高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四节 沉淀溶解平衡第一课时导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四节 沉淀溶解平衡第一课时导学案，共13页。
[核心素养发展目标] 1.变化观念与平衡思想：知道难溶电解质的沉淀溶解平衡及其影响因素，能多角度、动态地分析难溶电解质的溶解平衡。2.证据推理与模型认知：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。
一、难溶电解质的沉淀溶解平衡
1．25 ℃时，溶解性与溶解度的关系
2.难溶电解质的沉淀溶解平衡
(1)沉淀溶解平衡的建立
(2)沉淀溶解平衡方程式
以AgCl沉淀溶解平衡为例：AgCl(s)eq \(,\s\up7(溶解),\s\d5(沉淀))Ag＋(aq)＋Cl－(aq)。
特别提醒 沉淀溶解平衡方程式各物质要标明聚集状态。
(3)沉淀、溶解之间这种动态平衡也决定了Ag＋与Cl－的反应不能完全进行到底。一般情况下，当溶液中剩余离子的浓度小于1×10－5 ml·L－1时，化学上通常认为生成沉淀的反应进行完全了。
3．难溶电解质沉淀溶解平衡的影响因素
(1)内因(决定因素)：难溶电解质本身的性质。
(2)外因：温度、浓度等条件的影响符合勒夏特列原理。
(3)实例分析
已知沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，请分析当改变下列条件时，对该沉淀溶解平衡的影响，填写下表(浓度变化均指平衡后和原平衡比较)：
特别提醒 大多数电解质溶解度随温度的升高而增大，但有许多例外，如Ca(OH)2，温度越高，溶解度越小。
(1)由于BaSO4难溶，所以将BaSO4加入水中，溶液中无Ba2＋和SOeq \\al(2－,4)(×)
(2)难溶电解质的沉淀溶解平衡是动态平衡，即溶解和沉淀仍然同时进行着，只是v(溶解)＝v(沉淀)(√)
(3)Ca(OH)2溶解放热，所以升温Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)，溶解平衡逆向移动(√)
(4)含等物质的量的AgNO3与NaCl的溶液混合后，恰好完全生成AgCl沉淀，溶液中不存在Ag＋和Cl－(×)
(5)当溶液中某离子浓度小于1×10－5 ml·L－1时，可视为该离子沉淀完全(√)
1．把Ca(OH)2放入蒸馏水中，一段时间后达到平衡：Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)。下列说法正确的是( )
A．恒温下向溶液中加入CaO，溶液的pH升高
B．给溶液加热，溶液的pH升高
C．向溶液中加入Na2CO3溶液，其中固体质量增加
D．向溶液中加入少量NaOH固体，Ca(OH)2固体质量不变
答案 C
解析 恒温下加入CaO后，溶液仍为Ca(OH)2的饱和溶液，pH不变，A错误；加热，Ca(OH)2的溶解度减小，溶液的pH降低，B错误；加入Na2CO3溶液，沉淀溶解平衡向右移动，Ca(OH)2固体转化为CaCO3固体，固体质量增加，C正确；加入NaOH固体平衡向左移动，Ca(OH)2固体质量增加，D错误。
2．将AgCl分别投入下列溶液中：
①40 mL 0.03 ml·L－1的HCl溶液 ②50 mL 0.03 ml·L－1的AgNO3溶液 ③30 mL 0.02 ml
·L－1的CaCl2溶液 ④10 mL蒸馏水。AgCl的溶解度由大到小的顺序是 。
答案 ④>①＝②>③
解析 AgCl(s)在溶液中存在如下沉淀溶解平衡：AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)，①中c(Cl－)＝0.03 ml·L－1，抑制了AgCl(s)的溶解，使得AgCl(s)的溶解度减小；②中c(Ag＋)＝0.03 ml
·L－1，也抑制了AgCl(s)的溶解，且抑制程度与①相同；③中的c(Cl－)＝0.04 ml·L－1，抑制溶解，且抑制程度大于①和②，AgCl(s)的溶解度更小。所以AgCl的溶解度由大到小的顺序是④>①＝②>③。
难溶电解质沉淀溶解平衡与其电离平衡的区别
难溶电解质沉淀溶解平衡表示已溶溶质的离子与未溶溶质之间的平衡，是可逆过程，表达式需要注明状态，如Al(OH)3(s)Al3＋(aq)＋3OH－(aq)。电离平衡是溶解的弱电解质分子与离子之间的转化达到的平衡状态，难溶强电解质的电离，没有电离平衡，如BaSO4===Ba2＋＋SOeq \\al(2－,4)；难溶弱电解质的电离，存在电离平衡，如Al(OH)3Al3＋＋3OH－。
二、溶度积常数
1．概念
难溶电解质的沉淀溶解平衡常数称为溶度积常数，简称溶度积，符号为Ksp，Ksp的大小反映难溶电解质在水中的溶解能力。
2．表达式
AmBn(s)mAn＋(aq)＋nBm－(aq)
Ksp＝cm(An＋)·cn(Bm－)。
如：Fe(OH)3(s)Fe3＋(aq)＋3OH－(aq)
Ksp＝c(Fe3＋)·c3(OH－)。
3．影响因素
溶度积Ksp值的大小只与难溶电解质本身的性质和温度有关。
4．应用
定量判断给定条件下有无沉淀生成。
Q：离子积对于AmBn(s)mAn＋(aq)＋nBm－(aq)任意时刻Q＝cm(An＋)·cn(Bm－)。
(1)Q>Ksp，溶液过饱和，有沉淀析出，直至溶液饱和，达到新的平衡。
(2)Q＝Ksp，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态。
(3)QAgCl AgCl
(4)4.7×10－7
(5)有
解析 (1)氯化银的饱和溶液中无其他离子影响，c(Ag＋)＝c(Cl－)＝eq \r(1.8×10－10)ml·L－1
≈1.3×10－5ml·L－1。
(2)n(AgNO3)＝50 mL×0.018 ml·L－1＝0.9 mml，n(HCl)＝50 mL×0.020 ml·L－1＝1 mml，两溶液混合，AgNO3＋HCl===AgCl↓＋HNO3，HCl过量：1 mml－0.9 mml＝0.1 mml，故反应后的c(Cl－)＝eq \f(0.1 mml,50＋50mL)＝1×10－3ml·L－1，H＋未被消耗，c(H＋)＝eq \f(1 mml,50＋50mL)＝1×10－2ml·L－1。c(Ag＋)·c(Cl－)＝1.8×10－10，即c(Ag＋)·(1×10－3)＝1.8×10－10，解得c(Ag＋)＝1.8×10－7 ml·L－1；pH＝－lg(1×10－2)＝2。
(3)在Ag2CrO4的沉淀溶解平衡中
Ag2CrO4(s)2Ag＋(aq)＋CrOeq \\al(2－,4)(aq)
2x x
(2x)2·x＝2.0×10－12，x3＝0.5×10－12，x＝eq \r(3,0.5)×10－4，
c(Ag＋)＝2x＝2×eq \r(3,0.5)×10－4ml·L－1≈1.6×10－4ml·L－1。
(4)AgCl和AgI同时沉淀时，溶液中的c(Ag＋)一定是相同的，所以就有：
eq \f(cI－,cCl－)＝eq \f(cI－·cAg＋,cCl－·cAg＋)＝eq \f(KspAgI,KspAgCl)＝eq \f(8.5×10－17,1.8×10－10)≈4.7×10－7。
(5)4×10－3 ml·L－1的AgNO3溶液和4×10－3ml·L－1的K2CrO4溶液等体积混合：c(Ag＋)＝eq \f(4×10－3,1＋1) ml·L－1＝2×10－3 ml·L－1，同理可以求得c(CrOeq \\al(2－,4))＝2×10－3 ml·L－1，故：Q＝c2(Ag＋)·c(CrOeq \\al(2－,4))＝(2×10－3)2×2×10－3＝8×10－9>Ksp(Ag2CrO4)＝2.0×10－12，所以有Ag2CrO4沉淀产生。
(1)Ksp只与难溶电解质的性质、温度有关，而与沉淀的量和溶液中离子浓度无关。
(2)①Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。在相同温度时，对于同类型物质，Ksp数值越大，难溶电解质在水中的溶解能力越强。如由Ksp数值可知，溶解能力：AgCl>AgBr>AgI，Cu(OH)2Ksp[Fe(OH)3]，说明Fe(OH)3已过饱和，同理，c(Cu2＋)小于该pH下达到沉淀溶解平衡的c(Cu2＋)，则Q②>③>④>⑤ B．④>①>③>②>⑤
C．⑤>④>②>①>③ D．④>③>⑤>②>①
答案 B
解析 AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)，c(Cl－)或c(Ag＋)越大，对AgCl的溶解抑制作用越大，AgCl的溶解度就越小。注意AgCl的溶解度大小只与溶液中Ag＋或Cl－的浓度有关，而与溶液体积无关。①c(Cl－)＝0.01 ml·L－1，②c(Cl－)＝0.04 ml·L－1，③c(Cl－)＝0.03 ml·L－1，④c(Cl－)＝0 ml·L－1，⑤c(Ag＋)＝0.05 ml·L－1；Ag＋或Cl－浓度由小到大的顺序为④⑤。
题组三 溶度积及应用
7．(2020·郑州期中)下列说法正确的是( )
A．难溶电解质在水中达到沉淀溶解平衡时，沉淀和溶解立即停止
B．Ksp越小，难溶电解质在水中的溶解能力一定越弱
C．Ksp的大小与离子浓度无关，只与难溶电解质的性质和温度有关
D．相同温度下，AgCl在水中的溶解能力与在NaCl溶液中的溶解能力相同
答案 C
解析 难溶电解质在水中达到沉淀溶解平衡，沉淀溶解平衡是动态平衡，沉淀和溶解的速率相同，故A项错误；Ksp可用来判断相同类型的化合物在水中的溶解度大小，但如果化合物的类型不同，就不能直接进行判断，故B项错误；Ksp的大小与离子浓度无关，只与难溶电解质的性质和温度有关，故C项正确；相同温度下，AgCl在水中的溶解能力大于在NaCl溶液中的溶解能力，因为在NaCl溶液中氯离子对氯化银的溶解起到抑制作用，故D项错误。
8．下列说法正确的是( )
A．含有AgCl和AgI固体的悬浊液中c(Ag＋)>c(Cl－)＝c(I－)
B．25 ℃时，Cu(OH)2在水中的溶解度大于在Cu(NO3)2溶液中的溶解度
C．在含有BaSO4沉淀的溶液中加入Na2SO4固体，c(Ba2＋)增大
D．25 ℃时，AgCl在同浓度的CaCl2和NaCl溶液中的溶解度相同
答案 B
解析 Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)，所以含AgCl和AgI固体的悬浊液中c(Ag＋)>c(Cl－)>c(I－)，A项不正确；Cu(NO3)2溶液中含有Cu2＋，使Cu(OH)2(s)Cu2＋(aq)＋2OH－(aq)逆向移动，溶解度比在水中的小，B项正确；在含有BaSO4沉淀的溶液中加入Na2SO4固体，c(SOeq \\al(2－,4))增大，沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移动，c(Ba2＋)减小，C项不正确；溶液中c(Cl－)越大，AgCl的溶解度越小，D项不正确。
9．在100 mL 0.01 ml·L－1 KCl溶液中，加入1 mL 0.01 ml·L－1 AgNO3溶液，下列说法正确的是(AgCl的Ksp＝1.8×10－10)( )
A．有AgCl沉淀析出
B．无AgCl沉淀析出
C．无法确定是否有AgCl沉淀析出
D．有沉淀析出，但不是AgCl沉淀
答案 A
解析 由Q＝c(Ag＋)·c(Cl－)＝eq \f(0.01×1,101)×eq \f(0.01×100,101)≈1×10－6＞Ksp，故应有AgCl沉淀析出。
10．已知CaCO3的Ksp＝2.8×10－9，现将浓度为2×10－4 ml·L－1的Na2CO3溶液与CaCl2溶液等体积混合，若要产生沉淀，则所用CaCl2溶液的浓度至少应大于( )
A．2.8×10－2 ml·L－1
B．1.4×10－5 ml·L－1
C．2.8×10－5 ml·L－1
D．5.6×10－5 ml·L－1
答案 D
解析 若要产生沉淀，Q应大于Ksp，因为等体积混合，所以体积加倍，混合时浓度减半。即eq \f(2×10－4,2)×eq \f(X,2)>2.8×10－9，求得X>5.6×10－5 ml·L－1。
11．已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝8.5×10－17，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 由Ksp(AgCl)＝1.8×10－10可求出c(Ag＋)≈1.34×10－5 ml·L－1；由Ksp(AgI)＝8.5×10－17可求出c(Ag＋)≈0.92×10－8 ml·L－1；由Ksp(Ag2CrO4)＝2.0×10－12可求出c(Ag＋)≈1.59×10－4 ml
·L－1，所以c(Ag＋)大小顺序为Ag2CrO4＞AgCl＞AgI。
12．已知：pAg＝－lg c(Ag＋)，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10。如图是向10 mL AgNO3溶液中逐滴加入0.1 ml·L－1的NaCl溶液时，溶液的pAg随着加入NaCl溶液的体积变化的图像(实线)。根据图像所得下列结论正确的是( )
A．原AgNO3溶液的物质的量浓度为0.1 ml·L－1
B．图中x点的坐标为(100,6)
C．图中x点表示溶液中Ag＋被恰好完全沉淀(浓度为0)
D．若把0.1 ml·L－1 NaCl溶液换成0.1 ml·L－1 NaI溶液，则图像在终点后变为虚线部分
答案 B
解析 加入NaCl之前，pAg＝0，所以c(AgNO3)＝1 ml·L－1，A错误； 由于x点c(Ag＋)＝10－6 ml·L－1，所以Ag＋视为沉淀完全(但浓度不为0)，则加入的NaCl的物质的量n(NaCl)＝n(AgNO3)＝0.01 L×1 ml·L－1＝0.01 ml，所以V(NaCl)＝eq \f(0.01 ml,0.1 ml·L－1)＝100 mL，B正确，C错误；若把NaCl换成NaI，由于Ksp(AgI)更小，所以c(Ag＋)更小，pAg更大，与图像不符，D错误。
13.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
答案 C
解析 A项，温度不变，加入Na2SO4会导致沉淀溶解平衡向左移动，但两离子浓度的乘积仍不变，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SOeq \\al(2－,4)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，a点与c点的Ksp相等。
14．室温下用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是加稀H2SO4和H2O2溶解，铁变为 ，加碱调节至pH为 时，铁离子刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10－5 ml·L－1时，即可认为该离子沉淀完全)；继续加碱至pH为 时，锌开始沉淀(假定Zn2＋浓度为0.1 ml·L－1)。若上述过程不加H2O2后果是
，原因是 。
已知：
答案 Fe3＋ 2.7 6 Zn2＋和Fe2＋不能分离
Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近
解析 铁溶于稀硫酸生成Fe2＋，Fe2＋被双氧水氧化为Fe3＋。Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝10－39，铁离子刚好完全沉淀时，c(OH－)＝eq \r(3,\f(10－39,10－5)) ml·L－1≈4.64×10－12 ml·L－1，则c(H＋)＝eq \f(Kw,cOH－)＝eq \f(10－14,4.64×10－12) ml·L－1≈2.16×10－3 ml·L－1，pH≈2.7；Ksp[Zn(OH)2]＝c(Zn2＋)·c2(OH－)＝10－17，锌离子开始沉淀时，c(OH－)＝eq \r(\f(10－17,0.1)) ml·L－1＝10－8 ml·L－1，则c(H＋)＝eq \f(Kw,cOH－)＝eq \f(10－14,10－8) ml·L－1＝10－6 ml·L－1，pH＝6；Zn(OH)2和 Fe(OH)2的Ksp相近，若不加双氧水，沉淀Zn2＋的同时Fe2＋也会沉淀，从而使Zn2＋和Fe2＋不能分离。
15．根据题目提供的溶度积数据进行计算并回答下列问题：
(1)在Ca(NO3)2溶液中加入(NH4)2CO3溶液后过滤，若测得滤液中c(COeq \\al(2－,3))＝10－3 ml·L－1，则Ca2＋是否沉淀完全？ (填“是”或“否”)。[已知c(Ca2＋)≤10－5 ml·L－1时可视为沉淀完全；Ksp(CaCO3)＝4.96×10－9]
(2)25 ℃时，Mg(OH)2饱和溶液 (填“能”或“不能”)使石蕊溶液变蓝色。(已知Ksp[Mg(OH)2]＝4.0×10－12，lg5＝0.7)
(3)大量的碘富集在海藻中，用水浸取后浓缩，该浓缩液中主要含有I－、Cl－等离子。取一定量的浓缩液，向其中滴加AgNO3溶液，当AgCl开始沉淀时，溶液中eq \f(cI－,cCl－)为 。[已知Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝8.5×10－17]
(4)在Cl－和CrOeq \\al(2－,4)浓度都是0.100 ml·L－1的混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液(忽略体积改变)时，AgCl和Ag2CrO4中 先沉淀，当Ag2CrO4开始沉淀时，溶液中c(Cl－)＝ ml·L－1。[Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)＝9.0×10－12]
答案 (1)是 (2)能 (3)4.7×10－7 (4)AgCl 1.9×10－5
解析 (1)根据Ksp(CaCO3)＝c(Ca2＋)·c(COeq \\al(2－,3))＝4.96×10－9，得c(Ca2＋)＝eq \f(4.96×10－9,10－3) ml·L－1＝4.96×10－6 ml·L－1＜10－5 ml·L－1，可视为沉淀完全。
(2)设Mg(OH)2饱和溶液中Mg2＋的物质的量浓度为x，则4x3＝4.0×10－12，x＝1.0×10－4 ml·L－1，c(OH－)＝2.0×10－4 ml·L－1，c(H＋)＝eq \f(1.0×10－14,2.0×10－4) ml·L－1＝5×10－11 ml·L－1，pH＝－ lg (5×10－11)＝11－lg 5＝10.3。所以能使石蕊溶液变蓝色。
(3)当AgCl开始沉淀时，溶液中eq \f(cI－,cCl－)＝eq \f(cI－·cAg＋,cCl－·cAg＋)＝eq \f(KspAgI,KspAgCl)＝eq \f(8.5×10－17,1.8×10－10)≈4.7×10－7。
(4)AgCl开始沉淀所需c(Ag＋)＝eq \f(KspAgCl,cCl－)＝eq \f(1.8×10－10,0.100) ml·L－1＝1.8×10－9 ml·L－1，
Ag2CrO4开始沉淀所需c(Ag＋)＝eq \r(\f(KspAg2CrO4,cCrO\\al(2－,4)))＝eq \r(\f(9.0×10－12,0.100)) ml·L－1≈9.5×10－6 ml·L－1，
因此，AgCl先沉淀。
当Ag2CrO4开始沉淀时：
c(Ag＋)＝9.5×10－6 ml·L－1，
此时，c(Cl－)＝eq \f(KspAgCl,cAg＋)＝eq \f(1.8×10－10,9.5×10－6) ml·L－1≈1.9×10－5 ml·L－1。溶解性
易溶
可溶
微溶
难溶
溶解度
>10 g
1～10 g
0.01～1 g