的很大,有的很小,但无论大小,都有一定的溶解度。

(1)在20℃时,物质的溶解度与溶解性的关系如下:

(2)下列物质,属于易溶物质的是①②③,属于微溶物质的是④⑤⑥,属于难溶物质的是⑦⑧⑨。

①NaCl、②NaOH、③H2SO4、④MgCO3、⑤CaSO4、

⑥Ca(OH)2、⑦CaCO3、⑧BaSO4、⑨Mg(OH)2

2.固体物质的溶解是可逆过程

固体溶质

溶液中的溶质

(1)v溶解>v沉淀 固体溶解

(2)v溶解=v沉淀 溶解平衡

(3)v溶解

3.在一定温度下,当沉淀溶解和生成的速率相等时,即建立了动态平衡,叫做沉淀溶解平衡。

如AgCl溶于水有AgCl(s)

Ag+(aq)+Cl-(aq)。

沉淀溶解平衡状态的特征:

(1)动态平衡v溶解=v沉淀≠0。

(2)达到平衡时,溶液中离子的浓度保持不变。

(3)当改变外界条件时,溶解平衡将发生移动,达到新的平衡。

探究点一 影响沉淀溶解平衡的因素

1.在装有少量难溶的PbI2黄色固体的试管中,加入约3mL蒸馏水,充分振荡后静置。

(1)若在上层清液中滴加浓的KI溶液,观察到的现象是上层清液中出现黄色沉淀。

(2)由上述实验得出的结论是原上层清液中含有Pb2+,PbI2在水中存在溶解平衡。

(3)PbI2溶于水的平衡方程式是PbI2(s)Pb2+(aq)+2I-(aq)。

2.难溶物质溶解程度的大小,主要取决于物质本身的性质。

但改变外界条件(如浓度、温度等),沉淀溶解平衡会发生移动。

已知溶解平衡:

Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),请分析当改变下列条件时,对该溶解平衡的影响,填写下表:

条件改变

移动方向

c(Mg2+)

c(OH-)

加水

正向移动

减小

减小

升温

正向移动

增大

增大

加MgCl2(s)

逆向移动

增大

减小

加盐酸

正向移动

增大

减小

加NaOH(s)

逆向移动

减小

增大

[归纳总结]

外界条件改变对溶解平衡的影响

(1)温度升高,多数溶解平衡向溶解的方向移动。

(2)加水稀释,浓度减小,溶解平衡向溶解方向移动。

(3)加入与难溶电解质构成微粒相同的物质,溶解平衡向生成沉淀的方向移动。

(4)加入与难溶电解质溶解所得的离子反应的物质,溶解平衡向溶解的方向移动。

[活学活用]

1.把氢氧化钙放入蒸馏水中,一段时间后达到如下平衡:

Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq),加入以下溶液,可使Ca(OH)2减少的是(  )

A.Na2S溶液B.AlCl3溶液

C.NaOH溶液D.CaCl2溶液

答案 B

解析 Na2S水解显碱性,增大了溶液中OH-的浓度;NaOH会提供大量OH-;CaCl2会增大Ca2+的浓度,所以A、C、D选项都会使溶解平衡向左移动,而AlCl3中的Al3+可与OH-发生反应生成Al(OH)3沉淀,使平衡向右移动,促进Ca(OH)2的溶解。

2.将AgCl分别投入下列溶液中:

①40mL0.03mol·L-1的HCl溶液

②50mL0.03mol·L-1的AgNO3溶液

③30mL0.02mol·L-1的CaCl2溶液

④10mL蒸馏水

AgCl的溶解度由大到小的顺序是________。

答案 ④>①=②>③

解析 在水中AgCl存在溶解平衡:

AgCl(s)AgCl(aq)===Ag++Cl-(注:

s表示未溶解的固体,aq表示已被溶解但未电离的AgCl),当溶液中存在Ag+或者Cl-时,溶解平衡逆向移动,AgCl的溶解度减小。

溶液中Ag+或Cl-的浓度越大,逆向移动的程度越大,溶解度就越小。

以中性的水为参照,溶解度大小顺序是④>①=②>③。

探究点二 溶度积常数

1.在一定温度下,沉淀达溶解平衡后的溶液为饱和溶液,其离子浓度不再发生变化,溶液中各离子浓度幂之积为常数,叫做溶度积常数(简称溶度积),用Ksp表示。

2.写出下列沉淀溶解平衡的溶度积常数的表达式

(1)AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq) 

Ksp=c(Ag+)·c(Cl-);

(2)Fe(OH)3(s)Fe3+(aq)+3OH-(aq) 

Ksp=c(Fe3+)·c3(OH-);

(3)AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)

Ksp=cm(An+)·cn(Bm-)。

3.通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积的相对大小,可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解:

(1)当离子浓度幂的乘积大于Ksp,溶液过饱和,有沉淀析出,直至溶液饱和,达到新的平衡。

(2)当离子浓度幂的乘积等于Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态。

(3)当离子浓度幂的乘积小于Ksp,溶液未饱和,无沉淀析出,若加入过量难溶电解质,难溶电解质溶解直至溶液饱和。

[归纳总结]

(1)溶度积的意义

①溶度积Ksp仅与温度有关(难溶电解质一定时)。

②溶度积与溶解度均可表示物质的溶解性。

③相同类型的物质,溶度积越小,其溶解度越小。

(2)根据溶度积能计算出饱和溶液中离子浓度,计算出溶解的溶质的浓度。

由溶液体积可计算Ksp与S换算式,S的单位必须用物质的量浓度(mol·L-1或mol·dm-3)。

[活学活用]

3.下列叙述中,正确的是(  )

A.溶度积大的化合物溶解度肯定大

B.向含有AgCl固体的溶液中加入适量的水使AgCl溶解又达到平衡时,AgCl的溶度积不变,其溶解度也不变

C.将难溶电解质放入纯水中,溶解达到平衡时,电解质离子的浓度的乘积就是该物质的溶度积

D.AgCl水溶液的导电性很弱,所以AgCl为弱电解质

答案 B

解析 当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,溶解能力越强,A项错误;B项,溶液中离子浓度变化能引起平衡移动,但并不改变溶度积,故正确;溶度积是难溶强电解质饱和溶液中离子浓度的系数次方之积,C项错误;AgCl在水溶液中完全电离,是强电解质,D项错误。

4.在BaSO4饱和溶液中加入少量的BaCl2溶液产生BaSO4沉淀,若以Ksp表示BaSO4的溶度积常数,则平衡后溶液中(  )

A.c(Ba2+)=c(SO

)=(Ksp)

B.c(Ba2+)·c(SO

)>Ksp,c(Ba2+)=c(SO

C.c(Ba2+)·c(SO

)=Ksp,c(Ba2+)>c(SO

D.c(Ba2+)·c(SO

)≠Ksp,c(Ba2+)

答案 C

解析 在BaSO4饱和溶液中加入少量的BaCl2溶液,平衡BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO

(aq)左移,则此时c(Ba2+)>c(SO

);由于温度未发生改变,所以溶液中Ksp=c(Ba2+)·c(SO

)不变。

1.下列对“难溶”的理解正确的是(  )

A.在水中难溶的物质,在其他溶剂中也是难溶的

B.难溶就是绝对不溶

C.难溶就是溶解度相对较小,没有绝对不溶于水的电解质

D.如果向某溶液中加入足量另一种试剂时,生成了难溶性的电解质,则说明原溶液中的相应离子已沉淀完全

答案 C

解析 难溶是指物质在水中的溶解度小于0.01g。

2.下列有关AgCl沉淀的溶解平衡状态的说法中,正确的是(  )

A.AgCl沉淀的生成和溶解不断进行,但速率相等

B.AgCl难溶于水,溶液中没有Ag+和Cl-

C.升高温度,AgCl的溶解度不变

D.向AgCl沉淀的溶解平衡体系中加入NaCl固体,AgCl的溶解度不变

答案 A

解析 AgCl固体在溶液中存在溶解平衡,所以溶液中有Ag+和Cl-,B错;升高温度,AgCl溶解度增大,C错;向平衡体系中加入NaCl固体,增大了c(Cl-),溶解平衡左移,AgCl溶解度减小,D错。

3.把足量熟石灰放入蒸馏水中,一段时间后达到平衡:

Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq),下列叙述正确的是(  )

A.给溶液加热,溶液的pH升高

B.恒温下向溶液中加入CaO,溶液的pH升高

C.向溶液中加入Na2CO3溶液,Ca(OH)2固体增多

D.向溶液中加入少量的NaOH固体,Ca(OH)2固体增多

答案 D

解析 A项,加热时Ca(OH)2溶解度减小,平衡逆向移动,c(OH-)减小,pH减小;B项,CaO+H2O===Ca(OH)2,由于保持恒温,Ca(OH)2溶解度不变,c(OH-)不变,因此pH不变;C项,CO

+Ca2+===CaCO3↓,使平衡正向移动,Ca(OH)2固体减少;D项,加入NaOH固体时,c(OH-)增大,平衡逆向移动,因此Ca(OH)2固体增多。

4.下列说法中,正确的是(  )

A.两种难溶盐电解质,其中Ksp小的溶解度一定小

B.溶液中存在两种可以与同一沉淀剂生成沉淀的离子,则Ksp小的一定先生成沉淀

C.难溶盐电解质的Ksp与温度有关

D.同离子效应使难溶盐电解质的溶解度变小,也使Ksp变小

答案 C

解析 Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关。

5.已知在室温时,PbI2的溶度积(Ksp)为7.1×10-9,计算室温下PbI2饱和溶液中Pb2+和I-的浓度。

答案 1.2×10-3mol·L-1 2.4×10-3mol·L-1

解析 根据溶度积的概念可知:

Ksp(PbI2)=c(Pb+)·c2(I-);由反应知c(Pb2+)∶c(I-)=1∶2,据此可计算c(Pb2+)、c(I-)。

Ksp=c(Pb2+)·c2(I-)=4c3(Pb2+)=7.1×10-9

c(Pb2+)=

mol·L-1=1.2×10-3mol·L-1,

c(I-)=2c(Pb2+)=2×1.2×10-3mol·L-1=2.4×10-3mol·L-1。

[基础过关]

一、物质的溶解性

1.下列属于微溶物质的是(  )

A.AgClB.BaCl2

C.CaSO4D.Ag2S

答案 C

解析 AgCl、Ag2S是难溶物,BaCl2是可溶物。

2.下列物质的溶解度随温度升高而减小的是(  )

①KNO3②Ca(OH)2

③BaSO4④CO2

A.①②B.②④

C.①③D.①④

答案 B

解析 Ca(OH)2的溶解度比较特殊,随温度的升高而减小,其他绝大多数物质随温度升高,溶解度增大(气体除外)。

二、沉淀溶解平衡及其影响因素

3.下列对沉淀溶解平衡的描述正确的是(  )

A.反应开始时,溶液中各离子浓度相等

B.沉淀溶解达到平衡时,沉淀的生成和溶解的速率相等

C.沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的离子浓度相等,且保持不变

D.沉淀溶解达到平衡时,如果再加入难溶的该沉淀物,将促进溶解

答案 B

解析 反应开始时,各离子的浓度没有必然的关系,A项不正确;沉淀溶解达到平衡时,溶液中溶质的离子浓度保持不变,但不一定相等,C项不正确;沉淀溶解达到平衡后,再加入难溶的该沉淀物,平衡不会移动,D项错。

4.在一定温度下,Mg(OH)2固体在水溶液中达到下列平衡:

Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),若使固体Mg(OH)2的量减少,而c(Mg2+)不变,可采取的措施是(  )

A.加MgCl2B.加H2O

C.加NaOHD.加HCl

答案 B

5.硫酸锶(SrSO4)在水中的沉淀溶解平衡曲线如下,下列说法正确的是(  )

A.温度一定时,Ksp(SrSO4)随c(SO

)的增大而减小

B.三个不同温度中,313K时Ksp(SrSO4)最大

C.283K时,图中a点对应的溶液是饱和溶液

D.283K下的SrSO4饱和溶液升温到363K后变为不饱和溶液

答案 B

解析 温度一定时,Ksp(SrSO4)不变,A错误;由题中沉淀溶解平衡曲线可看出,313K时,c(Sr2+)·c(SO

)最大,Ksp最大,B正确;283K时,a点c(Sr2+)小于平衡时c(Sr2+),故未达到饱和,沉淀继续溶解,C不正确;从283K升温到363K要析出固体,依然为饱和溶液。

三、溶度积常数

6.下列有关溶度积常数Ksp的说法正确的是(  )

A.常温下,向BaCO3饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小

B.溶度积常数Ksp只受温度影响,温度升高Ksp减小

C.溶度积常数Ksp只受温度影响,温度升高Ksp增大

D.常温下,向Mg(OH)2饱和溶液中加入NaOH固体,Mg(OH)2的Ksp不变

答案 D

解析 温度不变,溶度积常数不变,故A项不正确;大多数的难溶物温度升高,Ksp增大,但也有少数物质相反,故B、C均不正确。

7.在CaCO3饱和溶液中,加入Na2CO3固体,达到平衡时(  )

A.c(Ca2+)=c(CO

B.c(Ca2+)=c(CO

)=

C.c(Ca2+)≠c(CO

),c(Ca2+)·c(CO

)=Ksp(CaCO3)

D.c(Ca2+)≠c(CO

),c(Ca2+)·c(CO

)≠Ksp(CaCO3)

答案 C

解析 溶液中c(Ca2+)

),A、B均不正确,C项正确;D项,温度不变,则Ksp(CaCO3)不变。

8.已知:

Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=1.5×10-16,Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12,则下列难溶盐的饱和溶液中,Ag+浓度大小顺序正确的是(  )

A.AgCl>AgI>Ag2CrO4

B.AgCl>Ag2CrO4>AgI

C.Ag2CrO4>AgCl>AgI

D.Ag2CrO4>AgI>AgCl

答案 C

解析 AgCl和AgI的结构相似,由Ksp可知AgCl饱和溶液中的c(Ag+)大于AgI饱和溶液中的c(Ag+);AgCl饱和溶液中的c2(Ag+)=Ksp=1.8×10-10,Ag2CrO4(s)2Ag+(aq)+CrO

(aq)的Ksp=c2(Ag+)·c(CrO

)=

c3(Ag+)=2.0×10-12,可得Ag2CrO4饱和溶液中的c(Ag+)大于AgCl饱和溶液中的c(Ag+)。

9.在t℃时,AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。

又知t℃时AgCl的Ksp=4×10-10,下列说法不正确的是(  )

A.在t℃时,AgBr的Ksp为4.9×10-13

B.在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体,可使溶液由c点到b点

C.图中a点对应的是AgBr的不饱和溶液

D.在t℃时,AgCl(s)+Br-(aq)AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K≈816

答案 B

解析 根据图中c点的c(Ag+)和c(Br-)可得该温度下AgBr的Ksp为4.9×10-13,A正确;在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体后,c(Br-)增大,溶解平衡逆向移动,c(Ag+)减小,故B错;在a点时c(Ag+)·c(Br-)

[能力提升]

10.18℃时,Mg(OH)2的Ksp=1.8×10-11,其饱和溶液中Mg2+的物质的量浓度是________________________________________________________________________。

答案 1.65×10-4mol·L-1

解析 设Mg(OH)2中Mg2+的浓度为x,根据Mg(OH)2在溶液中的溶解平衡:

Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)

溶液中应有c(Mg2+)=x,c(OH-)=2x

Ksp=c(Mg2+)·c2(OH-)=x·(2x)2=1.8×10-11

x=1.65×10-4mol·L-1。

11.已知在Ca3(PO4)2的饱和溶液中存在平衡:

Ca3(PO4)2(s)3Ca2+(aq)+2PO

(aq)

(1)溶度积Ksp=_____________________________________________________________;

(2)若一定温度下,饱和溶液中c(Ca2+)=2.0×10-6mol·L-1,c(PO

)=1.58×10-6mol·L-1,则Ksp=________。

答案 

(1)c3(Ca2+)·c2(PO

(2)2.0×10-29

解析 Ksp=c3(Ca2+)·c2(PO

=(2.0×10-6)3×(1.58×10-6)2

≈2.0×10-29。

[拓展探究]

12.从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下:

请回答下列问题:

(1)流程甲加入盐酸后生成Al3+的化学方程式为________________________________。

(2)流程乙加入烧碱后生成SiO

的离子方程式为______________________________。

(3)验证滤液B中含Fe3+,可取少量滤液并加入________(填试剂名称)。

(4)滤液E、K中溶质的主要成分是__________(填化学式),写出该溶液的一种用途________________________________________________________________________。

(5)已知298K时,Mg(OH)2的溶度积常数Ksp=5.6×10-12,取适量的滤液B,加入一定量的烧碱达到沉淀溶

解平衡,测得pH=13.00,则此温度下残留在溶液中的c(Mg2+)=__________。

答案 

(1)Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O

(2)SiO2+2OH-===SiO

+H2O

(3)硫氰化钾(或苯酚溶液等合理答案均可)

(4)NaHCO3 制纯碱(或作发酵粉等合理答案均可)

(5)5.6×10-10mol·L-1

解析 

(1)Al2O3溶于盐酸生成AlCl3和水,化学方程式为Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O

(2)SiO2与NaOH溶液反应的离子方程式为SiO2+2OH-===SiO

+H2O

(3)Fe3+的鉴定有多种方法,KSCN溶液、苯酚溶液、NaOH溶液等都可与之产生明显现象,若使用NaOH溶液,则NaOH溶液要过量。

(4)由于通入的是过量CO2,因此滤液E和K中的主要成分是NaHCO3,其用途广泛,工业上可用于制纯碱,也可用作食品添加剂。

(5)298K,Mg(OH)2的溶度积常数Ksp=5.6×10-12,即溶液中c(Mg2+)·c2(OH-)=5.6×10-12。

pH=13的溶液中,c(OH-)=0.1mol·L-1,则此时c(Mg2+)=

mol·L-1=5.6×10-10mol·L-1。

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