2022～2023學年高三化學單元自學提升知識匯第3章 第4節(jié) 基礎(chǔ)課時14 沉淀溶解平衡(學案)

PAGE1PAGE第四節(jié)沉淀溶解平衡基礎(chǔ)課時14沉淀溶解平衡學習任務(wù)1．通過實驗探究，認識難溶電解質(zhì)在水溶液中存在沉淀溶解平衡，培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養(yǎng)。2．能夠根據(jù)化學平衡原理分析沉淀溶解平衡的影響因素。3．能夠利用離子積與溶度積常數(shù)的關(guān)系判斷溶液中難溶電解質(zhì)的沉淀和溶解情況，培養(yǎng)變化觀念與平衡思想的化學核心素養(yǎng)。一、沉淀溶解平衡1．溶解平衡狀態(tài)在一定溫度下，固體溶質(zhì)在水中形成飽和溶液時，溶液中溶質(zhì)質(zhì)量保持不變的狀態(tài)，該狀態(tài)下，固體溶質(zhì)溶解的速率和溶液中溶質(zhì)分子結(jié)晶的速率達到相等，但溶解和結(jié)晶仍在進行。2．沉淀溶解平衡(1)概念在一定溫度下，當沉淀和溶解的速率相等時，即建立了動態(tài)平衡，叫做難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡。如AgCl溶于水的沉淀溶解平衡表示為AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)。(2)特征常溫下，分別將AgCl溶于水和0.1mol·L－1的NaCl溶液中，其溶解度相同嗎？為什么？[提示]不同。在NaCl溶液中，Cl－的存在會導(dǎo)致AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)向左移動，使AgCl溶解度更小。3．沉淀溶解平衡的移動固體物質(zhì)溶液中的溶質(zhì)固體物質(zhì)的溶解是可逆過程：(1)v溶解>v沉淀固體溶解(2)v溶解＝v沉淀溶解平衡(3)v溶解<v沉淀析出晶體4．生成難溶電解質(zhì)的離子反應(yīng)的限度(1)25℃時，溶解性與溶解度的關(guān)系(2)反應(yīng)完全的標志對于常量的化學反應(yīng)來說，化學上通常認為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10－5mol·L－1時，生成沉淀的反應(yīng)進行完全。(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)難溶電解質(zhì)的溶解度為0。 (×)(2)等物質(zhì)的量的AgNO3和NaCl混合后，溶液中不存在Ag＋和Cl－。 (×)(3)對于“AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)”，說明溶解的AgCl部分電離，是弱電解質(zhì)。 (×)(4)當改變外界條件時，沉淀溶解平衡會發(fā)生移動，直至達到新的平衡。 (√)(5)沉淀溶解達到平衡時，溶液中溶質(zhì)的離子濃度相等，且保持不變。 (×)(6)溶液中的離子濃度小于1×10－5mol·L－1時，可視為沉淀完全。 (√)二、溶度積常數(shù)1．在一定溫度下，達到沉淀溶解平衡后的溶液為飽和溶液，其離子濃度不再發(fā)生變化，溶液中各離子濃度冪之積為常數(shù)，叫做溶度積常數(shù)(簡稱溶度積)，用Ksp表示。2．寫出下列沉淀溶解平衡的溶度積常數(shù)的表達式(1)AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)Ksp＝c(Ag＋)·c(Cl－)。(2)Fe(OH)3(s)Fe3＋(aq)＋3OH－(aq)Ksp＝c(Fe3＋)·c3(OH－)。(3)AmBn(s)mAn＋(aq)＋nBm－(aq)Ksp＝cm(An＋)·cn(Bm－)。微點撥：①Ksp只與難溶電解質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關(guān)。②同溫條件時，對于同類型物質(zhì)，Ksp數(shù)值越大，難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力越強。如由Ksp數(shù)值可知，溶解能力：AgCl＞AgBr＞AgI，Cu(OH)2＜Mg(OH)2。③不同類型的物質(zhì)，Ksp差距不大時不能直接作為比較依據(jù)。如(25℃):AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)，Ksp＝1.8×10－10；Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，Ksp＝1.8×10－11，雖然Mg(OH)2的Ksp較小，但不能認為Mg(OH)2比AgCl更難溶。3．通過比較溶度積與溶液中有關(guān)離子濃度冪的乘積——離子積(Q)的相對大小，可以判斷在給定條件下的溶液中難溶電解質(zhì)的沉淀或溶解情況：(1)Q>Ksp，溶液過飽和，有沉淀析出，直至溶液飽和，達到新的平衡。(2)Q＝Ksp，溶液飽和，沉淀與溶解處于平衡狀態(tài)。(3)Q<Ksp，溶液未飽和，無沉淀析出，若加入過量難溶電解質(zhì)，難溶電解質(zhì)溶解直至溶液飽和。25℃時，在0.10mol·L－1硫酸銅溶液中加入氫氧化鈉稀溶液充分攪拌，有淺藍色氫氧化銅沉淀生成，當溶液的pH＝8時，c(Cu2＋)＝____________mol·L－1(Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20)。若在0.1mol·L－1硫酸銅溶液中通入過量H2S氣體，使Cu2＋完全沉淀為CuS，此時溶液中的H＋濃度是________mol·L－1。[解析]25℃、pH＝8時，c(OH－)＝10－6mol·L－1，由硫酸銅的溶度積常數(shù)可知：Ksp＝2.2×10－20＝10－12×c(Cu2＋)，得c(Cu2＋)＝2.2×10－8mol·L－1；使Cu2＋沉淀完全，已知c(Cu2＋)＝0.1mol·L－1，根據(jù)反應(yīng)關(guān)系式：Cu2＋～2H＋得c(H＋)＝0.2mol·L－1。[答案]2.2×10－80.2沉淀溶解平衡的建立與移動聞名于世的桂林溶洞、北京石花洞、婁底梅山龍宮，它們就是由于水和二氧化碳的緩慢侵蝕而創(chuàng)造出來的杰作。石灰石的主要成分為CaCO3，當它遇到溶有CO2的水時就會發(fā)生反應(yīng)變成可溶性的碳酸氫鈣，溶有碳酸氫鈣的水，當從溶洞頂?shù)蔚蕉吹讜r，由于水分的蒸發(fā)或壓強減小，以及溫度的變化都會使二氧化碳溶解度減小而析出碳酸鈣的沉淀。這些沉淀經(jīng)過千百萬年的積聚，漸漸形成了鐘乳石、石筍等，洞頂?shù)溺娙槭c地面的石筍連接起來了，就會形成奇特的石柱。反應(yīng)的化學方程式為CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2=CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。在自然界中不斷發(fā)生上述反應(yīng)于是就形成了溶洞中的各種景觀。[問題1]在CaCO3溶于水的起始階段，v溶解和v沉淀怎樣變化？當v溶解＝v沉淀時，可逆過程達到一種什么樣的狀態(tài)？畫出v-t圖。[提示]CaCO3溶于水的起始階段，v溶解開始最大，后逐漸減小，v沉淀開始為0，后逐漸增大，直到v溶解＝v沉淀，說明溶解達到平衡狀態(tài)。v-t圖如下：[問題2]向CaCO3飽和溶液中加水，CaCO3的溶解度增大嗎？溶解平衡移動嗎？Ksp是否增大？升高溫度Ksp如何變化？[提示]向CaCO3飽和溶液中加水，CaCO3溶解平衡向正向移動，但是CaCO3的溶解度不增大，Ksp不變。升高溫度，CaCO3的Ksp將增大。[問題3]試從溶解平衡的角度解釋碳酸鈣溶于含有CO2的水的原理？[提示]CaCO3溶于水的溶解平衡為CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)，當遇到含有CO2的水時發(fā)生：CO2＋H2O＋COeq\o\al(2－,3)=2HCOeq\o\al(－,3)，促進碳酸鈣的溶解平衡向右進行，逐漸溶解，生成Ca(HCO3)2溶液。[問題4]碳酸鈣可以溶于強酸(如硝酸)，但硫酸鋇不能溶于強酸，為什么？[提示]CaCO3的溶解平衡為CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)，加入硝酸后COeq\o\al(2－,3)與H＋反應(yīng)生成CO2，使c(COeq\o\al(2－,3))減小，溶解平衡右移，碳酸鈣逐漸溶解；BaSO4的溶解平衡為BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)，加入硝酸后，Ba2＋、SOeq\o\al(2－,4)都不與H＋和NOeq\o\al(－,3)反應(yīng)，兩者濃度都不改變，平衡不移動，故BaSO4不溶解。1．沉淀溶解平衡與難溶電解質(zhì)的電離(1)沉淀溶解平衡是指固體沉淀與溶液中相關(guān)離子間的平衡關(guān)系，包含了沉淀的溶解和溶解后電解質(zhì)的電離兩個過程。如：BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)包含了BaSO4(s)BaSO4(aq)和BaSO4=Ba2＋＋SOeq\o\al(2－,4)兩個過程。(2)難溶電解質(zhì)的電離僅僅是沉淀溶解平衡的后一個過程。總過程沉淀溶解平衡(可逆)分過程沉淀的溶解(可逆)電解質(zhì)的電離(可逆或不可逆)沉淀溶解平衡也用電離方程式表示，①須標明狀態(tài)(s)、(aq)，②一律用“”。Al(OH)3(s)Al3＋(aq)＋3OH－(aq)(沉淀溶解平衡)Al(OH)3Al3＋＋3OH－(電離平衡)2．影響沉淀溶解平衡的因素(1)內(nèi)因溶質(zhì)本身的性質(zhì)。絕對不溶的物質(zhì)是沒有的；同是微溶物質(zhì)，溶解度差別也很大；易溶溶質(zhì)只要是飽和溶液也存在沉淀溶解平衡。(2)外界條件改變對沉淀溶解平衡的影響①溫度升高，多數(shù)沉淀溶解平衡向溶解的方向移動。②加水稀釋，濃度減小，沉淀溶解平衡向溶解的方向移動。③加入與難溶電解質(zhì)構(gòu)成粒子相同的物質(zhì)，沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移動。④加入與難溶電解質(zhì)溶解所得的離子反應(yīng)的物質(zhì)，沉淀溶解平衡向溶解的方向移動。1．將一定量的硫酸鋇放入水中，對此有關(guān)的敘述正確的是()A．硫酸鋇不溶于水，硫酸鋇固體質(zhì)量不會改變B．最終會得到BaSO4的極稀的飽和溶液C．因為Ba2＋＋SOeq\o\al(2－,4)=BaSO4↓很容易發(fā)生，所以不存在BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)的反應(yīng)D．因為BaSO4難溶于水，所以改變外界條件也不會改變BaSO4的溶解性B[BaSO4不溶于水并不是絕對不溶，它存在沉淀溶解平衡，當沉淀和溶解的速率相等時，得到了BaSO4的飽和溶液即建立了動態(tài)平衡BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)，A、C項錯誤，B項正確；升高溫度，BaSO4溶解度增大，D項錯誤。]2．現(xiàn)向含AgBr的飽和溶液中：(1)加入固體AgNO3，則c(Ag＋)________(填“變大”“變小”或“不變”，下同)。(2)加入更多的AgBr固體，則c(Ag＋)________。(3)加入AgCl固體，則c(Br－)________，c(Ag＋)________。(4)加入Na2S固體，則c(Br－)________，c(Ag＋)________。[解析](1)向AgBr飽和溶液中加入AgNO3，溶解平衡逆向移動，但c(Ag＋)變大；(2)加入AgBr固體，對溶解平衡無影響，c(Ag＋)不變；(3)因AgCl溶解度大于AgBr，加入AgCl固體時，c(Ag＋)變大，溶解平衡向左移動，c(Br－)變小；(4)因Ag2S溶解度小于AgBr，加入Na2S固體時，生成Ag2S，溶解平衡向右移動，c(Br－)變大，但c(Ag＋)變小。[答案](1)變大(2)不變(3)變小變大(4)變大變小溶度積曲線的理解與應(yīng)用在T℃時，AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示。又知T℃時AgCl的Ksp＝4×10－10。[問題1]T℃時，Ksp(AgBr)等于多少？[提示]Ksp(AgBr)＝c(Ag＋)·c(Br－)＝7×10－7×7×10－7＝4.9×10－13。[問題2]相同溫度下，AgCl和AgBr的溶解度相對大小關(guān)系如何？[提示]溶解度AgCl大于AgBr。[問題3]a點是否有沉淀析出？b點是否有沉淀析出？[提示]a點：Q<Ksp，溶液不飽和，故無沉淀析出；b點：Q>Ksp，溶液過飽和，有沉淀析出。[問題4]采取什么措施可以使溶液由c點到d點？該過程中Ksp(AgBr)是否變化？[提示]增大c(Br－)；不變化。沉淀溶解平衡曲線分析圖像展示[以BaSO4為例：BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)]點的變化a→c曲線上變化，增大c(SOeq\o\al(2－,4))b→c加入1×10－5mol·L－1Na2SO4溶液(加水不可以)d→c加入BaCl2固體(忽略溶液的體積變化)c→a曲線上變化，增大c(Ba2＋)曲線上方的點表示有沉淀生成；曲線下方的點表示不飽和溶液1．可溶性鋇鹽有毒，醫(yī)院中常用硫酸鋇這種鋇鹽作為內(nèi)服造影劑。醫(yī)院搶救鋇離子中毒患者時，除催吐外，還需要向中毒者胃中灌入硫酸鈉溶液。已知：某溫度下，Ksp(BaCO3)＝5.1×10－9，Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10。下列推斷正確的是()A．不用碳酸鋇作為內(nèi)服造影劑，是因為Ksp(BaCO3)>Ksp(BaSO4)B．搶救鋇離子中毒患者時，若沒有硫酸鈉，可以用碳酸鈉溶液代替C．若誤飲c(Ba2＋)＝1.0×10－5mol·L－1的溶液時，會引起鋇離子中毒D．可以用0.36mol·L－1的Na2SO4溶液給鋇離子中毒患者洗胃D[因胃酸可與COeq\o\al(2－,3)反應(yīng)生成水和二氧化碳，使COeq\o\al(2－,3)濃度降低，從而使平衡BaCO3(s)Ba2＋(aq)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)向溶解方向移動，使Ba2＋濃度增大，Ba2＋有毒，與Ksp大小無關(guān)，故A錯誤；BaCO3溶于胃酸，起不到解毒的作用，故B錯誤；c(Ba2＋)＝1.0×10－5mol·L－1的溶液鋇離子濃度很小，不會引起鋇離子中毒，故C錯誤；用0.36mol·L－1的Na2SO4溶液給鋇離子中毒患者洗胃，反應(yīng)后c(Ba2＋)＝eq\f(1.1×10－10,0.36)mol·L－1，濃度很小，可起到解毒的作用，故D正確。]2．不同溫度(T1和T2)時，硫酸鋇在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示，已知硫酸鋇在水中溶解時吸收熱量。下列說法正確的是()A．T1＞T2B．加入BaCl2固體，可使溶液由a點變到c點C．c點時，在T1、T2兩個溫度下均有固體析出D．a(chǎn)點和b點的Ksp相等D[因為硫酸鋇在水中溶解時吸收熱量，則溫度升高硫酸鋇的Ksp增大，T2時硫酸鋇的Ksp大于T1時硫酸鋇的Ksp，故T2＞T1，A錯誤；硫酸鋇溶液中存在著沉淀溶解平衡，a點在平衡曲線上，加入BaCl2，c(Ba2＋)增大，平衡左移，c(SOeq\o\al(2－,4))應(yīng)降低，所以不能使溶液由a點變到c點，B錯誤；在T1時c點溶液的Q＞Ksp，有沉淀析出，在T2時c點溶液的Q＜Ksp，沒有沉淀析出，C錯誤；Ksp是一常數(shù)，溫度不變，Ksp不變，在曲線上的任意一點Ksp都相等，D正確。]1．(2021·山東新泰一中高二月考)為了防止熱帶魚池中水藻的生長，需保持水中Cu2＋的濃度約1.2×10－5mol·L－1。為避免在每次換池水時溶液濃度的改變，可把適當?shù)暮~化合物放在池底，其飽和溶液提供適當?shù)腃u2＋。已知CuS、Cu(OH)2、CuCO3的Ksp值依次為1.3×10－36、2.2×10－20、1.4×10－10，下列四種物質(zhì)中，能基本滿足池水濃度要求的是()A．CuSO4 B．CuCO3C．Cu(OH)2 D．CuSB[CuCO3(s)＝Cu2＋(aq)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)；故有Ksp＝c(Cu2＋)·c(COeq\o\al(2－,3))＝c2(Cu2＋)；c(Cu2＋)＝(Ksp)1/2＝1.18×10－5mol·L－1。]2．Mg(OH)2固體在水中存在下列溶解平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，欲減少Mg(OH)2固體的量，可以加入少量的()A．NaOH固體 B．NaCl固體C．NaHSO4固體 D．MgSO4固體C[欲使Mg(OH)2固體的量減少，應(yīng)使平衡右移，NaHSO4電離產(chǎn)生的H＋會使平衡體系中c(OH－)減小，而使沉淀溶解平衡右移，Mg(OH)2固體的量減小。]3．(雙選)(2021·山東聊城高二月考)已知：常溫下，Ksp(BaSO4)＝a。取過量BaSO4溶于蒸餾水，過濾得到濾液R溶液。下列有關(guān)說法正確的是()A．R溶液中c(Ba2＋)＝eq\r(a)mol·L－1B．常溫下，向R溶液中加入少量Na2SO4固體，產(chǎn)生白色沉淀C．常溫下，向R溶液中加入少量BaCl2固體，Ksp(BaSO4)增大D．向R溶液中加水，c(Ba2＋)、c(SOeq\o\al(2－,4))均增大AB[R溶液中c(Ba2＋)＝eq\r(a)mol·L－1，A項正確；加入Na2SO4，平衡BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)向左移動，產(chǎn)生白色沉淀，B項正確；溫度不變，溶度積不變，C項錯誤；向R溶液中加水，c(Ba2＋)、c(SO2－4)均減小，D項錯誤。]4．已知25℃時，CaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示，向100mL該條件下的CaSO4飽和溶液中加入400mL0.01mol·L－1Na2SO4溶液，下列敘述正確的是()A．溶液中析出CaSO4固體沉淀，最終溶液中c(SOeq\o\al(2－,4))比原來的大B．溶液中無沉淀析出，溶液中c(Ca2＋)、c(SOeq\o\al(2－,4))都變小C．溶液中析出CaSO4固體沉淀，溶液中c(Ca2＋)、c(SOeq\o\al(2－,4))都變小D．溶液中無沉淀析出，但最終溶液中c(SOeq\o\al(2－,4))比原來的大D[本題是一道考查沉淀溶解平衡的圖像題。由題意知，Ksp(CaSO4)＝c(Ca2＋)·c(SOeq\o\al(2－,4))＝3.0×10－3×3.0×10－3＝9×10－6，CaSO4飽和溶液中c(Ca2＋)＝c(SOeq\o\al(2－,4))＝3.0×10－3mol·L－1。加入400mL0.01mol·L－1Na2SO4溶液后，c(Ca2＋)＝eq\f(3.0×10－3×0.1,0.5)mol·L－1＝6×10－4mol·L－1，c