人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四节 难溶电解质的溶解平衡教学设计

课时2　沉淀反应的应用和沉淀溶解平衡图像

目标与素养：1.理解沉淀溶解平衡的应用——沉淀的生成、溶解和转化。(变化观念与平衡思想)2.理解沉淀溶解平衡的图像。(宏观辨识与科学探究)

沉淀反应的应用

1．沉淀的生成

(1)调节pH法

加入氨水调节pH至7～8，可除去氯化铵中的杂质氯化铁。反应离子方程式：Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。

(2)加沉淀剂法

以Na2S、H2S等作沉淀剂，使Cu2＋、Hg2＋等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀。反应的离子方程式如下：

Cu2＋＋S2－===CuS↓；

Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋；

Hg2＋＋H2S===HgS↓＋2H＋。

2．沉淀的溶解

(1)原理：根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，只要不断减少溶解平衡体系中的相应离子，平衡就向沉淀溶解的方向移动，从而使沉淀溶解。

(2)溶解沉淀的试剂类型

①用强酸溶解：例如，溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等难溶电解质。

②用某些盐溶液溶解：例如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液，化学方程式为Mg(OH)2＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3·H2O。

3．沉淀的转化

(1)实质：溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀。两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀越容易转化。

(2)应用

①锅炉除水垢

水垢[CaSO4(s)]CaCO3(s)Ca2＋(aq)

其反应的化学方程式如下：

CaSO4(s)＋Na2CO3(aq)===CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)、

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。

②自然界中矿物的转化

原生铜的硫化物CuSO4溶液CuS。

第2步反应的离子方程式如下：

Cu2＋＋ZnS===CuS＋Zn2＋、Cu2＋＋PbS===CuS＋Pb2＋。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)向CaCl2溶液中通入CO2可生成CaCO3沉淀。 (　　)

(2)在一定条件下，溶解度较小的沉淀也可以转化成溶解度较大的沉淀。

  (　　)

(3)AgCl(s)＋I－(aq)AgI(s)＋Cl－(aq)的K＝。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)√　(3)√

2．已知：Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)，在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中滴加适量CuSO4溶液，产生的实验现象是(　　)

A．固体逐渐溶解，最后消失

B．固体由白色变为黑色

C．固体颜色变化但质量不变

D．固体逐渐增多，但颜色不变   

[答案]　B

3．已知溶度积Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgBr)＝5.0×10－13，现将AgCl与AgBr的饱和溶液等体积混合，能否有沉淀析出，若有沉淀析出，可能是什么？为什么？

[答案]　有，应是AgBr。因为AgBr的溶度积小，两种饱和溶液等体积混合后，相对于AgCl溶液，Ag＋的浓度减小了，而相对于AgBr溶液，Ag＋的浓度增大了，所以应有AgBr沉淀析出。

1.沉淀生成

(1)沉淀生成时沉淀剂的选择原则

①使生成沉淀的反应进行得越完全越好(被沉淀离子形成沉淀的Ksp尽可能地小，即沉淀溶解度越小越好)。

②不能影响其他离子的存在，由沉淀剂引入溶液的杂质离子要便于除去或不引入新的杂质离子。

(2)常用的沉淀方法

①调节pH法

通过调节溶液的pH，使溶液中的杂质离子转化成沉淀而除去。如用CuO调节CuCl2溶液(含Fe3＋)的酸碱性以除去Fe3＋。

②直接沉淀法

通过沉淀剂除去溶液中的某种指定离子或获取该难溶电解质。 

2．沉淀的溶解

沉淀溶解时的关键步骤是加入的试剂能与产生沉淀的离子发生反应，生成挥发性物质(气体)或弱电解质(弱酸、弱碱或水)，使平衡向沉淀溶解的方向移动，使沉淀溶解的常用方法主要有三种：①生成弱电解质，②发生氧化还原反应，③生成配合物。

3．沉淀的转化

(1)沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。一般是溶解度小的沉淀会转化生成溶解度更小的沉淀。但是，溶解度较小的沉淀在一定条件下也可以转化成溶解度较大的沉淀。如：BaSO4BaCO3。

(2)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。

1．已知：Ksp(CuS)＝1.3×10－36，Ksp(MnS)＝2.6×10－13。工业生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2＋：Cu2＋(aq)＋MnS(s)CuS(s)＋Mn2＋(aq)。下列说法错误的是(　　)

A．反应达平衡后，继续加入MnS，废水中的Cu2＋的去除率增加

B．该反应可将工业废水中的Cu2＋沉淀完全

C．往平衡体系中加入少量CuSO4固体后，c(Mn2＋)变大

D．该反应的平衡常数K＝2.0×1023

A　[A项，达到平衡后，增加MnS的使用量，平衡不移动，废水中的Cu2＋的去除率不再改变，故A错误；B项，利用此反应可将工业废水中的Cu2＋沉淀完全，故B项正确；C项，c(Cu2＋)增大，平衡正向移动，所以c(Mn2＋)变大，故C正确；D项，该反应的平衡常数K＝＝＝2.0×1023，故D正确。]

2．要想除去废水中的Pb2＋，最好选用下列哪种试剂[已知：Ksp(PbCl2)＝1.9×10－14；Ksp(PbSO4)＝1.06×10－8；Ksp(PbCO3)＝3.3×10－14；Ksp(PbS)＝3.4×10－28](　　)

A．NaCl　　　　 B．Na2S

C．Na2SO4 D．Na2CO3

B　[由题意可知PbS的溶解度最小，用S2－沉淀废水中的Pb2＋最完全。]

【典例】　已知p(Ba2＋)＝－lgc(Ba2＋)、p(X2－)＝－lgc(X2－)，常温下BaSO4、BaCO3的沉淀溶解平衡曲线如图所示，下列叙述中正确的是(　　)

A．p(Ba2＋)＝a时，两种盐的饱和溶液中离子浓度c(SO)>c(CO)

B．M点对应的溶液中Ba2＋、CO能形成BaCO3沉淀

C．相同条件下，SO比CO更易与Ba2＋结合形成沉淀

D．BaSO4不可能转化为BaCO3

C　[由图像信息知Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3)，当p(Ba2＋)＝a时，二者的饱和溶液中c(CO)>c(SO)，A错误、C正确；M点时，Qc(BaCO3)<Ksp(BaCO3)，故无法形成BaCO3沉淀，B错误；因两种盐的Ksp相差不大，故在一定条件下二者之间可能相互转化，D错误。]

证据推理：沉淀溶解平衡图像分析模式

(1)曲线上任一点均为饱和溶液，线外的点为非饱和溶液，可根据Qc与Ksp的大小判断。

(2)求Ksp时可找曲线上合适的一点确定离子浓度进行计算，曲线上任一点的Ksp相同。

(3)当坐标表示浓度的对数时，要注意离子浓度的换算，如lg c(X)＝a，则c(X)＝10a。

(4)当坐标表示浓度的负对数(－lgX＝pX)时，pX越大，c(X)越小，c(X)＝10－pX。

3．在T ℃时，铬酸银(Ag2CrO4)在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A．T ℃时，在Y点和Z点，Ag2CrO4的Ksp相等

B．向饱和Ag2CrO4溶液中加入固体K2CrO4不能使溶液由Y点变为X点

C．T ℃时，Ag2CrO4的Ksp为1×10－8

D．图中a＝×10－4

C　[一定温度下溶度积是常数，所以T ℃时，Y点和Z点Ag2CrO4的Ksp相等，A正确；在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4固体仍为饱和溶液，点仍在曲线上，不能使溶液由Y点变为X点，B正确；曲线上的点都是沉淀溶解平衡点，Ag2CrO4的沉淀溶解平衡为Ag2CrO4(s)2Ag＋(aq)＋CrO(aq)，Ksp＝c2(Ag＋)·c(CrO)＝(1×10－3)2×1×10－5＝10－11，C错误；Ksp(Ag2CrO4)＝c2(Ag＋)·c(CrO)＝1×10－11，Z点时c(CrO)＝5×10－4，c2(Ag＋)＝2×10－8，所以a＝×10－4，D正确。 ]

1．下列现象不能用沉淀溶解平衡移动原理解释的是(　　)

A．相同温度下，AgCl在水中的溶解度大于在氯化钠溶液中的溶解度

B．浓FeCl3溶液滴入沸水中继续加热形成红褐色透明液体

C．自然界地表层原生铜矿变成CuSO4溶液向下层渗透，遇到难溶的ZnS或PbS，慢慢转变为铜蓝(CuS)

D．加入少量AgCl固体可以除去氯化钠溶液中的少量硫化钠杂质

B　[B项为胶体的形成，不能用沉淀溶解平衡移动原理解释。]

2．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

A　[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正确；在酸性溶液中H2S与Fe2＋不反应，而H2S与Cu2＋生成CuS沉淀，B错误；C项中的操作会引入新的杂质NH，C错误；由金属的活动性Fe>Cu知，D错误。]

3．实验：①0.1 mol·L－1 MgCl2溶液和0.2 mol·L－1 NaOH溶液等体积混合得到浊液a，取少量浊液a过滤得到滤液b和白色沉淀c；②向浊液a中滴加0.1 mol·L－1 FeCl3溶液，出现红褐色沉淀。下列分析不正确的是(　　)

A．滤液b的pH＝7

B．②中颜色变化说明Mg(OH)2转化为Fe(OH)3

C．滤液b的pH>7

D．浊液a中存在沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)

A　[根据题意，发生的反应为Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；3Mg(OH)2(s)＋2Fe3＋(aq)===3Mg2＋(aq)＋2Fe(OH)3(s)。由于存在Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，所以滤液b的pH应大于7，A项错误。]

4．某温度时，AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．加入AgNO3，可以使溶液由c点变到d点

B．加入少量水，平衡右移，Cl－浓度减小

C．d点没有AgCl沉淀生成

D．c点对应的Ksp等于a点对应的Ksp

D　[A项，加入AgNO3，c(Ag＋)增大，c(Cl－)减小，而c、d点c(Cl－)相同，错误；B项，加入少量水，平衡右移，但c(Cl－)不变，错误；C项，d点处c(Ag＋)大，此时c(Ag＋)和c(Cl－)乘积大于溶度积，有氯化银沉淀生成，错误；D项，温度不变，Ksp不变，a、c点是相同温度下的溶解沉淀平衡曲线上的点，Ksp相同，正确。]

5．常温下，几种物质的溶度积常数见下表：

(1)某酸性CuCl2溶液中含少量的FeCl3，为制得纯净CuCl2溶液，宜加入________调至溶液pH＝4，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，此时溶液中的c(Fe3＋)＝________。

(2)过滤后，将所得滤液经过________，________操作，可得到CuCl2·2H2O晶体。

[解析]　(1)加入CuO或Cu2(OH)2CO3、Cu(OH)2，与Fe3＋水解产生的H＋反应；使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，当pH＝4时，由Fe(OH)3的Ksp计算c(Fe3＋)。

[答案]　(1)CuO[或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3]　

2.6×10－9mol·L－1

(2)蒸发浓缩　冷却结晶