2022届高考新教材化学人教版一轮复习学案：第八单元 第4节　沉淀溶解平衡

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第4节　沉淀溶解平衡

备考要点
素养要求
1.能用化学用语正确表示水溶液中的难溶电解质的沉淀溶解平衡。
2.能通过实验证明水溶液中存在的难溶电解质沉淀溶解平衡,了解沉淀的生成、溶解与转化。
3.能利用离子积与溶度积常数的关系判断溶液中难溶电解质的沉淀和溶解情况。
4.能综合运用离子反应、化学平衡原理,举例说明难溶电解质沉淀溶解平衡在生产、科研和环保等领域中的应用
1.变化观念与平衡思想:运用化学平衡原理分析,理解沉淀的生成、溶解与转化,学会运用变量控制的方法研究化学反应。
2.证据推理与模型认知:建立沉淀溶解平衡认知模型,并能利用该模型判断溶液中难溶电解质的沉淀和溶解情况。
3.科学态度与社会责任:通过沉淀溶解平衡在生产、生活和科学研究中的应用,认识化学对人类做出的重大贡献


考点一　难溶电解质的沉淀溶解平衡
必备知识自主预诊　
知识梳理
1.溶解平衡状态
(1)定义。
沉淀溶解平衡状态是指在一定温度下,当难溶强电解质溶于水形成饱和溶液时,　　　　　　　　　　　　速率和　　　　　　　速率相等的状态。 
例如,在一定温度下,当AgCl溶于水形成　　　　　溶液时,AgCl溶于水形成Ag+和Cl-的速率　　　　　溶液中的Ag+和Cl-结合生成AgCl的速率的状态,属于沉淀溶解平衡状态。 
(2)溶解平衡的建立。
固体溶质溶液中的溶质
①v(溶解)　　　v(沉淀),固体溶解 
②v(溶解)　　　v(沉淀),溶解平衡 
③v(溶解)　　　v(沉淀),析出晶体 
(3)特点。

2.溶度积常数
(1)溶度积与离子积。
以AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)为例

类型
溶度积
离子积
定义
沉淀溶解平衡常数
溶液中有关离子
浓度幂的乘积
符号
Ksp
Q


续　表　　
类型
溶度积
离子积
表达式
Ksp(AmBn)=　　　　　　　　　　　,式中的浓度都是平衡浓度 
Q(AmBn)=　　　　　　　　,式中的浓度是任意时刻浓度 
应用
判断在一定条件下沉淀能否生成或溶解
①Q>Ksp:溶液中有　　　　析出 
②Q=Ksp:沉淀与溶解处于　　　　　　　状态 
③Qc(H+)
D.相同条件下,若用等浓度等体积的ZnCl2溶液代替上述CuCl2溶液,则反应终点c向上移动
考向2　溶度积常数及其应用
【典例2】(1)(2020山东化学,16节选)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下:

已知:MnO2是一种两性氧化物;25 ℃时相关物质的Ksp见下表。

物质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mn(OH)2
Ksp
1×10-16.3
1×10-38.6
1×10-32.3
1×10-12.7

回答下列问题:
①净化时需先加入的试剂X为　　　　　　　(填化学式),再使用氨水调溶液的pH,则pH的理论最小值为　　　　　　(当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。 
②碳化过程中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)(2020江苏化学,19节选)实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。其主要实验流程如下:
铁泥酸浸还原除杂沉铁α-Fe2O3
除杂:向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液,使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　[Ksp(CaF2)=5.3×10-9,Ka(HF)=6.3×10-4]。 
易错警示(1)并非Ksp越小,其物质的溶解度就越小。对于阴、阳离子个数比相同的难溶电解质,它们的溶解度可以直接用Ksp的大小来比较,Ksp越小,其物质的溶解度就越小;而对于阴、阳离子的个数比不同的难溶电解质,它们的溶解度就不能直接用Ksp的大小来比较。
(2)溶度积小的难溶电解质在一定条件下也能向溶度积大的难溶电解质转化。当两种难溶电解质的Ksp相差不是很大时,通过调节某种离子的浓度,可由溶度积小的难溶电解质向溶度积大的难溶电解质转化。
对点演练2(2020全国3,27节选)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O ):

溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:

金属离子
Ni2+
Al3+
Fe3+
Fe2+
开始沉淀时(c=0.01mol·L-1)的pH
7.2
3.7
2.2
7.5
沉淀完全时(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH
8.7
4.7
3.2
9.0

回答下列问题:
(1)“转化”中可替代H2O2的物质是　　　　　　　。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即,“滤液③”中可能含有的杂质离子为　　　　。 
(2)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp=　　　　　　　　　　　　　　(列出计算式) 。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0 mol·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是　　　　。 
深度指津1.有关Ksp的相关计算
(1)已知溶度积,求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp(AgCl)=a的饱和AgCl溶液中,c(Ag+)=amol·L-1。
(2)已知溶度积、溶液中某离子的浓度,求溶液中的另一种离子的浓度,如某温度下AgCl的Ksp=a,在0.1mol·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10amol·L-1。
(3)计算反应的平衡常数,如对于反应Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq),Ksp(MnS)=c(Mn2+)·c(S2-),Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),该反应的平衡常数K=c(Mn2+)c(Cu2+)=Ksp(MnS)Ksp(CuS)。
2.解沉淀溶解平衡图像题的三步骤
第一步:明确图像中纵、横坐标的含义
纵、横坐标通常是难溶物溶解后电离出的离子浓度。
第二步:理解图像中线上点、线外点的含义

(1)以氯化银为例,在该沉淀溶解平衡图像上,曲线上任意一点都达到了沉淀溶解平衡状态,此时Q=Ksp。在温度不变时,无论改变哪种离子的浓度,另一种离子的浓度只能在曲线上变化,不会出现在曲线以外。
(2)曲线上方区域的点均为过饱和溶液,此时Q>Ksp。
(3)曲线下方区域的点均为不饱和溶液,此时Qc(Ag+)+c{[Ag(NH3)2]+}+c(NH4+)
考向2　沉淀转化
【典例2】(2020山东泰安四模)取1 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液进行如下实验(实验中所用试剂浓度均为0.1 mol·L-1):

下列说法不正确的是(　　)
A.实验①白色沉淀是难溶的AgCl
B.由实验②说明AgI比AgCl更难溶
C.若按①③顺序实验,看不到黑色沉淀
D.若按②①顺序实验,看不到白色沉淀
对点演练2某兴趣小组进行下列实验:
①将0.1 mol·L-1 MgCl2溶液和0.5 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合得到浊液
②取少量①中浊液,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,出现红褐色沉淀
③将①中浊液过滤,取少量白色沉淀,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,白色沉淀变为红褐色沉淀
④另取少量白色沉淀,滴加饱和NH4Cl溶液,沉淀溶解
下列说法中不正确的是(　　)
A.将①中所得浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+
B.①中浊液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)
C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶
D.NH4Cl溶液中的NH4+可能是④中沉淀溶解的原因
深度指津(1)用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去,一般当残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,则认为沉淀已经完全。
(2)利用生成沉淀分离或除去某种离子,首先要使生成沉淀的反应能够发生,其次沉淀生成的反应进行的越完全越好。如除去溶液中的Mg2+,用NaOH溶液比使用Na2CO3溶液好,原因是Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小。
(3)若一种沉淀剂可使溶液中多种离子产生沉淀时,则可以控制条件,使这些离子先后分别沉淀。
①对同一类型的沉淀,Ksp越小越先沉淀,且Ksp相差越大分步沉淀效果越好。例如在浓度相差不大的Cl-、Br-、I-的混合溶液中,由于AgCl、AgBr、AgI的Ksp相差较大,可向混合溶液中逐渐滴加AgNO3溶液,可按AgI、AgBr、AgCl的顺序先后沉淀。
②对不同类型的沉淀,其沉淀先后顺序要通过计算才能确定。
(4)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。如在BaSO4的饱和溶液中加入高浓度的Na2CO3溶液,也可以转化成溶解度较大的BaCO3沉淀。

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核心速记

1.2个主要特征
(1)v(溶解)=v(沉淀)≠0。
(2)离子的浓度保持不变。
2.3个关系
当QKsp时:溶液中有沉淀析出。
3.3个应用
(1)沉淀的生成;(2)沉淀的溶解;(3)沉淀的转化。
4.用沉淀法除杂不可能将杂质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,表明离子已经沉淀完全。
5.沉淀溶解平衡是化学平衡的一种,沉淀溶解平衡也同样遵循勒夏特列原理。












第4节　沉淀溶解平衡
考点一　难溶电解质的沉淀溶解平衡
必备知识·自主预诊
1.(1)沉淀溶解　沉淀生成　饱和　等于　(2)>　=　c(Cl-)>c(S2-)>c(OH-)>c(H+),C正确;相同实验条件下,改用0.1mol·L-1的ZnCl2溶液,Ksp(ZnS)=1.6×10-24>Ksp(CuS),锌离子浓度大于铜离子浓度,消耗硫化钠溶液体积10mL,图中反应终点c点向b点方向移动,D错误。
典例2答案(1)①H2O2　4.9　②Mn2++HCO3-+NH3·H2OMnCO3↓+NH4++H2O　(2)pH偏低形成HF,导致溶液中F-浓度减小,CaF2沉淀不完全
解析(1)①根据表中Ksp[Fe(OH)3]