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高中化学第3节 沉淀溶解平衡授课课件ppt
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这是一份高中化学第3节 沉淀溶解平衡授课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，知识铺垫，必备知识，自我检测，问题探究，归纳拓展，应用体验，答案B，答案D，答案C等内容，欢迎下载使用。
基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
学以致用•随堂检测全达标
1.知道难溶电解质的沉淀溶解平衡及其影响因素以及沉淀溶解平衡的移动,能多角度、动态地分析难溶电解质的溶解平衡,培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。2.知道溶度积的意义,建立根据溶度积和离子积的大小关系判断反应进行方向的思维模型,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。3.学会用沉淀溶解平衡的移动解决生产、生活中的实际问题,并设计实验探究方案,进行沉淀转化等实验探究,提高科学态度与社会责任的化学核心素养。
1.固体物质的溶解度(S)与溶解性的关系:
2.溶解平衡状态:在一定温度下,固体溶质在水中形成饱和溶液时,溶液中溶质质量保持不变的状态,该状态下,固体溶质溶解的速率和溶液中溶质分子结晶的速率达到相等,但溶解和结晶仍在进行。
3.浓度商Q与化学平衡常数K的关系(1)Q=K时,反应达到平衡状态。(2)Q>K时,反应向逆反应方向进行。(3)Q
(3)沉淀溶解平衡的特征。
(4)沉淀溶解平衡的影响因素。
2.沉淀溶解平衡常数——溶度积(1)定义:在一定条件下,难溶物的饱和溶液中存在沉淀溶解平衡,其平衡常数叫作溶度积常数或溶度积,通常用Ksp表示。(2)表达式。
沉淀溶解平衡方程式中各物质要标明聚集状态
(3)意义。溶度积(Ksp)反映了难溶电解质在水中的溶解程度。对于相同类型的难溶电解质,Ksp的数值越大,电解质在水中的溶解程度越大。(4)影响因素。Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,与沉淀的量和溶液中离子的浓度无关。
【微思考】溶解度较小的沉淀易转化成溶解度更小的沉淀,而溶解度小的沉淀不能向溶解度大的沉淀转化,这种认识对吗?提示不对。只要浓度商Q>Ksp,溶解度小的沉淀也可以转化为溶解度大的沉淀。
二、沉淀溶解平衡的应用1.沉淀的溶解与生成(1)原理。通过改变条件使溶解平衡移动,最终使溶液中的离子转化为沉淀或沉淀转化为溶液中的离子。
(2)判断。对于难溶电解质的溶解过程AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq),其浓度商Q=cm(An+)·cn(Bm-),通过比较Q和Ksp的相对大小,可以判断沉淀的溶解与生成。①Q>Ksp时,溶液过饱和,有沉淀析出,直至Q=Ksp,达到新的沉淀溶解平衡。②Q=Ksp时,溶液饱和,沉淀溶解与生成处于平衡状态。③Q
2.沉淀的转化(1)实质。实质是沉淀溶解平衡的移动。(2)特点。一般地,溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀。两种难溶物的溶解能力差别越大,越容易转化。
(3)沉淀转化的应用。①除去废水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+等离子,常用FeS等难溶物作为沉淀剂,其中除去Cu2+的离子方程式为FeS(s)+Cu2+(aq)==CuS(s)+Fe2+(aq)。②硬水中的Mg(HCO3)2煮沸时分解为MgCO3,继续煮沸过程中,MgCO3转化为Mg(OH)2。③锅炉除水垢(含有CaSO4):向锅炉中加入Na2CO3溶液,发生的反应为CaSO4+Na2CO3==CaCO3+Na2SO4,然后再加入盐酸发生反应,CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑。
④自然界中矿物的转化:原生铜的硫化物经氧化等作用转化为CuSO4溶液,然后利用ZnS、PbS等沉淀剂将Cu2+转化为更难溶的CuS沉淀,发生的反应为CuSO4+ZnS==CuS+ZnSO4,CuSO4+PbS==CuS+PbSO4。
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)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。( )(2)室温下,AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度。( )(3)BaSO4在相同物质的量浓度的硫酸钠和硫酸铝溶液中的溶解度相同。( )(4)升高温度,沉淀溶解平衡一定正向移动。( )(5)为减少洗涤过程中固体的损耗,最好选用稀盐酸代替H2O来洗涤AgCl沉淀。( )
(6)向一定量的饱和NaOH溶液中加入少量Na2O固体,恢复到原来温度时,溶液中的Na+总数不变。( )(7)AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)与AgCl==Ag++Cl-两式表示的意义相同。( )
1.向含BaCO3固体的饱和溶液中逐渐滴入盐酸有什么现象?试从平衡移动的角度分析。
2.除去溶液中的S ,选择钙盐还是钡盐?为什么?
提示根据CaSO4微溶于水,BaSO4难溶于水,除去S 时,应选择钡盐,因为钡盐可使S 沉淀的更完全。
3.向澄清的PbI2饱和溶液中滴入KI溶液,有什么现象?试从平衡移动的角度分析。
提示上层澄清溶液又生成黄色沉淀。PbI2饱和溶液中存在平衡PbI2(s) Pb2+(aq)+2I-(aq),滴入KI溶液,溶液中I-浓度增大。Q>Ksp,平衡逆向移动,因此又有PbI2黄色沉淀生成。
1.已知沉淀溶解平衡Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),当条件改变时,对该沉淀溶解平衡的影响如下表。
2.影响沉淀溶解平衡的因素(1)内因:难溶电解质的性质。绝对不溶的物质是没有的;同样是微溶物质,溶解度差别也很大;易溶电解质只要是饱和溶液也存在溶解平衡。(2)外因:①浓度。加水时平衡向溶解的方向移动。②温度。升温时多数平衡向溶解方向移动;少数平衡向生成沉淀的方向移动,如Ca(OH)2的沉淀溶解平衡。③同离子效应。向平衡体系中加入相同的离子,使平衡向生成沉淀的方向移动。④其他。向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶的物质或气体的离子时,平衡向溶解的方向移动。
【典例1】将一定量的Ca(OH)2固体加入蒸馏水中,一段时间后达到沉淀溶解平衡:Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq)。下列说法正确的是( )A.恒温下向溶液中加CaO,溶液的pH升高B.给溶液加热,溶液的pH升高C.恒温时向溶液中加CaO后,溶液中的n(OH-)减小D.向溶液中加入少量的NaOH固体,Ca(OH)2固体的质量不变
答案C解析由于温度不变,故Ca(OH)2的浓度不变,A错误;升温时,由于Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而减小,c(OH-)减小,故溶液pH降低,B错误;恒温时加入CaO后会消耗一部分水,导致溶剂减少,故溶液中n(OH-)减小,C正确;加入NaOH固体,溶解平衡左移,Ca(OH)2固体的质量增加,D错误。
变式训练1 25 ℃时,在含有大量PbI2的饱和溶液中存在着沉淀溶解平衡PbI2(s) Pb2+(aq)+2I-(aq),向该饱和溶液中加入KI溶液,下列说法正确的是( )A.溶液中Pb2+和I-的浓度都增大B.溶度积常数Ksp增大C.沉淀溶解平衡向右移动D.溶液中Pb2+的浓度减小
答案D解析加入KI溶液时,溶液中I-的浓度增大,使PbI2的沉淀溶解平衡逆向移动,因此溶液中Pb2+的浓度减小,但由于溶液的温度未发生改变,故PbI2的溶度积常数Ksp不变。
同温条件下,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强,这种认识对吗?
提示不对。对于同类型物质而言,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强,如Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI),所以溶解度AgCl>AgBr>AgI;而对于不同类型的物质,则不能直接比较,如Ksp(AgCl)=1.8×10-10 ml2·L-2,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12 ml3·L-3,不能认为Mg(OH)2比AgCl更难溶,需要转化为溶解度进行比较。
溶度积的应用及有关计算技巧(1)溶度积的应用。①利用溶度积判断沉淀的生成、溶解及转化。利用溶度积(Ksp)与浓度商(Q)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、溶解或转化。Q>Ksp,溶液中的离子生成沉淀,直至形成沉淀与沉淀溶解达到平衡状态。Q=Ksp,离子生成沉淀与沉淀溶解处于平衡状态。Q
(2)溶度积的有关计算。①根据溶度积求溶液中离子的浓度。a.如Ksp=a ml2·L-2的饱和AgCl溶液中:c平(Ag+)= ml·L-1。b.如某温度下AgCl的Ksp=b ml2·L-2,在0.1 ml·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体(忽略溶液体积的变化),达到平衡后c平(Ag+)=10b ml·L-1。②利用Ksp计算难溶物质的溶解度。一定温度下,若已知难溶物质的Ksp,可以根据Ksp的表达式换算为该物质的物质的量浓度。由于溶液极稀,密度可视为水的密度,然后进一步计算出100 g溶液中溶解的难溶物的质量,即为该物质的溶解度。
【典例2】绚丽多彩的无机颜料的应用曾创造了古代绘画和彩陶的辉煌。硫化镉(CdS)是一种难溶于水的黄色颜料,其在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.图中a和b分别为T1、T2温度下CdS在水中的达到沉淀溶解平衡时离子的浓度B.图中各点对应的Ksp的关系为:Ksp(m)=Ksp(n)
解析CdS在水中存在沉淀溶解平衡:CdS(s) Cd2+(aq)+S2-(aq),电离出的S2-的浓度与Cd2+的浓度相同,A项正确;沉淀溶解平衡常数只与温度有关,温度相同,Ksp相同,所以m、p、n三点的Ksp相同,B项错误;在T1温度下,向m点的溶液中加入少量Na2S固体,S2-浓度增大,但由于Ksp不变,所以Cd2+浓度必然减小,因此溶液组成由m沿mpn线向p方向移动,C项正确;温度降低,CdS的Ksp减小,但S2-的浓度与Cd2+浓度仍然相等,所以q点的饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动,D项正确。
规律方法 (1)溶解平衡曲线类似于溶解度曲线,曲线上任一点都表示饱和溶液,曲线上方的任一点均表示过饱和溶液,此时有沉淀析出,曲线下方的任一点均表示不饱和溶液。(2)从图像上平衡点找到数据,根据Ksp的表达式计算得出Ksp的值。(3)比较溶液的Q与Ksp的大小,判断溶液中有无沉淀析出。(4)涉及Q的计算时,所代入的离子浓度一定是混合溶液中的离子浓度,因此计算离子浓度时,所代入的溶液体积也必须是混合溶液的体积。
变式训练2-1已知25 ℃时,AgCl的溶度积Ksp=1.8×10-10 ml2·L-2。则下列说法正确的是( )A.向饱和AgCl水溶液中加入盐酸,Ksp变大B.AgNO3溶液与NaCl溶液混合后的溶液中,一定有c平(Ag+)=c平(Cl-)C.温度一定时,当AgCl溶液中c平(Ag+)·c平(Cl-)=Ksp时,此溶液中必有AgCl沉淀析出D.将AgCl加入到较浓的KI溶液中,部分AgCl转化为AgI,因为AgCl的溶解度大于AgI
答案D解析Ksp只与温度有关,A项不正确;B项混合后可能有Ag+或Cl-剩余,因此不一定有c平(Ag+)=c平(Cl-);C项Q=Ksp时可能恰好达到饱和状态,没有AgCl沉淀析出;D项符合沉淀转化的规律。
变式训练2-2已知T ℃时,CaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示,向100 mL该条件下的CaSO4饱和溶液中加入400 mL 0.01 ml·L-1的Na2SO4溶液,针对此过程的下列叙述正确的是( )
解析 由题图可知题给温度下CaSO4的溶度积常数Ksp=3.0×10-3 ml·L-1×3.0×10-3 ml·L-1=9.0×10-6 ml2·L-2,CaSO4饱和溶液中c(Ca2+)=c(S )=3.0×10-3 ml·L-1,加入400 mL 0.01 ml·L-1的Na2SO4溶液,溶液体积变为500 mL,
难溶性钡盐转化的实验探究重晶石(主要成分为BaSO4)是制备钡的化合物的重要原料,由重晶石制备BaCl2的大致流程如图。
1.由重晶石转化为BaCO3时,所加试剂a应是什么物质?该步转化为什么能够实现?
2.由BaCO3转化为BaCl2的过程中,所加入的试剂b应是什么试剂?操作②所指的是哪种具体操作?
提示BaCO3+2HCl==BaCl2+CO2↑+H2O,所以试剂b为稀盐酸。从BaCl2溶液中获得BaCl2固体可采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥的操作。
1.沉淀溶解的方法加入适当的试剂,当Q
3.生成沉淀时沉淀剂选择的原则(1)使生成沉淀的反应进行得越完全越好(或沉淀离子形成沉淀的Ksp尽可能小)。(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。
【微点拨】加入沉淀剂,使Q>Ksp从而析出沉淀,这也是分离、除杂常用的方法(1)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;其次是沉淀生成的反应进行得越完全越好。(2)不可能使要除去的离子全部通过沉淀除去,即使加入了过量的沉淀剂,一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时即为沉淀完全。
【典例3 】工业上通常以MnO2为原料制得MnCl2溶液,通过添加过量难溶电解质MnS,使含有的Cu2+、Pb2+、Cd2+等金属离子形成硫化物沉淀,经过滤除去包括MnS在内的沉淀,再经蒸发、结晶等操作,可得纯净的MnCl2,根据上述实验事实,下列分析正确的是( )A.MnS的Ksp大于CuS、PbS、CdS等硫化物的KspB.除杂试剂MnS也可用FeS代替C.MnS与Cu2+反应的离子方程式是Cu2+(aq)+MnS(s) ==CuS(s)+Mn2+(aq)D.整个过程中涉及的反应类型有复分解反应和氧化还原反应
答案 B解析 通过添加过量难溶电解质MnS,使含有的Cu2+、Pb2+、Cd2+等金属离子形成硫化物沉淀,属于沉淀的转化,由难溶的物质转化为更难溶的物质,故A正确;除杂试剂MnS如用FeS代替,会引入新的杂质,故B错误;除Cu2+时沉淀转化的离子方程式为:Cu2+(aq)+MnS(s) ==CuS(s)+Mn2+(aq),故C正确;以MnO2为原料发生反应制得MnCl2,Mn元素化合价发生变化,属于氧化还原反应,沉淀的转化属于复分解反应,故D正确。
变式训练3自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液,向地下深层渗透,遇到难溶的ZnS或PbS,慢慢转变为铜蓝(CuS)。下列分析一定正确的是( )A.Ksp(PbS)
1.某温度下向含AgCl固体的AgCl饱和溶液中加入少量稀盐酸,下列说法正确的是( )A.AgCl的溶解度、Ksp均减小B.AgCl的溶解度、Ksp均不变C.AgCl的溶解度减小,Ksp不变D.AgCl的溶解度不变,Ksp减小
答案C解析向含AgCl固体的AgCl饱和溶液中滴加盐酸,使溶液中的Cl-浓度增大,因同离子效应使AgCl溶解平衡逆向移动,故AgCl溶解度减小,但温度不变,故Ksp保持不变,C项正确。
2.下列关于沉淀溶解平衡的说法正确的是( )A.只有难溶电解质才存在沉淀溶解平衡过程B.沉淀溶解平衡过程是可逆的C.在平衡状态时v(溶解)=v(沉淀)=0D.达到沉淀溶解平衡的溶液不一定是饱和溶液答案B解析无论难溶电解质还是易溶电解质,都存在沉淀溶解平衡状态,例如含NaCl固体的NaCl饱和溶液中就存在沉淀溶解平衡状态,故A错;电解质的沉淀溶解平衡状态是可逆的,故B对;沉淀溶解平衡状态时v(溶解)=v(沉淀)≠0,故C错;达到沉淀溶解平衡时,溶解的速率等于沉淀的速率,所以溶液的浓度不变,一定是饱和溶液,故D错。
4.某温度时,BaSO4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Na2SO4固体可以使溶液由a点变到b点B.通过蒸发可以使溶液由d点变到c点C.d点无BaSO4沉淀生成D.a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp
解析 A项,温度不变,加入Na2SO4固体会导致沉淀溶解平衡向左移动,但两离子浓度的乘积不变,仍在曲线上,不会由a点变到b点;B项,通过蒸发,水量减小,Ba2+和S 浓度都增大,不可能由d点变到c点;C项,d点还没有形成饱和溶液,因此无BaSO4沉淀生成;D项,温度不变,a点与c点的Ksp相等。
5.(1)已知Ksp(BaSO4)=1.1×10-10 ml2·L-2,Ksp(BaCO3)=5.1×10-9 ml2·L-2,某同学设想用下列流程得到BaCl2溶液:
则过程①的离子方程式为 ,该反应的平衡常数K= 。 (2)向BaCl2溶液中加入AgNO3溶液和KBr溶液,当两种沉淀共存时,
基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
学以致用•随堂检测全达标
1.知道难溶电解质的沉淀溶解平衡及其影响因素以及沉淀溶解平衡的移动,能多角度、动态地分析难溶电解质的溶解平衡,培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。2.知道溶度积的意义,建立根据溶度积和离子积的大小关系判断反应进行方向的思维模型,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。3.学会用沉淀溶解平衡的移动解决生产、生活中的实际问题,并设计实验探究方案,进行沉淀转化等实验探究,提高科学态度与社会责任的化学核心素养。
1.固体物质的溶解度(S)与溶解性的关系:
2.溶解平衡状态:在一定温度下,固体溶质在水中形成饱和溶液时,溶液中溶质质量保持不变的状态,该状态下,固体溶质溶解的速率和溶液中溶质分子结晶的速率达到相等,但溶解和结晶仍在进行。
3.浓度商Q与化学平衡常数K的关系(1)Q=K时,反应达到平衡状态。(2)Q>K时,反应向逆反应方向进行。(3)Q
(3)沉淀溶解平衡的特征。
(4)沉淀溶解平衡的影响因素。
2.沉淀溶解平衡常数——溶度积(1)定义:在一定条件下,难溶物的饱和溶液中存在沉淀溶解平衡,其平衡常数叫作溶度积常数或溶度积,通常用Ksp表示。(2)表达式。
沉淀溶解平衡方程式中各物质要标明聚集状态
(3)意义。溶度积(Ksp)反映了难溶电解质在水中的溶解程度。对于相同类型的难溶电解质,Ksp的数值越大,电解质在水中的溶解程度越大。(4)影响因素。Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,与沉淀的量和溶液中离子的浓度无关。
【微思考】溶解度较小的沉淀易转化成溶解度更小的沉淀,而溶解度小的沉淀不能向溶解度大的沉淀转化,这种认识对吗?提示不对。只要浓度商Q>Ksp,溶解度小的沉淀也可以转化为溶解度大的沉淀。
二、沉淀溶解平衡的应用1.沉淀的溶解与生成(1)原理。通过改变条件使溶解平衡移动,最终使溶液中的离子转化为沉淀或沉淀转化为溶液中的离子。
(2)判断。对于难溶电解质的溶解过程AmBn(s) mAn+(aq)+nBm-(aq),其浓度商Q=cm(An+)·cn(Bm-),通过比较Q和Ksp的相对大小,可以判断沉淀的溶解与生成。①Q>Ksp时,溶液过饱和,有沉淀析出,直至Q=Ksp,达到新的沉淀溶解平衡。②Q=Ksp时,溶液饱和,沉淀溶解与生成处于平衡状态。③Q
2.沉淀的转化(1)实质。实质是沉淀溶解平衡的移动。(2)特点。一般地,溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀。两种难溶物的溶解能力差别越大,越容易转化。
(3)沉淀转化的应用。①除去废水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+等离子,常用FeS等难溶物作为沉淀剂,其中除去Cu2+的离子方程式为FeS(s)+Cu2+(aq)==CuS(s)+Fe2+(aq)。②硬水中的Mg(HCO3)2煮沸时分解为MgCO3,继续煮沸过程中,MgCO3转化为Mg(OH)2。③锅炉除水垢(含有CaSO4):向锅炉中加入Na2CO3溶液,发生的反应为CaSO4+Na2CO3==CaCO3+Na2SO4,然后再加入盐酸发生反应,CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑。
④自然界中矿物的转化:原生铜的硫化物经氧化等作用转化为CuSO4溶液,然后利用ZnS、PbS等沉淀剂将Cu2+转化为更难溶的CuS沉淀,发生的反应为CuSO4+ZnS==CuS+ZnSO4,CuSO4+PbS==CuS+PbSO4。
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)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。( )(2)室温下,AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度。( )(3)BaSO4在相同物质的量浓度的硫酸钠和硫酸铝溶液中的溶解度相同。( )(4)升高温度,沉淀溶解平衡一定正向移动。( )(5)为减少洗涤过程中固体的损耗,最好选用稀盐酸代替H2O来洗涤AgCl沉淀。( )
(6)向一定量的饱和NaOH溶液中加入少量Na2O固体,恢复到原来温度时,溶液中的Na+总数不变。( )(7)AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)与AgCl==Ag++Cl-两式表示的意义相同。( )
1.向含BaCO3固体的饱和溶液中逐渐滴入盐酸有什么现象?试从平衡移动的角度分析。
2.除去溶液中的S ,选择钙盐还是钡盐?为什么?
提示根据CaSO4微溶于水,BaSO4难溶于水,除去S 时,应选择钡盐,因为钡盐可使S 沉淀的更完全。
3.向澄清的PbI2饱和溶液中滴入KI溶液,有什么现象?试从平衡移动的角度分析。
提示上层澄清溶液又生成黄色沉淀。PbI2饱和溶液中存在平衡PbI2(s) Pb2+(aq)+2I-(aq),滴入KI溶液,溶液中I-浓度增大。Q>Ksp,平衡逆向移动,因此又有PbI2黄色沉淀生成。
1.已知沉淀溶解平衡Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),当条件改变时,对该沉淀溶解平衡的影响如下表。
2.影响沉淀溶解平衡的因素(1)内因:难溶电解质的性质。绝对不溶的物质是没有的;同样是微溶物质,溶解度差别也很大;易溶电解质只要是饱和溶液也存在溶解平衡。(2)外因:①浓度。加水时平衡向溶解的方向移动。②温度。升温时多数平衡向溶解方向移动;少数平衡向生成沉淀的方向移动,如Ca(OH)2的沉淀溶解平衡。③同离子效应。向平衡体系中加入相同的离子,使平衡向生成沉淀的方向移动。④其他。向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶的物质或气体的离子时,平衡向溶解的方向移动。
【典例1】将一定量的Ca(OH)2固体加入蒸馏水中,一段时间后达到沉淀溶解平衡:Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq)。下列说法正确的是( )A.恒温下向溶液中加CaO,溶液的pH升高B.给溶液加热,溶液的pH升高C.恒温时向溶液中加CaO后,溶液中的n(OH-)减小D.向溶液中加入少量的NaOH固体,Ca(OH)2固体的质量不变
答案C解析由于温度不变,故Ca(OH)2的浓度不变,A错误;升温时,由于Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而减小,c(OH-)减小,故溶液pH降低,B错误;恒温时加入CaO后会消耗一部分水,导致溶剂减少,故溶液中n(OH-)减小,C正确;加入NaOH固体,溶解平衡左移,Ca(OH)2固体的质量增加,D错误。
变式训练1 25 ℃时,在含有大量PbI2的饱和溶液中存在着沉淀溶解平衡PbI2(s) Pb2+(aq)+2I-(aq),向该饱和溶液中加入KI溶液,下列说法正确的是( )A.溶液中Pb2+和I-的浓度都增大B.溶度积常数Ksp增大C.沉淀溶解平衡向右移动D.溶液中Pb2+的浓度减小
答案D解析加入KI溶液时,溶液中I-的浓度增大,使PbI2的沉淀溶解平衡逆向移动,因此溶液中Pb2+的浓度减小,但由于溶液的温度未发生改变,故PbI2的溶度积常数Ksp不变。
同温条件下,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强,这种认识对吗?
提示不对。对于同类型物质而言,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强,如Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI),所以溶解度AgCl>AgBr>AgI;而对于不同类型的物质,则不能直接比较,如Ksp(AgCl)=1.8×10-10 ml2·L-2,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12 ml3·L-3,不能认为Mg(OH)2比AgCl更难溶,需要转化为溶解度进行比较。
溶度积的应用及有关计算技巧(1)溶度积的应用。①利用溶度积判断沉淀的生成、溶解及转化。利用溶度积(Ksp)与浓度商(Q)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、溶解或转化。Q>Ksp,溶液中的离子生成沉淀,直至形成沉淀与沉淀溶解达到平衡状态。Q=Ksp,离子生成沉淀与沉淀溶解处于平衡状态。Q
(2)溶度积的有关计算。①根据溶度积求溶液中离子的浓度。a.如Ksp=a ml2·L-2的饱和AgCl溶液中:c平(Ag+)= ml·L-1。b.如某温度下AgCl的Ksp=b ml2·L-2,在0.1 ml·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体(忽略溶液体积的变化),达到平衡后c平(Ag+)=10b ml·L-1。②利用Ksp计算难溶物质的溶解度。一定温度下,若已知难溶物质的Ksp,可以根据Ksp的表达式换算为该物质的物质的量浓度。由于溶液极稀,密度可视为水的密度,然后进一步计算出100 g溶液中溶解的难溶物的质量,即为该物质的溶解度。
【典例2】绚丽多彩的无机颜料的应用曾创造了古代绘画和彩陶的辉煌。硫化镉(CdS)是一种难溶于水的黄色颜料,其在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.图中a和b分别为T1、T2温度下CdS在水中的达到沉淀溶解平衡时离子的浓度B.图中各点对应的Ksp的关系为:Ksp(m)=Ksp(n)
解析CdS在水中存在沉淀溶解平衡:CdS(s) Cd2+(aq)+S2-(aq),电离出的S2-的浓度与Cd2+的浓度相同,A项正确;沉淀溶解平衡常数只与温度有关,温度相同,Ksp相同,所以m、p、n三点的Ksp相同,B项错误;在T1温度下,向m点的溶液中加入少量Na2S固体,S2-浓度增大,但由于Ksp不变,所以Cd2+浓度必然减小,因此溶液组成由m沿mpn线向p方向移动,C项正确;温度降低,CdS的Ksp减小,但S2-的浓度与Cd2+浓度仍然相等,所以q点的饱和溶液的组成由q沿qp线向p方向移动,D项正确。
规律方法 (1)溶解平衡曲线类似于溶解度曲线,曲线上任一点都表示饱和溶液,曲线上方的任一点均表示过饱和溶液,此时有沉淀析出,曲线下方的任一点均表示不饱和溶液。(2)从图像上平衡点找到数据,根据Ksp的表达式计算得出Ksp的值。(3)比较溶液的Q与Ksp的大小,判断溶液中有无沉淀析出。(4)涉及Q的计算时,所代入的离子浓度一定是混合溶液中的离子浓度,因此计算离子浓度时,所代入的溶液体积也必须是混合溶液的体积。
变式训练2-1已知25 ℃时,AgCl的溶度积Ksp=1.8×10-10 ml2·L-2。则下列说法正确的是( )A.向饱和AgCl水溶液中加入盐酸,Ksp变大B.AgNO3溶液与NaCl溶液混合后的溶液中,一定有c平(Ag+)=c平(Cl-)C.温度一定时,当AgCl溶液中c平(Ag+)·c平(Cl-)=Ksp时,此溶液中必有AgCl沉淀析出D.将AgCl加入到较浓的KI溶液中,部分AgCl转化为AgI,因为AgCl的溶解度大于AgI
答案D解析Ksp只与温度有关,A项不正确;B项混合后可能有Ag+或Cl-剩余,因此不一定有c平(Ag+)=c平(Cl-);C项Q=Ksp时可能恰好达到饱和状态,没有AgCl沉淀析出;D项符合沉淀转化的规律。
变式训练2-2已知T ℃时,CaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示,向100 mL该条件下的CaSO4饱和溶液中加入400 mL 0.01 ml·L-1的Na2SO4溶液,针对此过程的下列叙述正确的是( )
解析 由题图可知题给温度下CaSO4的溶度积常数Ksp=3.0×10-3 ml·L-1×3.0×10-3 ml·L-1=9.0×10-6 ml2·L-2,CaSO4饱和溶液中c(Ca2+)=c(S )=3.0×10-3 ml·L-1,加入400 mL 0.01 ml·L-1的Na2SO4溶液,溶液体积变为500 mL,
难溶性钡盐转化的实验探究重晶石(主要成分为BaSO4)是制备钡的化合物的重要原料,由重晶石制备BaCl2的大致流程如图。
1.由重晶石转化为BaCO3时,所加试剂a应是什么物质?该步转化为什么能够实现?
2.由BaCO3转化为BaCl2的过程中,所加入的试剂b应是什么试剂?操作②所指的是哪种具体操作?
提示BaCO3+2HCl==BaCl2+CO2↑+H2O,所以试剂b为稀盐酸。从BaCl2溶液中获得BaCl2固体可采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥的操作。
1.沉淀溶解的方法加入适当的试剂,当Q
3.生成沉淀时沉淀剂选择的原则(1)使生成沉淀的反应进行得越完全越好(或沉淀离子形成沉淀的Ksp尽可能小)。(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。
【微点拨】加入沉淀剂,使Q>Ksp从而析出沉淀,这也是分离、除杂常用的方法(1)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;其次是沉淀生成的反应进行得越完全越好。(2)不可能使要除去的离子全部通过沉淀除去,即使加入了过量的沉淀剂,一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时即为沉淀完全。
【典例3 】工业上通常以MnO2为原料制得MnCl2溶液,通过添加过量难溶电解质MnS,使含有的Cu2+、Pb2+、Cd2+等金属离子形成硫化物沉淀,经过滤除去包括MnS在内的沉淀,再经蒸发、结晶等操作,可得纯净的MnCl2,根据上述实验事实,下列分析正确的是( )A.MnS的Ksp大于CuS、PbS、CdS等硫化物的KspB.除杂试剂MnS也可用FeS代替C.MnS与Cu2+反应的离子方程式是Cu2+(aq)+MnS(s) ==CuS(s)+Mn2+(aq)D.整个过程中涉及的反应类型有复分解反应和氧化还原反应
答案 B解析 通过添加过量难溶电解质MnS,使含有的Cu2+、Pb2+、Cd2+等金属离子形成硫化物沉淀,属于沉淀的转化,由难溶的物质转化为更难溶的物质,故A正确;除杂试剂MnS如用FeS代替,会引入新的杂质,故B错误;除Cu2+时沉淀转化的离子方程式为:Cu2+(aq)+MnS(s) ==CuS(s)+Mn2+(aq),故C正确;以MnO2为原料发生反应制得MnCl2,Mn元素化合价发生变化,属于氧化还原反应,沉淀的转化属于复分解反应,故D正确。
变式训练3自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液,向地下深层渗透,遇到难溶的ZnS或PbS,慢慢转变为铜蓝(CuS)。下列分析一定正确的是( )A.Ksp(PbS)
1.某温度下向含AgCl固体的AgCl饱和溶液中加入少量稀盐酸,下列说法正确的是( )A.AgCl的溶解度、Ksp均减小B.AgCl的溶解度、Ksp均不变C.AgCl的溶解度减小,Ksp不变D.AgCl的溶解度不变,Ksp减小
答案C解析向含AgCl固体的AgCl饱和溶液中滴加盐酸,使溶液中的Cl-浓度增大,因同离子效应使AgCl溶解平衡逆向移动,故AgCl溶解度减小,但温度不变,故Ksp保持不变,C项正确。
2.下列关于沉淀溶解平衡的说法正确的是( )A.只有难溶电解质才存在沉淀溶解平衡过程B.沉淀溶解平衡过程是可逆的C.在平衡状态时v(溶解)=v(沉淀)=0D.达到沉淀溶解平衡的溶液不一定是饱和溶液答案B解析无论难溶电解质还是易溶电解质,都存在沉淀溶解平衡状态,例如含NaCl固体的NaCl饱和溶液中就存在沉淀溶解平衡状态,故A错;电解质的沉淀溶解平衡状态是可逆的,故B对;沉淀溶解平衡状态时v(溶解)=v(沉淀)≠0,故C错;达到沉淀溶解平衡时,溶解的速率等于沉淀的速率,所以溶液的浓度不变,一定是饱和溶液,故D错。
4.某温度时,BaSO4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Na2SO4固体可以使溶液由a点变到b点B.通过蒸发可以使溶液由d点变到c点C.d点无BaSO4沉淀生成D.a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp
解析 A项,温度不变,加入Na2SO4固体会导致沉淀溶解平衡向左移动,但两离子浓度的乘积不变,仍在曲线上,不会由a点变到b点;B项,通过蒸发,水量减小,Ba2+和S 浓度都增大,不可能由d点变到c点;C项,d点还没有形成饱和溶液,因此无BaSO4沉淀生成;D项,温度不变,a点与c点的Ksp相等。
5.(1)已知Ksp(BaSO4)=1.1×10-10 ml2·L-2,Ksp(BaCO3)=5.1×10-9 ml2·L-2,某同学设想用下列流程得到BaCl2溶液:
则过程①的离子方程式为 ,该反应的平衡常数K= 。 (2)向BaCl2溶液中加入AgNO3溶液和KBr溶液,当两种沉淀共存时,
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