3.4 沉淀溶解平衡（第2课时 沉淀溶解平衡的应用）-2023-2024学年高二化学同步素养目标精品讲义（人教版选择性必修1）

 第三章 第四节 沉淀溶解平衡
第2课时 沉淀溶解平衡的应用
【学习目标】
1．通过实验探究，了解沉淀的生成、溶解与转化。
2．能够根据化学平衡原理分析沉淀的生成、溶解与转化。
3．能举例说明沉淀溶解平衡在生产、生活中的应用。能运用沉淀溶解平衡原理，分析和解决生产、生活中有关的实际问题。
【素养目标】
5．能设计简单的实验方案验证沉淀的生成、溶解与转化，完成实验操作，观察现象，对实验现象作出解释，发现和提出需要进一步研究的问题。培养学生“科学探究与创新意识”的学科素养。
6．通过沉淀的生成、溶解与转化在生产、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。培养学生“科学态度与社会责任”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：沉淀的生成
1．沉淀生成时沉淀剂的选择原则
(1)使生成沉淀的反应进行得越完全越好(被沉淀离子形成沉淀的Ksp尽可能地小，即沉淀溶解度越小越好)。
(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。
2．常用的沉淀方法
(1)调节pH法
通过调节溶液的pH，使溶液中的杂质离子转化成沉淀而除去。如用CuO调节CuCl2溶液(含Fe3＋)的酸碱性以除去Fe3＋。
(2)直接沉淀法 通过沉淀剂除去溶液中的某种指定离子或获取该难溶电解质。
方法
举例
解释
调节pH法
除去CuCl2溶液中的FeCl3，可向溶液中加入CuO[或Cu(OH)2或CuCO3或Cu2(OH)2CO3]
CuO与H＋反应，促进Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀
除去NH4Cl溶液中的FeCl3杂质，可加入氨水调节pH至4左右
Fe3＋与NH3·H2O反应生成Fe(OH)3沉淀
沉淀剂法
以H2S、Na2S等沉淀污水中的Hg2＋、Cu2＋等重金属离子
H2S、Na2S与Cu2＋、Hg2＋反应生成沉淀
知识点二：沉淀的溶解
沉淀溶解时的关键步骤是加入的试剂能与产生沉淀的离子发生反应，生成挥发性物质(气体)或弱电解质(弱酸、弱碱或水)，使平衡向沉淀溶解的方向移动，使沉淀溶解的常用方法主要有四种：①酸溶解法②盐溶液溶解法③氧化还原溶解法④配位溶解法。
1．酸溶解法
如CaCO3溶于盐酸，离子方程式为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑。
2．盐溶液溶解法
如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液，离子方程式为Mg(OH)2＋2NH===Mg2＋＋2NH3·H2O。
实验：氢氧化镁沉淀在蒸馏水、盐酸、氯化铵溶液中的溶解
实验名称
氢氧化镁沉淀在蒸馏水、盐酸、氯化铵溶液中的溶解
实验装置

实验原理
氢氧化镁难溶于水，但与酸反应，溶于酸性溶液。NH4Cl水解显酸性，能溶解氢氧化镁。
实验用品
蒸馏水、盐酸、氯化铵溶液、氢氧化镁固体；三支试管、胶头滴管。
实验步骤
①取三支干燥的试管，分别加入等量的氢氧化镁固体。
②分别向三支试管中依次加入蒸馏水、盐酸、氯化铵溶液，充分振荡，观察沉淀的溶解情况。
实验现象
氢氧化镁中加入蒸馏水沉淀量无明显减少；氢氧化镁中加入盐酸溶液，沉淀迅速完全溶解，得无色溶液；氢氧化镁中加入氯化铵溶液，沉淀完全溶解，得无色溶液。
实验结论
①氢氧化镁溶于酸和酸性溶液。在含有难溶物氢氧化镁的溶液中存在溶解平衡，加入酸或酸性溶液能促进沉淀的溶解。
②加入能与沉淀溶解所产生的离子发生反应的试剂，生成挥发性物质或弱电解质而使溶解平衡向溶解的方向移动。
3．氧化还原溶解法
如不溶于盐酸的硫化物Ag2S溶于稀HNO3。
4．配位溶解法
如AgCl溶于氨水，离子方程式为AgCl＋2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－＋2H2O。
知识点一：沉淀的转化
(1)实质：沉淀溶解平衡的移动。
(2)举例：MgCl2溶液Mg(OH)2Fe(OH)3，则Ksp[Mg(OH)2]＞Ksp[Fe(OH)3]。
(3)规律：一般说来，溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现，但溶解度小的沉淀在一定条件下，也能转化为溶解度稍大的沉淀。
(4)应用
锅炉除水垢
将CaSO4转化为CaCO3，离子方程式为CaSO4＋CO===CaCO3＋SO
矿物转化
CuSO4溶液遇ZnS转化为CuS，离子方程式为ZnS＋Cu2＋===CuS＋Zn2＋
(5)实验：氯化银、碘化银、硫化银沉淀的转化
实验名称
氯化银、碘化银、硫化银沉淀的转化
实验装置

实验原理
Ag+ +Cl−===AgCl↓， AgCl+I−===AgI+Cl−，2AgI+S2−===Ag2S+2I−
实验用品
0.1 mol/L AgNO3溶液、0.1 mol/L NaCl溶液、0.1 mol/L KI溶液、0.1 mol/L Na2S溶液；试管、胶头滴管。
实验步骤
①向盛有10滴0.1 mol/L AgNO3溶液试管中滴加0.1 mol/L NaCl溶液，至不再有白色沉淀生成。
②向上述固液混合物中滴加适量0.1 mol/L KI溶液，直到沉淀颜色不再改变为止，观察并记录现象。
③向上支试管中滴加0.1 mol/L Na2S溶液，直到到沉淀颜色不再改变为止，观察并记录现象。
实验现象
①NaCl溶液和AgNO3溶液混合产生白色沉淀。
②向所得固液混合物中滴加KI溶液，沉淀颜色逐渐变成黄色。
③再向所得固液混合物中滴加Na2S溶液，沉淀颜色逐渐变成黑色。
实验结论
①溶解度由大到小的顺序为： AgCl>AgI>Ag2S
[或Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI)，因沉淀类型不同通常不能比较Ksp(AgCl)、Ksp(AgI)与Ksp(Ag2S)的大小]。
②溶解度小的沉淀会转化成溶解度更小的沉淀，且两者差别越大，转化越容易。
实验说明
利用沉淀的转化探究沉淀的溶解度大小时，与多个沉淀均相关的离子(如Ag+)不能过量。































实验：氢氧化镁、氢氧化铁沉淀的转化
实验名称
氢氧化镁、氢氧化铁沉淀的转化
实验装置

实验原理
Mg2++2OH−===Mg(OH)2↓，3Mg(OH)2+2Fe3+===3Mg2++2Fe(OH)3
实验用品
0.1 mol/L MgCl2溶液、0.1 mol/L FeCl3溶液、2 mol/L NaOH溶液；试管、量筒、胶头滴管
实验步骤
向盛有1 mL 0.1 mol/L MgCl2溶液的试管中滴加1〜2滴2 mol/L NaOH溶液，再滴加2滴 0.1 mol/L FeCl3溶液，静置，观察并记录现象。
实验现象
MgCl2溶液中加入NaOH得到白色沉淀，再加入FeCl3后，沉淀逐渐变为红褐色。
实验结论
①溶解度由大到小的顺序为：Mg(OH)2>Fe(OH)3 (因沉淀类型不同通常不能比较两者Ksp的大小)。
②溶解度小的沉淀会转化成溶解度更小的沉淀，且两者差别越大，转化越容易。
实验说明
利用沉淀的转化探究沉淀的溶解度大小时，与多个沉淀均相关的离子(如OH−)不能过量。

【点拨】(1)要能除去溶液中的指定离子，又不能影响其他离子的存在，并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子要便于除去，如沉淀KNO3溶液中的Ag＋，可用KCl作沉淀剂，而不能选用NaCl。
(2)溶液中沉淀物的溶解度越小，离子沉淀越完全，如沉淀Ca2＋，可将Ca2＋转化为CaCO3、CaSO4，因CaSO4是微溶物，不如CaCO3的溶解度小，因此转化为CaCO3沉淀时除去得更完全。
(3)要注意沉淀剂的电离程度，如使Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀时，用NaOH溶液作沉淀剂要比用氨水的效果好。
典例1．已知：Ksp(CuS)＝1.3×10－36，Ksp(MnS)＝2.6×10－13。工业生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2＋：Cu2＋(aq)＋MnS(s)CuS(s)＋Mn2＋(aq)。下列说法错误的是( )
A．反应达平衡后，继续加入MnS，废水中的Cu2＋的去除率增加
B．该反应可将工业废水中的Cu2＋沉淀完全
C．往平衡体系中加入少量CuSO4固体后，c(Mn2＋)变大
D．该反应的平衡常数K＝2.0×1023
【答案】A
【解析】 A项，达到平衡后，增加MnS的使用量，平衡不移动，废水中的Cu2＋的去除率不再改变，故错误；B项，利用此反应可将工业废水中的Cu2＋沉淀完全，故正确；C项，c(Cu2＋)增大，平衡正向移动，所以c(Mn2＋)变大，故正确；D项，该反应的平衡常数K＝＝＝2.0×1023，故正确。
典例2．已知同温度下的溶解度：Zn(OH)2>ZnS，MgCO3>Mg(OH)2。就溶解或电离出S2－的能力而言，FeS>H2S>CuS，则下列离子方程式错误的是( )
A．Mg2＋＋2HCO＋2Ca2＋＋4OH－===Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O
B．Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋
C．Zn2＋＋S2－＋2H2O===Zn(OH)2↓＋H2S↑
D．FeS＋2H＋===Fe2＋＋H2S↑
【答案】C
【解析】因为溶解度：Zn(OH)2>ZnS，溶液中离子反应往往是生成更难溶的物质，则Zn2＋和S2－结合时更容易生成ZnS，Zn2＋＋S2－===ZnS↓，C项错误。其他选项所产生的沉淀均为所有可能沉淀中溶解度最小的，符合平衡原理。
核心价值与学科素养
典例3．“钡餐”是一种造影剂，用于在X线照射下显示消化道有无病变。可溶性钡盐有毒，医院中常用硫酸钡(俗称“钡餐”)作为内服造影剂，其不溶于水和脂质，所以不会被胃肠道黏膜吸收，因此对人基本无毒性。医院抢救钡离子中毒患者时除催吐外，还需要向中毒者胃中灌入硫酸钠溶液。

已知：Ksp(BaCO3)＝5.1×10－9；Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10。下列推断正确的是(　　)
A．BaCO3的溶度积常数表达式为　 Ksp(BaCO3)＝n(Ba2＋)·n(CO)
B．可用2%～5%的Na2SO4溶液给钡离子中毒患者洗胃
C．若误服含c(Ba2＋)＝1.0×10－5 mol·L－1的溶液时，会引起钡离子中毒
D．不用碳酸钡作为内服造影剂，是因为Ksp(BaCO3)>Ksp(BaSO4)
【答案】B
【解析】溶度积常数为离子浓度幂之积，BaCO3的溶度积常数表达式为Ksp(BaCO3)＝c(Ba2＋)·c(CO)，故A错误；根据公式c＝得，2%～5%的Na2SO4溶液中Na2SO4的物质的量浓度为0.13 mol·L－1～0.33 mol·L－1，用0.13 mol·L－1～0.33 mol·L－1的Na2SO4溶液给钡离子中毒患者洗胃，反应后c(Ba2＋)在 mol·L－1～ mol·L－1之间，浓度很小，可起到解毒的作用，故B正确；c(Ba2＋)＝1.0×10－5 mol·L－1的溶液中钡离子浓度很小，不会引起钡离子中毒，故C错误；因胃酸可与CO反应生成水和二氧化碳，使CO浓度降低，从而使平衡BaCO3(s)Ba2＋(aq)＋CO(aq)向溶解方向移动，使Ba2＋浓度增大，会引起Ba2＋中毒，故不用碳酸钡作为内服造影剂，与Ksp大小无关，故D错误。
典例4．磷酸钙用于制造乳色玻璃、陶瓷、涂料、媒染剂、药物、肥料、家畜饲料添加剂、糖浆澄清剂、塑料稳定剂等。磷酸钙容易形成结石。

已知在Ca3(PO4)2的饱和溶液中，c(Ca2＋)＝2.0×10－6mol·L－1，c(PO)＝2.0×10－6mol·L－1，则Ca3(PO4)2的Ksp为( )
A．2.0×10－29 B．3.2×10－29
C．6.3×10－18 D．5.1×10－27
【答案】B
【解析】Ca3(PO4)2(s)3Ca2＋(aq)＋2PO(aq)，所以Ca3(PO4)2的Ksp＝c3(Ca2＋)·c2(PO)＝(2.0×10－6)3×(2.0×10－6)2＝3.2×10－29。
典例5．锅炉内如结有水垢会产生以下危害：(1)锅炉钢板、管路因过热而被烧损；(2)燃料大量浪费；(3)增加锅炉检修量；(4)威胁人身安全。

某学习小组欲探究使CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀，从而将其除去的可能性，查得如下资料(25 ℃)：
难溶电解质
CaCO3
CaSO4
Ksp
3.4×10－9
4.9×10－5
实验步骤如下：
①向100 mL 0.1 mol·L－1的CaCl2溶液中加入100 mL 0.1 mol·L－1的Na2SO4溶液，立即有白色沉淀生成；
②向上述悬浊液中加入3 g Na2CO3固体，搅拌，静置，沉淀后弃去上层清液；
③再加入蒸馏水搅拌，静置，沉淀后再弃去上层清液；
④ 。
请思考下列问题：
(1)题给的两种物质，Ksp越大，表示电解质的溶解度越 (填“大”或“小”)。
(2)写出第②步发生反应的化学方程式： 。
(3)设计第③步操作的目的是什么？ 。
(4)请补充第④步操作及发生的现象 。
(5)请写出该转化在实际生活中的一个应用 。
【答案】(1)大 (2)Na2CO3＋CaSO4Na2SO4＋CaCO3 (3) 洗去沉淀中附着的SO
(4) 向沉淀中加入足量的稀盐酸，沉淀完全溶解
(5) 将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3，易于除去
【解析】对于类型相同的难溶物，相同条件下，Ksp越大，其溶解度越大。在CaSO4悬浊液中存在溶解平衡：CaSO4(s)Ca2＋(aq)＋SO(aq)，而加入Na2CO3固体后，溶液中CO浓度较大，而CaCO3的Ksp较小，故CO与Ca2＋结合生成沉淀，即CO＋Ca2＋===CaCO3↓。既然是探究性实验，必须验证所推测结果的正确性，故设计了③、④步操作，即验证所得固体是否为CaCO3。然后联系实际生活中除去锅炉水垢的方法，即可解答第(5)小题。
【跟踪练习】 基础过关
1． 已知常温下CaCO3的Ksp＝3.4×10－9，CaSO4的Ksp＝4.9×10－5，将CaCO3与CaSO4的饱和溶液等体积混合，再加入足量浓CaCl2溶液，下列说法正确的是( )
A．只产生CaCO3沉淀
B．产生等量的CaCO3和CaSO4沉淀
C．产生的CaSO4沉淀更多
D．产生的CaCO3沉淀更多
2． AgCl和Ag2CrO4的溶度积分别为1.8×10－10和2.0×10－12，若用难溶盐在溶液中的浓度来表示其溶解度，则下面的叙述中正确的是( )
A．AgCl和Ag2CrO4的溶解度相等
B．AgCl的溶解度大于Ag2CrO4的溶解度
C．两者类型不同，不能由Ksp的大小直接判断溶解能力的大小
D．都是难溶盐，溶解度无意义
3． 某温度时，AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)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AgNO3，可以使溶液由c点变到d点
B．加入少量水，平衡右移，Cl－浓度减小
C．d点没有AgCl沉淀生成
D．c点对应的Ksp等于a点对应的Ksp
4． 某温度时，CuS、MnS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．a点对应的Ksp大于b点对应的Ksp
B．向CuSO4溶液中加入MnS发生反应：Cu2＋(aq)＋MnS(s)===CuS(s)＋Mn2＋(aq)
C．在含有CuS和MnS固体的溶液中，c(Cu2＋)∶c(Mn2＋)＝(2×10－23)∶1
D．该温度下，Ksp(CuS)小于Ksp(MnS)
5． 向50 mL 0.018 mol·L－1AgNO3溶液中，加入50 mL 0.02 mol·L－1稀盐酸，生成了沉淀。如果溶液中
c(Ag＋)和c(Cl－)的乘积是一个常数，Ksp＝c(Ag＋)·c(Cl－)＝1×10－10，则：
(1)生成沉淀后溶液中c(Ag＋)是 。
(2)沉淀生成后溶液的pH是 。
折 能力达成
6． 工业上常先以MnO2为原料制得粗MnCl2溶液，通过添加过量难溶电解质MnS，使溶液中含有的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，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小于CuS、PbS、CdS等硫化物的Ksp
B．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只有复分解反应
7． (1)工业废水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理。Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)＋3OH—(aq)，常温下，Cr(OH)3的溶度积Ksp＝10-32，要使c(Cr3+)降低为10-5 mol·L-1，溶液的pH应调至________。
(2)在0.10 mol·L-1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌，有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成，当溶液的pH＝8时，c(Cu2+)＝_____ mol·L-1(Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10-20)。若在0.10 mol·L-1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体，使Cu2+完全沉淀为CuS，此时溶液中的H＋浓度是________ mol·L-1。
8． 某科研小组设计出利用工业废酸(10%H2SO4)来堆浸某废弃的氧化铜锌矿，提取锌、铜元素，实现废弃物综合利用，方案如图所示：

各离子开始沉淀及完全沉淀时的pH如下表所示。
离子
开始沉淀时的pH
完全沉淀时的pH
Fe2+
6.34
9.7
Fe3+
1.48
3.2
Zn2+
6.2
8.0
请回答下列问题：
(1)加入A物质的目的是　　　　　　　　　　，物质A可使用下列物质中的　　　　(填字母)。 
A．酸性KMnO4溶液　　　 B．O2　 C．H2O2溶液　　　　 D．Cl2
(2)氧化铜锌矿中含有少量的CuS和ZnS，在H2SO4的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶，则相同温度下：Ksp(CuS)　　　　Ksp(ZnS)(填“>”“