2010-2011學年高中化學 第一學期 第3章 第三節(jié) 典型例題及同步練習 魯科版選修4

2010-2011學年第一學期高二化學（選修4魯科版）期末復習第3章 物質(zhì)在水溶液中的行為第3節(jié) 沉淀溶解平衡知識分析 導入：根據(jù)溶解度的不同可將物質(zhì)分為難溶、微溶、可溶、易溶。 CaCO3、FeS、Mg(OH)2等難溶電解質(zhì)在水溶液中以何種形式存在？（一）沉淀溶解平衡與溶度積 實驗：PbI2固體的溶解平衡 儀器與藥品：試管 膠頭滴管 PbI2固體 0.1mol/LKI溶液 操作：課本P94 試分析，黃色沉淀是什么物質(zhì)？它是怎樣產(chǎn)生的？ 結論與解釋：上層清液中有Pb2+，當加入 KI時，I濃度增大，與Pb2+結合生成黃色PbI2沉淀。 Pb2+從何而來？ PbI2 (s) Pb2+（aq）2I（aq），PbI2溶解電離以離子形式存在，離子結合成PbI2沉積在固體表面。當溶解與沉積速度相等時達到平衡，得到飽和溶液。這種平衡狀態(tài)稱為沉淀溶解平衡。 1. 沉淀溶解平衡 定義：在一定條件下，難溶電解質(zhì)在水溶液中的溶解速率與離子在固體表面結合為沉淀的速率相等時，沉淀質(zhì)量和溶液中離子濃度保持不變的狀態(tài)稱為沉淀溶解平衡。 特征：動、等、定、變 聯(lián)想質(zhì)疑：aA(g) bB(g) cC(g)dD(g) 此可逆反應在一定溫度下存在平衡常數(shù)K，K=CcDdAaBb ，在沉淀溶解反應中，是否存在類似的常數(shù)關系？ PbI2 (s) Pb2+（aq）2I（aq） K=Pb2+I2PbI2 PbI2為常數(shù)，則KspKPbI2 Ksp=Pb2+I2 2. 溶度積常數(shù) Ksp 定義：達到沉淀溶解平衡時，難溶電解質(zhì)電離出的離子濃度的系數(shù)次方的乘積為一常數(shù)，稱為溶度積常數(shù)或溶度積。 表達式：AmBn(s)mAn+（aq）nBm（aq）KspAn+mBmn 單位： 意義：Ksp反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力 當化學式所表示的組成中陰陽離子個數(shù)比相同時，Ksp越大，難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力越強。（不同時，不能用Ksp直接比較。需用達平衡時共同離子的濃度比較，濃度越大，溶解能力越強。） 思考：已知硫化亞鐵、硫化銅、硫化鋅的溶度積分別為3.71019mol2/L2、8.51045mol2/L2、1.21023mol2/L2，向FeCl2、CuSO4、ZnSO4中滴加0.01 mol/LNa2S溶液時Fe2、Zn2、Cu2沉淀的先后順序是_Cu2、Zn2、Fe2_。 說明：Ksp只與難溶電解質(zhì)自身性質(zhì)和溫度有關，與沉淀的量和離子的濃度無關。 3. 影響平衡移動的因素 （1）內(nèi)因：難溶電解質(zhì)自身的性質(zhì) （影響Ksp） （2）外因：勒夏特列原理 溫度：一般溫度越高，Ksp越大，平衡向沉淀溶解的方向移動。 濃度：加水稀釋，Ksp不變，平衡向沉淀溶解的方向移動。 同離子效應：向平衡體系中加入含有相同離子的易溶電解質(zhì)，平衡向生成沉淀的方向移動。 思考：在有固態(tài)存在的飽和溶液中，存在如下平衡：Mg(OH)2(s)Mg2(aq)+2OH(aq),向飽和溶液中分別加入固體CH3COONa 、NH4Cl時，固體Mg(OH)2的質(zhì)量有什么變化？加入固體Mg(OH)2，溶液中Mg2、OH的濃度有什么變化？ （解答：增大；減??；均不變。）（二）沉淀溶解平衡的應用 1. 沉淀的溶解和生成 QKsp 溶液中離子生成沉淀，直至沉淀溶解和離子生成沉淀達到平衡狀態(tài)QKsp 溶液中沉淀溶解和離子生成沉淀達到平衡狀態(tài)QKsp 若體系中有足量的固體存在，固體溶解，直至達平衡狀態(tài)討論：1、BaCO3與鹽酸在溶液中是怎樣反應的？ 2. BaCO3、BaSO4 均為難溶電解質(zhì)，醫(yī)學上用于X射線透視的內(nèi)服造影劑只能用BaSO4不能用BaCO3，其原因何在？ 平衡右移 ，完成 BaCO3與鹽酸的反應。 胃酸中H濃度較大，溶解BaCO3，使Ba2+濃度增大，造成重金屬中毒。 誤食可溶性鋇鹽造成鋇中毒，可用5.0%的Na2SO4溶液洗胃。 【身邊的化學】（1）溶洞景觀 石灰?guī)r的溶解：CaCO3（s）Ca2(aq)CO32(aq) CO32CO2 H2O2 HCO3 鐘乳石、石筍的形成：Ca22HCO3CaCO3CO2H2O （2）珊瑚的形成Ca22HCO3CaCO3CO2H2O 2. 沉淀的轉化 實驗：ZnS轉化為CuS 儀器與藥品： 試管 膠頭滴管0.1 mol/L ZnSO4、1 mol/LNa2S、0.1 mol/LCuSO4 實驗步驟：課本P98 實驗現(xiàn)象：白色沉淀轉化為黑色沉淀 結論與解釋：滴加Na2S溶液產(chǎn)生白色沉淀，滴加CuSO4溶液，沉淀變?yōu)楹谏?ZnS（s）Zn2(aq)S2(aq) Ksp（ZnS）1.61024mol2/L2 CuS（s）Cu2(aq)S2(aq) Ksp（CuS）1.31036mol2/L2 Ksp（ZnS）>>Ksp（CuS）, ZnS（s）Zn2(aq)S2(aq) 平衡右移 Cu2(aq) CuS（s） 沉淀轉化：由一種難溶物轉化為另一難溶物的過程。 實質(zhì)：沉淀溶解平衡的移動。一般為溶解能力小的沉淀轉化為溶解能力更小的沉淀，溶解能力差距越大，沉淀轉化的趨勢越大。 思考：可以用FeS 、MnS等難溶物除去工業(yè)廢水中的重金屬離子Hg2、 Pb2、Cu2等，原因是什么？ （解答：由于相同條件下FeS 、MnS的Ksp遠遠大于HgS、PbS、CuS的Ksp。） 【追根尋源】：水垢中的Mg(OH)2是怎樣產(chǎn)生的？ 天然硬水的成分：Ca2 、HCO3、Mg2 等 加熱煮沸時發(fā)生的反應是：Ca（HCO3）2 CaCO3CO2H2O Mg（HCO3）2 MgCO3CO2H2O 難溶的MgCO3在水溶液中存在的沉淀溶解平衡： MgCO3Mg2CO32 弱酸酸根的水解 H2OHCO3OH Mg(OH)2 Mg22OH OH濃度增大 QKsp 生成Mg(OH)2沉淀。 水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2 ?！镜湫屠}】 例1. 一溶液中含有Fe3+和Fe2+,它們的濃度都是0.050 mol.L1 。如果要求Fe3+沉淀完全而Fe2+不生成沉淀Fe(OH)2,需控制pH為何范圍？已知： KspFe(OH)3 =1.11036 （mol.L1）4 KspFe(OH)2=1.641014 （mol.L1）3 （提示：當某離子濃度小于105 mol.L1時可以認為該離子沉淀完全了） 解析：Fe3+沉淀完全時，其濃度為1105 mol.L1，根據(jù) KspFe(OH)3 可算出溶液中OH，求出此時pH，再通過 KspFe(OH)2求出Fe2+為0.050 mol.L1時，OH 的最大濃度，換算出pH即可求出滿足要求的pH。 答案：Fe3+沉淀完全時，F(xiàn)e3+為1105 mol.L1，則Fe3+ 沉淀完全時所需的OH 為： OH= KspFe(OH)3 / Fe3+1/3 =（1.11036 / 1105）1/3 mol.L1 =4.81011 mol.L1 pH = 14pHOH =1410.3 = 3.7 Fe2+開始沉淀時所需 OH 為： OH = KspFe(OH)2/ Fe2+1/2 =（1.641014 / 0.050）1/2 mol.L1 =5.7107 mol.L1 pH = 14pHOH =146.2 = 7.8 因此，溶液的pH控制在3.77.8之間，可使Fe3+沉淀完全而Fe2+不沉淀。 點評：本題靈活考查溶度積和pH的綜合運算。 例2. 根據(jù)Mg(OH)2溶度積KspMg(OH)2=1.21011計算： （1）Mg(OH)2飽和溶液中的OH 和Mg2+ ，并換算出Mg(OH)2的濃度。 （2）換算Mg(OH)2在0.010 mol.L1 NaOH 溶液中的最大濃度。 （3）換算Mg(OH)2在0.010 mol.L1 MgCl2 溶液中的最大濃度。 解析：根據(jù)各物質(zhì)的Ksp，即可算出各離子的濃度，并進一步求出溶質(zhì)的濃度。 因Mg(OH)2的溶解度很小，溶液中OH主要是NaOH 提供的，由OH 和Ksp可求Mg2+，并進一步換算出Mg(OH)2的濃度。 MgCl2 的濃度近似等于溶液中Mg2+，再結合Ksp求出OH，最后換算出Mg(OH)2的濃度。 答案： Mg(OH)2 （s）Mg2+ (aq)+ 2OH(aq) 由KspMg(OH)2= Mg2+OH2，且OH=2 Mg2+得： 4 Mg2+3= KspMg(OH)2 則：Mg2+= KspMg(OH)2/41/3 =（1.21011/4）1/3 mol.L1 = 1.44104 mol.L1 Mg(OH)2飽和溶液中：Mg2+=1.44104 mol.L1 OH=2 Mg2+ =2.88104 mol.L1 cMg(OH)2= Mg2+=1.44104 mol.L1 （2）通過溶液的Mg2+可以換算出Mg(OH)2 在0.010 mol.L1 的NaOH溶液中的最大濃度：OH= 0.010+ 2 Mg2+ 0.010 mol.L1 cMg(OH)2= Mg2+= KspMg(OH)2 / OH2 = 1.21011/0.0102 mol.L1 = 1.2107 mol.L1 （3）通過溶液中OH 可以換算出Mg(OH)2 在0.010 mol.L1 的MgCl2 溶液中的最大濃度。已知Mg2+ 0.010 mol.L1 ，則 OH= KspMg(OH)2 /Mg2+ 1/2 =（1.21011/0.010）1/2 mol.L1 =3.5105 mol.L1 cMg(OH)2= 1/2OH = 1.75105 mol.L1 點評：本題考查溶度積的概念理解。 例3. 已知Ksp（AgCl）=1.81010mol2.L2 ，將0.001 mol.L1 的NaCl溶液 和0.001 mol.L1 的AgNO3溶液等體積混合，是否有AgCl沉淀生成？ 解析：兩溶液等體積混合后，Ag+和Cl 的濃度都等于原來濃度的1/2： Ag+=Cl=1/2 0.001= 0.0005 mol.L1 在混合溶液中，Q= Ag+。Cl=（ 0.0005 mol.L1 ） 2 = 2.5107mol2.L2 已知AgCl 的Ksp=1.81010mol2.L2 ，因為Q>Ksp ，所以有AgCl沉淀生成。 答案：有AgCl沉淀生成。 點評：本題考查溶度積的直接運算。 例4 . 如果BaCO 3 沉淀中尚有0.010 mol BaSO4 ，在1.0L此份沉淀的飽和溶液中加入多少摩爾Na2CO 3才能使0.010 mol BaSO4 完全轉化為BaCO 3？ 解析：設需要Na2CO 3的物質(zhì)的量為X Ksp（BaCO 3）=5.1109mol2.L2 Ksp（BaSO4）=1.11010mol2.L2 BaSO4 +CO32= BaCO 3 + SO42 平衡濃度/ mol.L1： x0.010 0.010 K= SO42/ CO32 =SO42/ CO32 Ba2+/Ba2+ = Ksp（BaSO4）/ Ksp（BaCO 3） = 1.11010/5.1109 = 2.16102 0.010 / ( x0.010 )= 2.16102 x= 0.47mol 答案：加入0.47 mol Na2CO 3 于該飽和溶液中便能實現(xiàn)沉淀的轉化。 點評：平衡問題綜合考，本題涉及平衡問題的通常處理方法?！灸M試題】（答題時間：45分鐘）一. 選擇題 1. 已知在Ca3(PO4)2 的飽和溶液中，Ca2+=2.0106mol.L1，PO43=1.58106mol.L1，則Ca3(PO4)2 的Ksp為（ ） A. 2.01029mol.L5B. 3.21012mol5.L5 C. 6.31018mol5.L5D. 5.11027mol5.L5 2. 已知Mg(OH)2的溶度積Ksp = 1.81011mol3.L3，則其飽和溶液中的pH為（ ） A. 3.48B. 3.78C. 10.52D. 10.22 3. 向AgCl飽和溶液中加水，下列敘述正確的是（ ） A. AgCl 的溶解度增大B. AgCl 的溶解度、Ksp均不變 C. AgCl 的Ksp 增大D. AgCl 的溶解度、Ksp增大 4. AgCl 和Ag2CrO4 的溶度積分別為1.81010mol2L2和2.01012mol3L3，若用難溶鹽在溶液中的濃度來表示其溶解度，則下面的敘述中正確的是（ ） A. AgCl 和Ag2CrO4 的溶解度相等 B. 由Ksp 的相對大小可以直接判斷出AgCl的溶解度大于 Ag2CrO4 C. 兩者類型不同，不能由Ksp 的大小直接判斷溶解能力的大小 D. 都是難溶鹽，溶解度無意義 5. 在下列溶液中，BaSO4 的溶解度最大的是（ ） A. 1molL1的H2SO4溶液B. 2molL1的H2SO4溶液 C. 純水D. 0.1 molL1的H2SO4溶液 6. 已知Sr3(PO4)2飽和溶液的濃度為1.0106molL1，則該化合物的溶度積常數(shù)為（ ） A. 1.01030mol5L5B. 1.11028mol5L5 C. 5.01030mol5L5D 1.01012mol5L5 7. CaF2 的Ksp = 5.3109mol3L3，在F為3.0molL1的溶液中Ca2+可能的最高濃度是（ ） A. 1.8109mol.L1B. 1.81010molL1 C. 5.91010molL1D. 5.9109molL1 8. SrCO3 在下列物質(zhì)中溶解度最大的是（ ） A. 0.10molL1 CH3COOH溶液B. 0.10molL1SrSO4溶液 C. 純水D. 1.0 molL1 Na2CO3溶液 9. 下列敘述中，正確的是（ ） A. 溶度積大的化合物溶解度肯定大 B. 向含有AgCl 固體的溶液中加入適量的水使AgCl 溶解又達到平衡時，AgCl的溶度積不變，其溶解度也不變 C. 將難溶電解質(zhì)放入純水中，溶解達平衡時，電解質(zhì)離子的濃度的乘積就是該物質(zhì)的溶度積 D. AgCl 水溶液的導電性很弱，所以AgCl 為弱電解質(zhì) 10. 下列說法中，正確的是（ ） A. 兩種難溶鹽電解質(zhì)，其中Ksp 小的溶解度一定小 B. 溶液中存在兩種可以與同一沉淀劑生成沉淀的離子，則Ksp 小的一定先生成沉淀 C. 難溶鹽電解質(zhì)的Ksp 與溫度有關 D. 同離子效應使難溶鹽電解質(zhì)的溶解度變小，也使Ksp 變小二. 填空題 11. 已知Ksp （PbCrO4）=2.81013mol2L2，Ksp （CaCrO4）=7.1104mol2L2，向Pb2+、Ca2+的混合溶液（Pb2+、Ca2+的濃度均為0.10 molL1）中滴加K2CrO4溶液，則出現(xiàn)沉淀的次序為_. 12. 在CaCO3(Ksp =4.9109mol2L2)、CaF2(Ksp =1.51010mol3L3)、Ca3(PO4)2(Ksp =2.11033mol5L5)這些物質(zhì)的飽和溶液中，Ca2+濃度由大到小的順序為_. 13. 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+將_。 （3）若改加AgBr固體，則I_，而Ag+_。 14. 判斷下列反應的方向_。(用“左”或“右”表示) Na2S + Ag2CrO4 Ag2S + Na2CrO4 已知：Ksp（Ag2CrO4）=1.21012mol3L3 Ksp（Ag2S）=1.61049mol3L3 15. 混合溶液中NaCl和K2CrO4 的濃度均為0.010 molL1，向其中逐滴加入AgNO3溶液時，先與Ag+生成沉淀的離子是_. 已知：Ksp（AgCl）=1.81010mol2L2 Ksp（Ag2CrO4）=2.01012mol3L3【試題答案】一. 選擇題 1. A2. C3. B4. C5. C 6. B7. C8. A9. B10. C 二. 填空題 11. PbCrO4 CaCrO4 12. CaF2 CaCO3 Ca3(PO4)2 13. (1)變小 （2）不變 （3）變小、變大 14. 右 15. Cl