第2课时　沉淀溶解平衡的应用

[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．根据沉淀溶解平衡及溶度积规则，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？

(2)可溶性钡盐(如BaCl2等)当做食盐食用，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？

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________________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 ________沉淀而除去。反应如下： ______________________________。

(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____________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＋： ______________________________________________________。

②用Na2S除去Hg2＋： _____________________________________________________。

沉淀的溶解与生成

(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________________，使平衡向________________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。

(3)不可能使要除去的离子全部通过沉淀除去。一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×

10－5 mol·L－1时，杂质离子已除尽。

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·H2O B．NaOH

C．Na2CO3 D．MgCO3

2．试利用平衡移动原理解释下列事实：

(1)FeS不溶于水，但能溶于稀盐酸中________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)分别用等体积的蒸馏水和0.010 mol·L－1硫酸洗涤BaSO4沉淀，用水洗涤造成BaSO4的损失量大于用稀硫酸洗涤造成的损失量： _____________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

二　沉淀的转化

1．按下列要求完成实验：

(1)在一支试管中加入2 mL 0.1 mol·L－1的ZnSO4溶液，再滴加1 mol·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0.1 mol·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。

2．沉淀转化在生活中的应用

(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。

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

(3)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。

沉淀转化的规律

(1)沉淀转化的实质就是________________________________。

(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。

①组成类型相同的难溶电解质，Ksp较大的难溶电解质能转化为Ksp较小的难溶电解质。

②Ksp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可以转化为Ksp较大的难溶电解质。

3．实验：①0.1 mol·L－1 AgNO3溶液和0.1 mol·L－1NaCl溶液等体积混合得到悬浊液a，过滤得到滤液b和白色沉淀c；②向滤液b中滴加0.1 mol·L－1 KI溶液，出现浑浊；③向沉淀c中滴加0.1 mol·L－1KI溶液，沉淀变为黄色。

下列说法不正确的是(　　)

A．悬浊液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

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(固) 5Ca2＋＋3PO4＋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(固)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：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

1．已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10 mol2·L－2，Ksp(AgI)＝1.0×10－16 mol2·L－2。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0.001 mol·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×10－11 mol·L－1

2．已知如下物质的溶度积常数：Ksp(FeS)＝6.3×10－18 mol2·L－2，Ksp(CuS)＝6.3×10－36

mol2·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

3．常温下，Ag2SO4、AgCl、AgI的溶度积常数依次为Ksp(Ag2SO4)＝7.7×10－5 mol3·L－3、Ksp(AgCl)＝1.8×10－10 mol2·L－2、Ksp(AgI)＝8.3×10－17 mol2·L－2。下列有关说法中错误的是(　　)

A．常温下，Ag2SO4、AgCl、AgI在水中溶解能力依次减小

B．在AgCl饱和溶液中加入NaI固体，有AgI沉淀生成

C．Ag2SO4、AgCl、AgI的溶度积常数之比等于它们饱和溶液的物质的量浓度之比

D．在Ag2SO4饱和溶液中加入Na2SO4固体有Ag2SO4沉淀析出

4．下列结论正确的是________。

①向AgCl悬浊液中加入NaI溶液时出现黄色沉淀，证明Ksp(AgCl)<Ksp(AgI)

②向浓度均为0.1 mol·L－1 NaCl和NaI混合溶液中滴加AgNO3溶液，首先产生黄色沉淀，可推断Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)

③由于Ksp(BaSO4)＝1.08×10－10 mol2·L－2，Ksp(BaCO3)＝8.1×10－9 mol2·L－2，因此BaSO4沉淀不可能转化为BaCO3沉淀

④将FeCl3溶液加入Mg(OH)2沉淀中，振荡、可观察到沉淀由白色变为红褐色，验证Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2的

⑤向BaSO4饱和溶液中加入饱和Na2CO3溶液有白色沉淀生成，说明Ksp(BaSO4)>Ksp(BaCO3)

⑥ZnS沉淀中滴加CuSO4溶液可以得到CuS沉淀的原因是溶解度小的沉淀易向溶解度更小的沉淀转化

⑦将H2S气体通入AgNO3与AgCl的悬浊液中产生黑色沉淀，说明Ksp(AgCl)>Ksp(Ag2S)

5．已知25 ℃时：

在物质的提纯中，常利用难溶电解质的沉淀溶解平衡原理除去某些离子。例如：

①为了除去氯化铵晶体中的氯化铁杂质，先将混合物溶于水，再加入一定量的试剂a进行反应，过滤结晶即可：

②为了除去氯化镁晶体中的氯化铁杂质，先将混合物溶于水，再加入足量的氢氧化镁充分反应，过滤结晶即可；

③为了除去硫酸铜晶体中的硫酸亚铁杂质，先将混合物溶于水，再加入一定量的双氧水，将亚铁离子氧化，然后加入试剂b调节溶液的pH＝3.2，过滤结晶即可。

(1)上述三种除杂方案都将Fe2＋、Fe3＋转化为__________________________________

(填化学式)而除去。

(2)试剂a为__________。

(3)写出②中除杂所发生的总反应的离子方程式： ____________________________

________________________________________________________________________。

(4)下列与方案③有关的叙述正确的是________(填字母)。

A．H2O2是绿色氧化剂，在氧化过程中不引入杂质，不产生污染

B．将亚铁离子氧化的主要原因是Fe(OH)2沉淀比Fe(OH)3沉淀较难过滤

C．调节溶液pH＝3.2的试剂b是氢氧化铜或氧化铜

D．在pH大于3.2的溶液中Fe3＋已完全不存在

答案精析

一

新知导学

1．(1)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CO的浓度降低，则Q<Ksp，从而使BaCO3的沉淀溶解平衡向右移动，使Ba2＋浓度增大而引起人体重金属中毒。

(2)中毒后服用Na2SO4溶液(5.0%)洗胃，此时Q>Ksp(BaSO4)，故SO与Ba2＋结合生成BaSO4沉淀，可缓解Ba2＋对人体的毒害。

2．生成沉淀　(1)Fe(OH)3　Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH　(2)CuS、HgS　①H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋　②Hg2＋＋S2－===HgS↓

归纳总结

(2)相应离子　沉淀溶解

活学活用

1．D

2．(1)FeS(s)Fe2＋(aq)＋S2－(aq)，加入稀盐酸后，S2－＋2H＋===H2S↑，破坏了FeS的溶解平衡，使上述平衡向正方向移动，故FeS溶解

(2)BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SO (aq)，用水洗涤使BaSO4的溶解平衡向正反应方向移动，造成BaSO4的损失；而用H2SO4洗涤，H2SO4===2H＋＋SO，SO浓度增大抑制了BaSO4的溶解，故BaSO4的损失量少

解析　根据勒·夏特列原理，如使平衡向溶解的方向移动，则促进溶解，反之固体量增加。

二

新知导学

1．(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 mol2·L－2。此时Q＝Ksp。加入CuSO4溶液后，Cu2＋、S2－的浓度商Q大于Ksp(CuS)[Ksp(CuS)＝1.3×10－36 mol2·L－2]。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。

2．(1)FeS(s)＋Hg2＋(aq)===HgS(s)＋Fe2＋(aq)

(2)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。

(3)CaSO4＋Na2CO3===CaCO3＋Na2SO4

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

归纳总结

(1)沉淀溶解平衡的移动

活学活用

3．B

4．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)3(OH)]，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，从而导致龋齿的产生。但如果饮用水或者牙膏中含有F－，F－能与牙齿表面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。

达标检测　提升技能

1．A　[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＋)＝×10－5 mol·L－1。要使AgI形成沉淀，则c(Ag＋)c(I－)≥1.0×10－16mol2·L－2。则c(I－)≥mol·L－1＝×10－11 mol·L－1，D正确。]

2．D　3.C

4．②④⑥

5．(1)Fe(OH)3　(2)氨水　(3)2Fe3＋＋3Mg(OH)2===2Fe(OH)3＋3Mg2＋

(4)AC

解析　(1)由题意可知，Fe2＋、Fe3＋最终全部转化为Fe(OH)3沉淀而除去。(2)试剂a可与Fe3＋反应生成Fe(OH)3沉淀，应该为碱，为了防止引入杂质，应该选用氨水。(3)Fe(OH)3比Mg(OH)2更难溶，利用沉淀转化的原理可除去Fe3＋。(4)B项将亚铁离子氧化的主要原因是25 ℃时，Ksp：Fe(OH)2>Cu(OH)2>Fe(OH)3；在pH大于3.2的溶液中Fe3＋不是完全不存在，而是浓度降低到1.0×10－5 mol·L－1以下。

2018版高中化学鲁科版化学反应原理学案：3.3.2 沉淀溶解平衡的应用 Word版含答案