第三章物质在水溶液中的行为第3节沉淀溶解平衡第2课时
【教学目标】
知识与技能：
能够运用平衡移动的观点对沉淀的溶解、生成与转化过程进行分析，知道沉淀转化的本质并能够解释相关的实验现象以及生产、生活中的一些问题。
过程与方法：
自主学习、独立思考，根据实验现象，学会分析、解决问题，体会综合、分析、归纳、实验设计等方法在解决沉淀溶解平衡中的应用。
情感、态度与价值观：
培养学生的知识迁移能力、动手实验能力和逻辑推理能力，提高环境保护意识
【教学过程】
一、沉淀溶解平衡的应用
1、沉淀的溶解与生成
离子的浓度商Qc和离子积Ksp的关系：
(1).当 Qc > Ksp时是过饱和溶液，离子生成沉淀即反应向生成沉淀方向进行，直到平衡状态（饱和为止）。
(2).当 Qc = Ksp时是饱和溶液，已达到沉淀溶解平衡状态。
(3).当 Qc < Ksp时是不饱和溶液，沉淀溶解即反应向沉淀溶解的方向进行，直到平衡状态（饱和为止）。
以上规则称为溶度积规则。沉淀的生成和溶解这两个相反的过程它们相互转化的条件是离子浓度的大小，控制离子浓度的大小，可以使反应向所需要的方向转化。
（1）沉淀的溶解
思考：为什么医学上常用BaSO4作为内服造影剂“钡餐”，而不用BaCO3作为内服造影剂“钡餐”?
BaSO4和BaCO3的沉淀溶解平衡分别为：
BaSO 4 Ba2+ + SO42-Ksp=1.1×10-10mol2L-2
BaCO 3 Ba2+ + CO32- Ksp=5.1×10-9mol2L-2
由于人体内胃酸的酸性较强(pH0.9---1.5)，如果服下BaCO3,胃酸会与CO32-反应生成CO2和水，使CO32-离子浓度降低，使Qc < Ksp，使BaCO3的沉淀溶解平衡向右移动，使体内的Ba2+浓度增大而引起人体中毒。
BaCO 3 Ba2+ + CO32- CO32- +2 H+=== CO2+ H2O
所以，不能用BaCO3作为内服造影剂“钡餐”而SO42-不与H+结合生成硫酸，胃酸中的H+对BaSO4的溶解平衡没有影响，Ba2+浓度保持在安全浓度标准下，所以用BaSO4作“钡餐”。
2.沉淀的转化
[观察思考]
ZnS沉淀转化为CuS沉淀
(1)在1试管中加入2ml0.1mol/L ZnSO4溶液，再滴入1mol/L Na2S溶液，观察现象。
(2)静置后倾去上层清液，蒸馏水洗涤沉淀2-3次。
(3)向沉淀中滴加适量的0.1mol/L CuSO4溶液，观察现象。
[实验现象]有白色沉淀出现，白色沉淀转化成为黑色沉淀。
为什么白色的ZnS沉淀会转化成为黑色的CuS沉淀？
ZnS在水中存在沉淀溶解平衡：
ZnS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq) Ksp=1.6×10-24mol2?L-2
CuS在水中存在沉淀溶解平衡
CuS(s) Cu2+(aq)+S2-(aq) Ksp=1.3×10-36mol2?L-2
ZnS与CuS是同类难溶物，Ksp(ZnS) >Ksp(CuS),CuS的溶解度远小于ZnS的溶解度。
[讲解]ZnS沉淀转化为CuS沉淀的定性解释
当向ZnS沉淀上滴加CuSO4溶液时， ZnS溶解产生的S2-与 CuSO4溶液中的Cu2+足以满足Qc>Ksp(CuS)的条件， S2-与Cu2+结合产生CuS沉淀并建立沉淀溶解平衡。 CuS沉淀的生成，使得S2-的浓度降低，导致S2-与Zn2+的Qc 利用沉淀转化原理，在工业废水的处理过程中，常用FeS(s)MnS(s)等难溶物作为沉淀剂除去废水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子。 沉淀转化的实质：沉淀溶解平衡的移动。一种沉淀可转化为更难溶的沉淀，难溶物的溶解度相差越大，这种转化的趋势越大。 当向ZnS沉淀上滴加CuSO4溶液时，ZnS溶解产生的S2-与CuSO4溶液中的Cu2+足以满足Q>Ksp(CuS)的条件，S2-与Cu2+结合产生CuS沉淀并建立沉淀溶解平衡。 CuS沉淀的生成，使得S2-的浓度降低，导致S2-与Zn2+的Q [追根寻源] 水垢中的Mg(OH)2是怎样生成的? 学生阅读自主解决 硬水:是含有较多Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-和SO42-的水. 加热时： Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3+CO2 + H2O Mg2+ + 2HCO3- = MgCO3+CO2 + H2O MgCO3+ H2O = Mg(OH)2 +CO2 为什么在水垢中镁主要以Mg(OH)2沉淀形式存在，而不是以MgCO3沉淀的形式存在？比较它们饱和时[Mg2+]的大小。 二、[交流?研讨] (1)溶洞里美丽的石笋、钟乳是如何形成的？ CaCO3 + CO2 + H2O === Ca(HCO3)2 溶有二氧化碳的雨水，会使使碳酸钙转变成可溶性的碳酸氢钙。CaCO3+CO2+H2O =Ca(HCO3)2当受热或压强减小时，溶解的碳酸氢钙会分解重新变成碳酸钙沉淀。 Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O (2)海洋中的多彩珊瑚又是怎样生长形成的？ 珊瑚虫在生长过程中能吸收海水中的钙和二氧化碳，然后分泌出石灰石，变为自己生存的外壳。而珊瑚是珊瑚虫的分泌物，构成珊瑚虫的支撑结构。 瑚岛能供人居住，它的遗骨坚硬，可以开采，当作砖石或烧制石灰。珊瑚的骨骼也可制作工艺品，有观赏价值。然而，它们同时也形成了许多海底暗礁，对航海的安全有一定的影响。由大量珊瑚形成的珊瑚礁和珊瑚岛，能够给鱼类创造良好的生存环境，加固海边堤岸，扩大陆地面积。因此，人们应当保护珊瑚，保护珊瑚虫！ 三、板书设计： 沉淀溶解平衡的应用 1.沉淀的溶解与生成 Q>Ksp生成沉淀，直到平衡状态。 Q=Ksp已达到沉淀溶解平衡状态。 Q 2.沉淀的转化 实质：沉淀溶解平衡的移动。 四、检测题 1.下列说法正确的是( ) A．向AgI沉淀中加入饱和KCl溶液，有白色沉淀生成，说明AgCl比AgI更难溶 B．向浓度均为0.1 mol·L－1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水，先生成蓝色Cu(OH)2沉淀，则K sp[Mg(OH)2] C．BaSO4饱和溶液中加入饱和Na2CO3溶液有白色沉淀，说明K sp(BaSO4)大于K sp(BaCO3) D．向1mL 0.2 mol·L－1 NaOH溶液中滴入1 mL 0.1 mol·L－1 MgCl2溶液，产生白色沉淀后，再滴加2滴0.1 mol·L－1FeCl3溶液，又生成红褐色沉淀，证明在相同温度下，溶解度Mg(OH)2 ＞Fe(OH)3 2.已知CuS不溶于醋酸、浓盐酸、浓硫酸，但在浓硝酸中溶解，溶液变蓝并有红棕色刺激性 气体产生。下列结论及原因解释准确到位的是( ) A．CuS不溶于弱酸，能溶于强酸 B．CuS不溶于非氧化性酸，能溶于氧化性酸 C．C uS溶于硝酸，是因为硝酸氧化性强于硫酸，S2－被氧化，使溶解沉淀平衡往溶解方向移动 D．CuS溶于硝酸，是因为硝酸的酸性大于硫酸和盐酸的酸性，S2－结合H＋，放出H2S气体，使沉淀溶解平衡往溶解方向移动 3.已知K sp(AgCl)＝1.8×10－10 mol2·L－2，K sp(AgI)＝1.0×10－16 mol2·L－2。下列说法错误 的是( ) A．常温下，AgCl在饱和NaCl溶液中的K sp比在纯水中的K sp小 B．在含有浓度均为0.001 mol·L－1的Cl－、I－的溶液中缓慢加入AgNO3稀溶液，首先析出AgI沉淀 C．向AgCl的悬浊液中加入KI溶液，沉淀由白色转化为黄色 D．常温下，AgCl若要在NaI溶液中开始转化为AgI，则NaI的浓度必须不低于1 1.8 ×10 －11mol·L－1 4.25 ℃时，已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(K sp)分别为K sp(FeS)＝6.3×10－18 mol2·L－2；K sp(CuS)＝1.3×10－36 mol2·L－2；K sp(ZnS)＝1.6×10－24 mol2·L－2。下列关于常温时的有关叙述正确的是( ) A．硫化锌、硫化铜、硫化亚铁的溶解度依次增大 B．将足量的ZnSO4晶体加入到0.1 mol·L－1的Na2S溶液中，Zn2＋的浓度最大只能达到 1.6×10－23mol·L－1 C．除去工业废水中含有的Cu2＋，可采用FeS固体作为沉淀剂 D．向饱和的FeS溶液中加入FeSO4溶液后，混合液中[Fe2＋]变大、[S2－]变小，但K sp(FeS)变大 5. 某溶液中含有Fe3+和Fe2+，它们的浓度都是0.050 mol·L－1 。如果要求Fe3+沉淀完全而Fe2+不生成沉淀，需控制pH为何范围？已知： K sp[Fe(OH)3 ]=1.1×10－36 mol4·L－4K sp[Fe(OH)2]=1.64×10－14 mol3·L－3 （提示：当某离子浓度小于10－5 mol·L－1时可以认为该离子沉淀完全了） 6.(1)已知在一定温度下： ①在该温度下，向K2SO4溶液中滴加Na2CO3溶液和BaCl2溶液，当两种沉淀共存时，3 [SO2－4]＝________； ②现有足量的BaSO4悬浊液，在该悬浊液中加纯碱粉末并不断搅拌，为使SO2－4物质的量 浓度达到0.0l mol·L－1以上，则溶液中 CO2－3物质的量浓度应≥________ mol·L－1； (2)碳酸锶广泛应用于电子工业。已知：K sp(SrSO4)＝3.2×10－7，K sp(SrCO3)＝1.1×10－10， 以天青石(主要成分为SrSO4)为基本原料制备碳酸锶。 ①将天青石矿粉与Na2CO3溶液搅拌混匀、加热，发生的离子反应方程式为： _________________________________________________________________； ②当转化完成时，混合液中[CO2－3]＝1.0×10－3mol·L－1，[SO2－4]＝________mol·L－1 参考答案 1. 【解析】A项加入的是饱和KCl溶液，[Cl－]比较大，会引起c(Cl－)·c(Ag＋)＞K sp(AgCl)，不能说明AgCl比AgI更难溶；B项说明K sp[Mg(OH)2]>K sp[Cu(OH)2]；C项加入的是饱和Na2CO3溶液，[CO2－3]比较大，会引起[CO2－3]·[Ba2＋]＞K sp(BaCO3)，不能说明K sp(BaSO4)大于K sp(BaCO3)；D项加入的FeCl3溶液后，白色沉淀转化为红褐色，所以能证明在相同温度下，溶解度Mg(OH)2 ＞Fe(OH)3 【答案】D 2. 【解析】A说法不正确，盐酸属于强酸，硝酸是强酸，该说法与事实不符。B解释不到位，C正确，从氧化还原和沉淀溶解平衡角度解释。D不正确，硝酸具有强氧化性，不可能 生成H 2S 。 【答案】C 3. 【解析】 A 不正确，K sp 只与温度有关，常温下，AgCl 在饱和NaCl 溶液中的 K sp 与在纯水中的 K sp 相等。B 正确，组成类型相同的难溶电解质，溶度积越小，沉淀时需要的沉淀剂离子浓度越小，加入稀的沉淀剂溶液时，越易先形成沉淀；C 正确，溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现；D 正确，AgCl 溶液中[Ag ＋ ]＝ 1.8×10－5 mol·L －1 ，要形成AgI 沉淀，则[Ag ＋ ]·[I － ]≥1.0×10－16 mol 2·L －2, [I － ]≥ 1.0×10 －16 1.8×10 －5 mol·L －1 ＝11.8 ×10 －11 mol·L －1 。 【答案】A 4. 【解析】A 不正确，化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时，K sp 数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强，由K sp 可知，常温下，CuS 的溶解度最小；B 不正确，将足量的ZnSO 4晶体加入到0.1 mol·L －1 的Na 2S 溶液中，[S 2－ ]将减至非常小，而Zn 2＋ 的浓度远远大于1.6×10 －23 mol·L －1 ；C 正确，因CuS 比FeS 更难溶，FeS 沉淀可转化为CuS 沉淀； D 不正确，温度不变，K sp (FeS)不变。 【答案】C 5. 【解析】Fe 3+ 沉淀完全时，其浓度为1×10－5 mol ·L －1 ，根据K sp [Fe(OH)3 ]可算出溶液中[OH － ]，求出此时pH ；再通过K sp [Fe(OH)2]求出Fe 2+ 为0.050 mol ·L －1 时溶液中[OH － ]，求出pH 。 【答案】Fe 3+ 沉淀完全时，[Fe 3+ ]=1×10－5 mol ·L －1 ， 此时溶液中[OH － ]={ K sp [Fe(OH)3 ]/ [Fe 3+ ]}1/3 =（1.1×10－36 / 1×10－5）1/3 mol ·L －1 =4.8×10 －11 mol .L －1 pH = -lg （1.0×10－14 / 4.8×10 －11 ）=3.7 Fe 2+ 开始沉淀时， 溶液中[OH －] ={ K sp [Fe(OH)2]/ [Fe 2+]}1/2 =（1.64×10 －14 / 0.050）1/2 mol ·L －1 =5.7×10－7 mol ·L －1 pH = -lg （1.0×10 －14 /5.7×10－7 ）== 7.8 因此，溶液的pH 控制在3.7~7.8之间，可使Fe 3+ 沉淀完全而Fe 2+ 不沉淀。 6. 【解析】(1)①当两沉淀共存时，存在两个沉淀溶解平衡：BaSO 4 2＋ (aq)＋SO 2－ 4 (aq)，BaCO 3 2＋ (aq)＋CO 2－ 3(aq)，K sp (BaSO 4)＝[Ba 2＋ ]·[SO 2－ 4]，K sp (BaCO 3)＝[Ba 2 ＋ ]·[CO 2－ 3 ]。所以[CO 2－ 3][SO 2－4]＝ K sp 3K sp 4 ＝2.6×10－9 1×10 －10＝26。 ②由BaSO 4 2＋ (aq)＋SO 2－4(aq)，溶液中K sp (BaSO 4)＝[Ba 2＋]·[SO 2－ 4]，因为 [SO 2－4 ]≥0.01 mol·L －1 ，所以c (Ba 2＋ )≤ K sp 4 [SO 2－ 4] ＝1×10－10 0.01 ＝10－8 mol·L －1，又由 K sp (BaCO 3)＝2.6×l0－9 ，故溶液中[CO 2－3 ]≥ K sp 3 [Ba 2＋ ] ＝2.6×10－9 10 －8 mol·L －1＝0.26。 (2)SrSO 4转化为SrCO 3，方程式为SrSO 4(s)＋CO 2－3 (aq)===SrCO 3(s)＋SO 2－4 (aq)，K ＝[SO 2－ 4] [CO 2－ 3]＝[SO 2－ 4] 1.0×10－3＝[SO 2－ 4]1.0×10－3＝K sp SrSO 4K sp SrCO 3＝3.2×10－7 1.1×10 －10，[SO 2－4]＝2.91 mol·L －1 。7.8.9.10. 【答案】(1)①26 ②0.26 (2)①SrSO 4(s)＋CO 2－ 3(aq)===SrCO 3(s)＋SO 2－ 4(aq) ②2.91
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