高中鲁科版第3章 物质在水溶液中的行为第3节 沉淀溶解平衡教案

第3节　沉淀溶解平衡

目标与素养：1.了解沉淀溶解平衡的建立过程及特点。(变化观念与平衡思想)2.理解溶度积的概念，能用溶度积规则判断沉淀的产生和溶解。(证据推理)3.能够运用平衡移动的观点对沉淀的溶解、生成和转化进行分析，并能解释一些生活问题。(科学探究)

1．沉淀溶解平衡与溶度积

(1)溶解平衡状态

①定义：在一定温度下的水溶液里，沉淀溶解速率和离子生成沉淀速率相等，固体的量和溶液中各离子浓度不再改变时的状态。

②表示方法：如PbI2的沉淀溶解平衡可表示为

PbI2(s)Pb2＋(aq)＋2I－(aq)。

③特点：沉淀溶解平衡符合化学平衡的特点。

“动”——动态平衡。

“等”——离子生成沉淀速率和沉淀溶解速率相等。

“定”——沉淀的量及溶液中离子浓度保持不变。

“变”——条件改变，平衡发生移动。

(2)溶度积

①定义：沉淀溶解平衡的平衡常数叫溶度积常数或溶度积，通常用符号Ksp来表示。

②表达式：当难溶强电解质AmBn溶于水形成饱和溶液时，建立沉淀溶解平衡：AmBn(s)mAn＋(aq)＋nBm－(aq)，其溶度积的表达式为Ksp＝[An＋]m[Bm－]n。

③影响因素：Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关，而与沉淀的量无关。

④意义：Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。当化学式表示的组成中阴、阳离子个数比相同时，Ksp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强。

微点拨：(1)溶液中离子浓度的变化只能使平衡发生移动，并不改变溶度积。

(2)Ksp与溶解度(S)都可用来表示物质的溶解能力，但是Ksp小的物质溶解度不一定也小。

2．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：在难溶电解质溶液中，

①当Q＞Ksp时，就会有沉淀生成。

②当Q＝Ksp时，处于平衡状态。

③当Q＜Ksp时，就会使沉淀溶解。

(3)应用

①利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。

②用来解释某些生活现象。如溶洞中石笋、钟乳石的形成，所涉及的化学反应有

CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2，

Ca(HCO3)2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑。

3．沉淀的转化

(1)实质：是沉淀溶解平衡的移动。

(2)特点

①通常一种沉淀可以转化为另一种更难溶的沉淀。

②两种难溶物的溶解能力差别越大，越容易转化。

(3)应用

除去废水中的Cu2＋、Hg2＋、Pb2＋等，常用FeS、MnS等难溶物作沉淀剂。如可用FeS等难溶杂质作为沉淀剂除去废水中的重金属离子Hg2＋，沉淀转化反应为FeS(s)＋Hg2＋(aq)Fe2＋(aq)＋HgS(s)。

微点拨：沉淀转化虽然是利用的沉淀溶解平衡的移动，但是因为沉淀能够完全转化，所以反应方程式用“===”，不用“”。

1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(1)当溶液中阴、阳离子浓度相等时，沉淀溶解达到平衡状态。 (　　)

(2)外界条件发生变化，沉淀溶解平衡不一定发生移动。 (　　)

(3)Ksp越大的难溶物其溶解能力越强。 (　　)

(4)难溶物只能转化为溶解度更小的物质。 (　　)

(5)加热时，沉淀溶解平衡一定向沉淀溶解的方向移动。 (　　)

[提示]　(1)×　溶液中阴、阳离子浓度相等时，沉淀溶解不一定达到平衡状态。

(2)√

(3)×　同种类型的难溶电解质Ksp越小，溶解度越小。

(4)×　当Q＞Ksp时，难溶物可以转化为溶解度更大的物质。

(5)×　升高温度，沉淀溶解平衡向吸热方向移动，但有些沉淀溶解时放热，如Ca(OH)2。

2．下列应用或现象主要体现的是沉淀溶解平衡原理的是(　　)

①热纯碱溶液洗涤油污的能力强　②误将钡盐[BaCl2、Ba(NO3)2]当作食盐食用后，常用0.5%的Na2SO4溶液解毒　③溶洞的形成　④碳酸钡不能作“钡餐”而硫酸钡能　⑤泡沫灭火器灭火

A．②③④　　　　 B．①②③

C．③④⑤ D．全部

A　[①利用的是水解原理，⑤利用两种离子水解的相互促进作用，②③④体现的均是沉淀溶解平衡原理。]

3．在含有Mg(OH)2沉淀的饱和溶液中加入固体NH4Cl后，则Mg(OH)2沉淀(　　)

A．溶解 B．增多 

C．不变　　　 D．无法判断

A　[Mg(OH)2沉淀的饱和溶液中存在沉淀溶解平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，加入NH4Cl固体后，NH＋OH－===NH3·H2O，使[OH－]减小，平衡正向移动。]

【例1】　把足量熟石灰放入蒸馏水中，一段时间后达到平衡：Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)。下列叙述正确的是(　　)

A．给溶液加热，溶液的pH升高

B．恒温下向溶液中加入CaO，溶液的pH升高

C．向溶液中加入Na2CO3溶液，Ca(OH)2固体增多

D．向溶液中加入少量的NaOH固体，Ca(OH)2固体增多

D　[A项，加热时Ca(OH)2溶解度减小，平衡逆向移动，[OH－]减小，pH减小；B项，CaO＋H2O===Ca(OH)2，由于保持恒温，Ca(OH)2溶解度不变，[OH－]不变，因此pH不变；C项，CO＋Ca2＋===CaCO3↓，使平衡正向移动，Ca(OH)2固体减少；D项，加入NaOH固体时，[OH－]增大，平衡逆向移动，因此Ca(OH)2固体增多。]

(1)温度升高，难溶电解质的溶解度都增大吗？

(2)在相同温度下，Ca(OH)2在水中和在NaOH溶液中的溶解度相同吗？

[答案]　(1)不是。大多数难溶电解质的溶解度随温度升高而增大，但是有些物质，如氢氧化钙的溶解度随温度升高而降低。

(2)不相同。由于NaOH中的OH－对Ca(OH)2的溶解起到抑制作用，因此Ca(OH)2在NaOH中的溶解度小于在水中的溶解度。

已知常温下，AgCl的Ksp＝1.8×10－10 mol2·L－2，AgBr的Ksp＝5.0×10－13 mol2·L－2。

现向AgCl的悬浊液中：

(1)加入AgNO3固体，则[Cl－]________(填“变大”“变小”或“不变”，下同)；

(2)若改加更多的AgCl固体，则[Ag＋]________；

(3)若改加更多的KBr固体，则[Ag＋]________；[Cl－]________。

[解析]　向AgCl悬浊液中加AgNO3固体，会增大[Ag＋]，使[Cl－]下降；加AgCl固体，[Ag＋]、[Cl－]都不会改变；若加KBr，因AgBr的Ksp小于AgCl的Ksp，会使AgCl转化为AgBr，[Ag＋]下降，[Cl－]增大。

[答案]　(1)变小　(2)不变　(3)变小　变大

1.利用Ksp比较难溶电解质的溶解度的大小：相同温度下，同种类型的难溶电解质，Ksp越大，溶解能力越强。

2．利用Ksp判断沉淀的溶解与生成：定义难溶电解质溶液中有关离子浓度幂的乘积(浓度商)为Q。通过比较Ksp和Q的相对大小，可以判断难溶电解质在给定条件下能否溶解。

3.由Ksp计算溶液中某离子的浓度：Ksp是难溶电解质在水溶液中达到饱和后各离子浓度的关系，在某难溶电解质的溶液中，若已知其中一种离子的浓度，就可以根据Ksp计算另一种离子的浓度。

微观探析：Ksp应用易错3点

(1)判断溶解度大小：阴、阳离子比值相同的根据Ksp大小判断，阴、阳离子比值不同的根据Ksp计算出离子浓度判断。

(2)沉淀快慢：同一溶液可能产生多种沉淀时，不一定Ksp小的最先沉淀，如向含有Br－、I－的溶液中滴加AgNO3，不一定I－先沉淀，与Br－、I－的浓度也有关。

(3)难溶碱pH的计算：难溶碱根据Ksp计算pH时，利用Ksp先计算出OH－，再求pH。

【例2】　常温下，Ksp(CaSO4)＝9×10－6 mol2·L－2，常温下CaSO4在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图。下列说法不正确的是(　　)

A．CaSO4溶解在水中，[Ca2＋]＝[SO]＝3×10－3 mol·L－1

B．在d点溶液中加入一定量的CaCl2可能会有沉淀析出

C．a点对应的Ksp等于c点对应的Ksp

D．b点将有沉淀生成，平衡后溶液中[SO]等于3×10－3 mol·L－1

D　[CaSO4溶解在水中形成的是饱和溶液，存在[Ca2＋][SO]＝Ksp，所以[Ca2＋]＝[SO]＝＝3×10－3 mol·L－1，A对；d点与c点相比较，SO浓度相同，Ca2＋浓度较c点小，所以溶液未达到饱和，加入CaCl2后，如果[Ca2＋][SO]＞Ksp就有可能有沉淀析出，B对；a点和c点在同一条线上，所以Ksp相等，C对；b点与c点相比较，SO浓度相同，Ca2＋浓度偏大，相当于在CaSO4的平衡中增大Ca2＋浓度，平衡向生成沉淀方向进行，且Ca2＋浓度大于SO浓度，D错。]

(1)由a点到c点可以采取的措施为_______________________。

(2)向CaSO4悬浊液中加入Na2CO3，CaSO4的沉淀溶解平衡移动方向为________(填“正向”“逆向”或“不移动”)。

[解析]　(1)向溶液中加入Na2SO4固体。由a点到c点Ca2＋浓度减小，SO浓度增大，所以可以向a点的溶液中加入Na2SO4固体。

(2)因为CaSO4微溶，CaCO3难溶，向CaSO4悬浊液中加入Na2CO3，CaSO4转化为CaCO3，所以CaSO4的沉淀溶解平衡向正反应方向移动。

[答案]　(1)加入Na2SO4固体　(2)正向

1．某温度下向含AgCl固体的AgCl饱和溶液中加少量稀盐酸，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

C　[在含AgCl固体的AgCl饱和溶液中存在沉淀溶解平衡：AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)，当加入少量稀盐酸时，c(Cl－)增大，平衡逆向移动，c(Ag＋)减小，溶解的氯化银质量减小，AgCl的溶解度减小；AgCl的Ksp只受温度影响，温度不变，AgCl的Ksp不变。]

2．已知298 K时，Mg(OH)2的溶度积常数Ksp＝5.6×10－12mol3·L－3，取适量的MgCl2溶液，加入一定量的烧碱溶液达到沉淀溶解平衡，测得pH＝13.0，则下列说法不正确的是(　　)

A．所得溶液中的[H＋]＝10－13mol·L－1

B．所得溶液中由水电离出的[OH－]＝10－13mol·L－1

C．所加烧碱溶液的pH＝13.0

D．所得溶液中的[Mg2＋]＝5.6×10－10mol·L－1

C　[pH＝13.0，即所得溶液中的[H＋]＝10－13mol·L－1，故A项正确；溶液呈碱性，水的电离被抑制，所得溶液中由水电离产生的[OH－]＝[H＋]＝10－13mol·L－1，故B项正确；所加烧碱溶液的pH大于13.0，故C项错误；所得溶液中的[Mg2＋]＝＝mol·L－1＝5.6×10－10mol·L－1，故D项正确。]

1．下列说法中正确的是(　　)

A．难溶电解质在水溶液中达到沉淀溶解平衡时，沉淀和溶解即停止

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溶液中的相同

C　[难溶电解质在水溶液中达到沉淀溶解平衡时，沉淀和溶解继续进行，A项错误；Ksp可用来判断相同类型的难溶电解质在水中溶解能力的大小，对于化学式中阴、阳离子个数比不同的难溶电解质，不能直接通过比较Ksp的大小来确定其溶解能力的大小，B项错误；相同温度下，在NaCl溶液中，存在大量的Cl－，会使AgCl的沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移动，即AgCl在水中的溶解能力大于在NaCl溶液中的溶解能力，D项错误。]

2．已知CaCO3的Ksp＝2.8×10－9mol2·L－2，现将浓度为2×10－4 mol·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．2.8×10－2mol·L－1　 B．1.4×10－5mol·L－1

C．2.8×10－5mol·L－1 D．5.6×10－5mol·L－1

D　[由沉淀形成的条件可知，要产生沉淀必须满足Q＝c(Ca2＋)·c(CO)＞2.8×10－9mol2·L－2，因两种溶液等体积混合后[CO]＝1×10－4mol·L－1，故混合后溶液中[Ca2＋]应大于2.8×10－5mol·L－1，则混合前[CaCl2]至少应大于5.6×10－5mol·L－1。]

3．向ZnSO4溶液中加入Na2S溶液，得到白色沉淀，然后向白色沉淀中滴加CuSO4溶液，发现沉淀变为黑色，则下列说法不正确的是(　　)

A．白色沉淀为ZnS，黑色沉淀为CuS

B．上述现象说明ZnS的Ksp小于CuS的Ksp

C．利用该原理可实现一种沉淀转化为更难溶的沉淀

D．该过程破坏了ZnS的溶解平衡

B　[由题意可知ZnS转化为CuS，则Ksp(ZnS)＞Ksp(CuS)。]

4．某温度时，Ag2SO4在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．含有大量SO的溶液中肯定不存在Ag＋

B．该温度下，Ag2SO4的溶度积常数(Ksp)为1×10－3 mol3·L－3

C．该温度下，0.02 mol·L－1的AgNO3溶液与0.2 mol·L－1的Na2SO4溶液等体积混合，不会生成沉淀

D．a点可能表示Ag2SO4的饱和溶液

C　[Ag2SO4在水溶液中存在溶解平衡：Ag2SO4(s)2Ag＋(aq)＋SO(aq)，含有大量SO的溶液中仍可存在极少量的Ag＋，故A项不正确；曲线上的b点是溶解平衡点，此点处[Ag＋]＝2×10－2mol·L－1，[SO]＝5×10－2mol·L－1，根据Ksp＝[Ag＋]2[SO]＝(2×10－2mol·L－1)2×5×10－2mol·L－1＝2×10－5mol3·L－3，故B项正确；由于Q＝(0.01 mol·L－1)2×0.1 mol·L－1＝1×10－5mol3·L－3＜Ksp，故两种溶液等体积混合后不会生成Ag2SO4沉淀，C项正确；由于a点处Q＝(2×10－2mol·L－1)2×1×10－2mol·L－1＝4×10－6mol3·L－3＜Ksp，即溶液未达到饱和状态，故D项不正确。]

5．含有Cl－、Br－、I－的某溶液中三种离子的浓度均为0.1 mol·L－1，已知AgCl、AgBr、AgI的溶度积分别为1.6×10－10mol2·L－2、4.1×10－15mol2·L－2、1.5×10－16mol2·L－2，现向该溶液中逐滴加入AgNO3溶液，回答下列问题：

(1)首先析出的沉淀是________，析出沉淀的离子方程式为________________________________________________________________，

用沉淀溶解平衡理论解释首先析出此沉淀的原因：__________

________________________________________________________________

(2)最后析出的沉淀是________，析出沉淀的离子方程式为________________________________________________________________

[解析]　(1)由于AgI的Ksp最小，故先析出AgI沉淀。(2)由于AgCl的Ksp最大，故加入AgNO3溶液后，先析出AgI，再析出AgBr，最后析出AgCl。

[答案]　(1)AgI　Ag＋＋I－===AgI↓　AgI的Ksp最小，使溶解平衡AgI(s)Ag＋(aq)＋I－(aq)向左移，所需[Ag＋]最小

(2)AgCl　Ag＋＋Cl－===AgCl↓