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第2課時 沉淀溶解平衡的應用
[學習目標定位] 1.能用平衡移動原理分析理解沉淀的溶解與生成、沉淀轉化的實質。2.學會用沉淀溶解平衡的移動解決生產、生活中的實際問題。
一、沉淀的溶解與生成
1.沉淀的溶解與生成的判斷
對于難溶電解質AmBn(s)mAn＋(aq)＋nBm－(aq)，其濃度商Q＝cm(An＋)cn(Bm－)，通過比較
Q和Ksp的相對大小，可以判斷沉淀的溶解與生成。
(1)Q>Ksp時，溶液中有沉淀析出，直至Q＝Ksp，達到新的沉淀溶解平衡。
(2)Q＝Ksp時，溶液飽和，沉淀溶解與生成處于平衡狀態(tài)。
(3)Q
Ksp(BaSO4)，故SO與Ba2＋結合生成BaSO4沉淀，可緩解Ba2＋對人體的毒害。
3.生成沉淀的常用方法
(1)調節(jié)pH法：如工業(yè)原料氯化銨中含雜質氯化鐵，使其溶解于水，再加入氨水調節(jié)pH至
7～8，可使Fe3＋轉變?yōu)?Fe(OH)3沉淀而除去。反應如下：Fe3＋＋3NH3H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。
(2)加沉淀劑法：如以Na2S、H2S等作沉淀劑，使某些金屬離子，如Cu2＋、Hg2＋等生成極難溶的硫化物CuS、HgS等沉淀，也是分離、除去雜質常用的方法。
寫出下列反應的離子方程式：
①用H2S除去Cu2＋：H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。
②用Na2S除去Hg2＋：Hg2＋＋S2－===HgS↓。
沉淀的溶解與生成
(1)沉淀的溶解和生成這兩個方向相反的過程相互轉化的條件是離子濃度，控制離子濃度，可以使反應向我們需要的方向轉化。
(2)根據平衡移動原理，對于在水中難溶的電解質，如果能設法不斷地移去溶解平衡體系中的相應離子，使平衡向沉淀溶解的方向移動，就可以使沉淀溶解。如常用強酸溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等難溶電解質。
(3)不可能使要除去的離子全部通過沉淀除去。一般認為殘留在溶液中的離子濃度小于110－5 molL－1時，雜質離子已除盡。
例1 已知Ksp(AgCl)＝1.5610－10 mol2L－2，Ksp(AgBr)＝7.710－13 mol2L－2，Ksp(Ag2CrO4)＝9.010－12 mol3L－3。某溶液中含有Cl－、Br－和CrO，濃度均為 0.010 molL－1，向該溶液中逐滴加入0.010 molL－1的AgNO3溶液時，三種陰離子產生沉淀的先后順序為( )
A.Cl－、Br－、CrO B.CrO、Br－、Cl－
C.Br－、Cl－、CrO D.Br－、CrO、Cl－
答案 C
解析 要產生AgCl沉淀，[Ag＋]> molL－1＝1.5610－8 molL－1；
要產生AgBr沉淀，[Ag＋]> molL－1＝7.710－11 molL－1；
要產生Ag2CrO4沉淀，需[Ag＋]> molL－1＝3.010－5 molL－1；顯然產生沉淀的先后順序為Br－、Cl－、CrO。
考點 溶度積常數(shù)
題點 溶度積常數(shù)(Ksp)的應用——判斷是否生成沉淀
例2 要使工業(yè)廢水中的重金屬Pb2＋沉淀，可用硫酸鹽、碳酸鹽、硫化物等作沉淀劑，已知Pb2＋與這些離子形成的化合物的溶解度如下：
化合物
PbSO4
PbCO3
PbS
溶解度/g
1.0310－4
1.8110－7
1.8410－14
由上述數(shù)據可知，選用的沉淀劑最好為( )
A.硫化物 B.硫酸鹽
C.碳酸鹽 D.以上沉淀劑均可
答案 A
解析 要將Pb2＋沉淀，就要形成溶解度更小的物質，由表中數(shù)據可知，PbS的溶解度最小，故沉淀劑最好為硫化物。
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 沉淀的生成(沉淀的先后)
例3 如圖表示的是難溶氫氧化物在不同pH下的溶解度(S)，下列說法正確的是( )
A.pH＝3時溶液中鐵元素的主要存在形式是Fe3＋
B.若Ni(NO3)2溶液中含有少量的Co2＋雜質，可通過調節(jié)溶液pH的方法除去
C.若要分離溶液中的Fe3＋和Cu2＋，可調節(jié)溶液的pH為4
D.若向含有Cu2＋和Ni2＋的溶液中加入燒堿，Ni(OH)2優(yōu)先沉淀
答案 C
解析 當pH＝3時，F(xiàn)e3＋已沉淀完全，A項錯誤；由于Ni2＋和Co2＋完全沉淀時的pH相差不大，故不宜通過調節(jié)溶液pH的方法除去，B項錯誤；根據圖可知向含有Cu2＋和Ni2＋的溶液中加入燒堿，Cu(OH)2優(yōu)先沉淀，D項錯誤。
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 沉淀溶解平衡曲線及其應用
二、沉淀的轉化
1.實驗探究沉淀的轉化
(1)ZnS沉淀轉化為CuS沉淀
實驗步驟
實驗現(xiàn)象
有白色沉淀
有黑色沉淀
離子反應方程式
S2－(aq)＋Zn2＋(aq) ===ZnS↓
ZnS(s)＋Cu2＋(aq) ===CuS(s)＋Zn2＋(aq)
實驗結論
溶解能力小的沉淀可以轉化成溶解能力更小的沉淀
(2)Ag＋的沉淀物的轉化
實驗步驟
實驗現(xiàn)象
有白色沉淀生成
白色沉淀變?yōu)辄S色
沉淀變?yōu)楹谏?
沉淀溶解能力
AgCl>AgI>Ag2S
沉淀轉化的規(guī)律
(1)沉淀轉化的實質就是沉淀溶解平衡的移動。
(2)一般說來，溶解能力小的沉淀轉化為溶解能力更小的沉淀容易實現(xiàn)；兩者差別越大，沉淀轉化越容易。
①組成類型相同的難溶電解質，Ksp較大的難溶電解質能轉化為Ksp較小的難溶電解質。
②Ksp相差不大的難溶電解質，Ksp較小的難溶電解質在一定條件下可以轉化為Ksp較大的難溶電解質。
2.沉淀轉化的應用
(1)鍋爐除水垢：
鍋爐形成的水垢中常含有CaSO4，除去方法是CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)，寫出有關反應的化學方程式：CaSO4(s)＋Na2CO3(aq)CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)，CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。
(2)原生銅硫化物的轉化：
原生銅硫化物CuSO4(溶液)CuS(銅藍)。寫出CuSO4轉化為銅藍的化學方程式：CuSO4(aq)＋ZnS(s)===CuS(s)＋ZnSO4(aq)，CuSO4(aq)＋PbS(s)===CuS(s)＋PbSO4(s)。
(3)工業(yè)廢水中重金屬離子的轉化：
工業(yè)廢水處理過程中，重金屬離子可利用沉淀轉化原理用FeS等難溶物轉化為HgS、Ag2S、PbS等沉淀。寫出用FeS除去Hg2＋的離子方程式：FeS(s)＋Hg2＋(aq)===HgS(s)＋Fe2＋(aq)。
(4)水垢的形成：
硬水煮沸形成的水垢主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，說明它形成的原因(用離子方程式表示)。
Mg(HCO3)2MgCO3＋H2O＋CO2↑，
Ca(HCO3)2CaCO3＋H2O＋CO2↑，
MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑。
例4 實驗：①0.1 molL－1 AgNO3溶液和0.1 molL－1NaCl溶液等體積混合得到懸濁液a，過濾得到濾液b和白色沉淀c；②向濾液b中滴加0.1 molL－1 KI溶液，出現(xiàn)渾濁；③向沉淀c中滴加0.1 molL－1KI溶液，沉淀變?yōu)辄S色。
下列說法不正確的是( )
A.懸濁液a中存在沉淀溶解平衡：AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)
B.濾液b中不含有Ag＋
C.③中顏色變化說明AgCl轉化為AgI
D.實驗可以證明AgI比AgCl更難溶
答案 B
解析 在懸濁液a中，存在AgCl的沉淀溶解平衡，即在濾液b中，仍含有少量Ag＋，故在b中生成了AgI沉淀，A正確，B錯誤；向白色沉淀AgCl中滴加KI溶液生成黃色AgI，由此可說明AgI比AgCl更難溶，C項和D項都正確。
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 沉淀的轉化
例5 已知25 ℃：
難溶電解質
CaCO3
CaSO4
MgCO3
Ksp/mol2L－2
2.810－9
9.110－6
6.810－6
某學習小組欲探究CaSO4沉淀轉化為CaCO3沉淀的可能性，實驗步驟如下：
①向100 mL 0.1 molL－1的CaCl2溶液中加入0.1 molL－1的Na2SO4溶液100 mL，立即有白色沉淀生成。
②向上述懸濁液中加入固體Na2CO3 3 g，攪拌，靜置沉淀后棄去上層清液。
③再加入蒸餾水攪拌，靜置后再棄去上層清液。
④________________________________________________________________________。
(1)由題中信息Ksp越大，表示電解質的溶解度越______(填“大”或“小”)。
(2)寫出第②步發(fā)生反應的化學方程式：_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)設計第③步的目的是__________________________________________________。
(4)請補充第④步操作及發(fā)生的現(xiàn)象：________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)請寫出該原理在實際生活、生產中的一個應用：____________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)大 (2)Na2CO3(aq)＋CaSO4(s)===CaCO3(s)＋Na2SO4(aq) (3)洗去沉淀中附著的SO (4)向沉淀中加入足量的鹽酸，沉淀完全溶解，并放出無色無味的氣體 (5)將鍋爐水垢中的CaSO4轉化為CaCO3，再用鹽酸除去
解析 Ksp越大，表示電解質的溶解度越大，溶解度大的沉淀會向溶解度小的沉淀轉化，要證明CaSO4完全轉化為CaCO3，可以加入鹽酸，因為CaSO4不和鹽酸反應，而CaCO3可完全溶于鹽酸。在實際生活、生產中利用此反應可以將鍋爐水垢中的CaSO4轉化為CaCO3再用鹽酸除去。
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 難溶電解質沉淀溶解平衡的綜合
1.除去NaCl中的FeCl3需加入的試劑是( )
A.NaOH B.石灰水
C.銅片 D.氨水
答案 A
解析 在除去FeCl3時，不能引入新的雜質。
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 沉淀的生成(沉淀的先后)
2.(2017包頭高二月考)已知：Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)，在有白色固體ZnS存在的飽和溶液中滴加適量CuSO4溶液，產生的實驗現(xiàn)象是( )
A.固體逐漸溶解，最后消失
B.固體由白色變?yōu)楹谏?
C.固體顏色變化但質量不變
D.固體逐漸增多，但顏色不變
答案 B
解析 ZnS和CuS的陰、陽離子個數(shù)比均為1∶1，且Ksp(ZnS)>Ksp(CuS)，可得ZnS溶解度大于CuS，因此在ZnS飽和溶液中加CuSO4會使ZnS沉淀轉化生成黑色CuS。
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 沉淀的轉化
3.已知如下物質的溶度積常數(shù)：Ksp(FeS)＝6.310－18 mol2L－2，Ksp(CuS)＝6.310－36 mol2L－2。下列說法正確的是( )
A.同溫度下，CuS的溶解度大于FeS的溶解度
B.同溫度下，向飽和FeS溶液中加入少量Na2S固體后，Ksp(FeS)變小
C.向含有等物質的量的FeCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液，最先出現(xiàn)的沉淀是FeS
D.除去工業(yè)廢水中的Cu2＋和Hg2＋，可以選用FeS作沉淀劑
答案 D
解析 A項，由于FeS的Ksp大，且FeS與CuS的Ksp表達式是相同類型的，因此FeS的溶解度比CuS的大；B項，Ksp不隨濃度變化而變化，它只與溫度有關；C項，先達到CuS的Ksp，先出現(xiàn)CuS沉淀；D項，向含有Cu2＋和Hg2＋的工業(yè)廢水中加入FeS，F(xiàn)eS會轉化為更難溶的CuS和HgS，可以用FeS作沉淀劑。
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 難溶電解質沉淀溶解平衡的綜合
4.含有較多Ca2＋、Mg2＋和HCO的水稱為暫時硬水，加熱可除去Ca2＋、Mg2＋，使水變?yōu)檐浰，F(xiàn)有一鍋爐廠使用這種水，試判斷其水垢的主要成分為( )
(已知Ksp(MgCO3)＝6.810－6 mol2L－2，Ksp[Mg(OH)2]＝5.610－12 mol3L－3)
A.CaO、MgO B.CaCO3、MgCO3
C.CaCO3、Mg(OH)2 D.CaCO3、MgO
答案 C
解析 考查沉淀轉化的原理，加熱暫時硬水，發(fā)生分解反應：Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，生成的MgCO3在水中建立起平衡：MgCO3(s)Mg2＋(aq)＋CO(aq)，而CO發(fā)生水解反應：CO＋H2OHCO＋OH－，使水中的OH－濃度增大，由于Ksp[Mg(OH)2]CuCO3>CuS
B.Cu(OH)2Cu(OH)2>CuCO3
D.CuSKsp(AgI)
答案 B
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 難溶電解質沉淀溶解平衡的綜合
7.工業(yè)生產中常用MnS作為沉淀劑除去工業(yè)廢水中的Cu2＋，Cu2＋(aq)＋MnS(s)===CuS(s)＋Mn2＋(aq)，下列說法錯誤的是( )
A.該反應平衡時[Mn2＋]＝[Cu2＋]
B.MnS的Ksp大于CuS的Ksp
C.向平衡體系中加入少量CuSO4固體后，[Mn2＋]增大
D.該反應的平衡常數(shù)K＝
答案 A
解析 根據反應Cu2＋(aq)＋MnS(s)===CuS(s)＋Mn2＋(aq)，可以推斷Ksp(MnS)>Ksp(CuS)，該反應的平衡常數(shù)K＝＝>1，[Mn2＋]>[Cu2＋]。向平衡體系中加入少量CuSO4固體后，[Cu2＋]增大，溶解平衡向右移動，[Mn2＋]增大，所以，只有A項不正確。
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 難溶電解質沉淀溶解平衡的綜合
8.已知25 ℃時一些難溶物質的溶度積常數(shù)如下：
化學式
溶度積
Zn(OH)2
510－17 mol3L－3
ZnS
2.510－22 mol2L－2
AgCl
1.810－10 mol2L－2
Ag2S
6.310－50 mol3L－3
MgCO3
6.810－6 mol2L－2
Mg(OH)2
1.810－11 mol3L－3
根據上表數(shù)據，判斷下列化學方程式不正確的是( )
A.2AgCl＋Na2S===2NaCl＋Ag2S
B.MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑
C.ZnS＋2H2O===Zn(OH)2＋H2S↑
D.Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O
答案 C
解析 難溶電解質能轉化為更難溶的電解質，電解質的溶解度差別越大，越容易轉化。ZnS的溶度積比Zn(OH)2小的多，故C項反應方程式不正確。
9.下表為有關化合物的pKsp，pKsp＝－lgKsp。某同學設計實驗如下：①向AgNO3溶液中加入適量NaX溶液，得到沉淀AgX；②向①中加NaY，則沉淀轉化為AgY；③向②中加入Na2Z，沉淀又轉化為Ag2Z。則表中a、b、c的大小關系為( )
相關化合物
AgX
AgY
Ag2Z
pKsp
a
b
c
A.a>b>c B.aKsp，即有沉淀生成；D項，c、d兩點溫度不變，即Ksp相同。
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 沉淀溶解平衡曲線及其應用
12.如圖所示，有T1溫度下BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲線，下列說法不正確的是( )
A.加入Na2SO4可使溶液由a點變?yōu)閎點
B.在T1曲線上方區(qū)域(不含曲線)任意一點時，均有BaSO4沉淀生成
C.蒸發(fā)溶劑可能使溶液由d點變?yōu)榍€上a、b之間的某一點(不含a、b)
D.升溫可使溶液由b點變?yōu)閐點
答案 D
解析 A項，加入Na2SO4，SO的濃度增大，Ksp不變，[Ba2＋]減小，正確；B項，在T1曲線上方任意一點，由于Q>Ksp，所以均有BaSO4沉淀生成，正確；C項，不飽和溶液蒸發(fā)溶劑，[SO]、[Ba2＋]均增大，正確；D項，升溫，Ksp增大，[SO]、[Ba2＋]均增大，錯誤。
[綜合強化]
13.(2017湖州高二質檢)已知常溫下，AgBr的Ksp＝4.910－13 mol2L－2、AgI的Ksp＝
8.310－17 mol2L－2。
(1)現(xiàn)向含有AgI的飽和溶液中：
①加入固體AgNO3，則[I－]________(填“變大”“變小”或“不變”，下同)；
②若改加更多的AgI，則[Ag＋]________；
③若改加AgBr固體，則[I－]________，而[Ag＋]________。
(2)現(xiàn)向含有NaBr、KI均為0.002 molL－1的溶液中加入等體積的濃度為410－3 molL－1 AgNO3溶液，則產生的沉淀是______________(填化學式)；若向其中再加入適量的NaI固體，則最終可發(fā)生沉淀轉化的總反應式表示為_________________________________。
答案 (1)①變小?、诓蛔儭、圩冃 ∽兇蟆?
(2)AgI、AgBr AgBr(s)＋I－(aq)===AgI(s)＋Br－(aq)
解析 (1)①加入AgNO3固體，使[Ag＋]增大，AgI溶解平衡向左移動，[I－]減小。②改加更多的AgI固體，仍是該溫度下的飽和溶液，各離子濃度不變。③因AgBr的溶解度大于AgI的溶解度，所以改加AgBr固體時，使[Ag＋]變大，而使AgI的溶解平衡向生成AgI的方向移動，[I－]變小。
(2)等體積混合后c(Br－)＝c(I－)＝0.001 molL－1，c(Ag＋)＝210－3 molL－1。因Ksp(AgI)4.910－13，所以有AgBr沉淀生成；而再向其中加入適量NaI固體時，會有AgBr轉化為AgI。
考點 沉淀溶解平衡的應用
題點 難溶電解質沉淀溶解平衡的綜合
14.(1)已知25 ℃時，Ksp[Mg(OH)2]＝1.810－11 mol3L－3，Ksp[Cu(OH)2]＝2.210－20 mol3L－3。
在25 ℃下，向濃度均為0.1 molL－1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水，先生成________沉淀(填化學式)，生成該沉淀的離子方程式為________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知Ksp[Al(OH)3]＝1.010－33mol4L－4，Ksp[Fe(OH)3]＝3.010－39mol4L－4，pH＝7.1時Mn(OH)2開始沉淀。室溫下，除去MnSO4溶液中的Fe3＋、Al3＋(使其濃度小于110－6 molL－1)，需調節(jié)溶液pH范圍為________________。
答案 (1)Cu(OH)2 Cu2＋＋2NH3H2O===Cu(OH)2↓＋2NH (2)5.0
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