三维设计2015高考化学人教通用一轮讲义难溶电解质的沉淀溶解平衡2014高考 12页

第四节难溶电解质的沉淀溶解平衡 明考纲要求 理主干脉络 ‎1.了解难溶电解质的沉淀溶解平衡。‎ ‎2．了解沉淀转化的本质。‎ 一、沉淀溶解平衡 ‎1．概念 在一定温度下，当难溶电解质溶于水形成饱和溶液时，沉淀溶解速率和沉淀生成速率相等的状态。‎ ‎2．沉淀溶解平衡常数——溶度积 ‎(1)溶度积(Ksp)：‎ 在一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中，离子浓度幂的乘积。‎ ‎(2)表达式：‎ 对于沉淀溶解平衡：MmNn(s)mMn＋(aq)＋nNm－(aq)，Ksp＝cm(Mn＋)·cn(Nm－)。‎ ‎(3)意义：‎ 反映了难溶电解质在水中的溶解能力。‎ ‎(4)影响因素：‎ 在一定的温度下，它是一个常数，只受温度影响，不受溶液中物质浓度的影响。‎ ‎3．溶度积规则 ‎(1)离子积(Qc)：‎ 难溶电解质溶液中离子浓度幂的乘积，如Mg(OH)2溶液中Qc＝c(Mg2＋)·c2(OH－)。‎ ‎(2)溶度积规则：‎ QcKsp——溶液过饱和，有沉淀析出。‎ 二、沉淀溶解平衡的应用 ‎1．沉淀的生成 ‎(1)调节pH法：‎ 如除去CuCl2溶液中的杂质FeCl3，可以向溶液中加入CuO，调节溶液的pH，使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀而除去。离子方程式为：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O。‎ ‎(2)沉淀剂法：‎ 如用H2S沉淀Hg2＋的离子方程式为：H2S＋Hg2＋===HgS↓＋2H＋。‎ ‎2．沉淀的溶解 ‎(1)酸溶解法：‎ 如CaCO3溶于盐酸，离子方程式为：CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑。‎ Cu(OH)2溶于稀硫酸，离子方程式为：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。‎ ‎(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。‎ ‎3．沉淀的转化 ‎(1)实质：沉淀溶解平衡的移动。‎ ‎(2)规律：一般说来，溶解度小的沉淀容易转化成溶解度更小的沉淀。沉淀的溶解度差别越大，越容易转化。‎ ‎(3)应用：‎ ‎①锅炉除垢：将CaSO4转化为CaCO3，离子方程式为：‎ CaSO4＋CO===CaCO3＋SO。‎ ‎②矿物转化：‎ CuSO4溶液遇ZnS转化为CuS，离子方程式为：‎ Cu2＋＋ZnS===CuS＋Zn2＋。‎ ‎1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)(2013·重庆高考)AgCl沉淀易转化为AgI沉淀且K(AgX)＝c(Ag＋)·c(X－)，故K(AgI)＜K(AgCl)。(　　)‎ ‎(2)(2013·安徽高考)室温下，AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度。(　　)‎ ‎(3)沉淀完全是指溶液中该物质的浓度为0。(　　)‎ ‎(4)在AgCl的饱和溶液中，加入NaCl溶液，AgCl沉淀质量增大，但Ksp(AgCl)不变。(　　)‎ ‎(5)(2010·天津高考)AgCl在同浓度的CaCl2和NaCl溶液中的溶解度相同。(　　)‎ ‎(6)(2012·江苏高考)向浓度均为0.1 mol·L－1 NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶 液，出现黄色沉淀，说明Ksp(AgCl)>Ksp(AgI)。(　　)‎ ‎(7)(2011·四川高考)醋可用于除去暖水瓶中的水垢。(　　)‎ 提示：(1)√　AgI更难溶，所以其Ksp更小。‎ ‎(2)×　AgCl在食盐水中溶解度更小，因为c(Cl－)较大，使AgCl(s)Ag＋＋Cl－平衡左移。‎ ‎(3)×　溶液中离子浓度小于1.0×10－5 mol/L时认为沉淀完全，绝对不溶的物质是不存在的。‎ ‎(4)√　Ksp(AgCl)只与温度有关。‎ ‎(5)×　前者c(Cl－)浓度大，AgCl在其中的溶解度小。‎ ‎(6)√　(7)√‎ ‎2．设计实验证明AgCl饱和溶液中存在Ag＋和Cl－？‎ 答案：取适量AgCl加蒸馏水溶解于试管中，取上层清液并分成两份。一份滴加酸化的AgNO3溶液，生成白色沉淀，证明AgCl溶液中含Cl－；一份滴加Na2S溶液，生成黑色沉淀，证明AgCl溶液中含Ag＋。‎ ‎3．AgCl===Ag＋＋Cl－与AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)表达式有何区别？‎ 答案：前者表明AgCl为强电解质，在水溶液中完全电离，后者表示AgCl的沿淀溶解平衡。‎ ‎4．除去NaCl溶液中的BaCl2和除去AgI中的AgCl各用什么方法？‎ 答案：除去NaCl溶液中的BaCl2可用适量Na2SO4溶液，Ba2＋＋SO===BaSO4↓过滤即可除杂；除去AgI中的AgCl需用饱和KI溶液，振荡静置，溶度积大的AgCl就会慢慢转化为溶度积小的AgI。‎ ‎5．试用平衡移动原理解释下列事实：‎ ‎(1)BaCO3不溶于水，为什么不能作钡餐？‎ ‎(2)CaCO3难溶于稀H2SO4，却能溶于醋酸中；‎ ‎(3)分别用等体积的蒸馏水和0.01 mol·L－1的盐酸洗涤AgCl沉淀，用水洗涤造成的AgCl的损失大于用稀盐酸洗涤的损失量。‎ 答案：(1)BaCO3(s)Ba2＋(aq)＋CO(aq)，HCl===H＋＋Cl－，2H＋＋CO===H2O＋CO2↑，盐酸电离的H＋与BaCO3产生的CO结合成生CO2和H2O，破坏了BaCO3的溶解平衡，c(Ba2＋)增大，引起人体中毒。‎ ‎(1)CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，H2SO4===SO＋2H＋，因为生成的CaSO4溶解度较小，会附在CaCO3的表面，阻止平衡的右移。而CH3COOHCH3COO－＋H＋生成的醋酸钙易溶于水；当H＋与CO结合生成CO2和H2O时，CaCO3的溶解平衡右移。‎ ‎(3)用水洗涤AgCl，AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)平衡右移，AgCl的质量减少，‎ 用盐酸洗涤AgCl，稀释的同时HCl电离产生的Cl－会使平衡左移，AgCl减少的质量要小些。‎ 影响沉淀溶解平衡的因素 ‎1．(2013·北京高考)实验：①0.1 mol·L－1AgNO3溶液和0.1 mol·L－1NaCl溶液等体积混合得到浊液a，过滤得到滤液b和白色沉淀c；‎ ‎②向滤液b中滴加0.1 mol·L－1KI溶液，出现浑浊；‎ ‎③向沉淀c中滴加0.1 mol·L－1KI溶液，沉淀变为黄色。‎ 下列分析不正确的是(　　)‎ A．浊液a中存在沉淀溶解平衡： AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)‎ B．滤液b中不含有Ag＋‎ C．③中颜色变化说明AgCl转化为AgI D．实验可以证明AgI比AgCl更难溶 解析：选B　 由实验现象和反应原理可知，浊液a为含有AgCl及硝酸钠的浊液，滤液b为硝酸钠溶液(含极少量的Ag＋、Cl－)，白色沉淀c为AgCl，②中出现的浑浊为AgI，③中的黄色沉淀为AgI。浊液a中存在AgCl的溶解平衡，A项正确；由选项A可知滤液b中含有Ag＋，B项错误；③中的黄色沉淀为AgI，是由AgCl电离出的Ag＋与I－结合生成的，C项正确；实验②和实验③均说明AgI比AgCl更难溶，D项正确。‎ ‎2．有关AgCl的沉淀溶解平衡的说法正确的是(　　)‎ A．AgCl沉淀生成和溶解同时在不断进行，且速率相等 B．AgCl 难溶于水，溶液中没有Ag＋和Cl－‎ C．只要向含有AgCl的饱和溶液中加入盐酸，一定会有沉淀生成 D．向含有AgCl的悬浊液中加入NaBr固体，AgCl沉淀不变化 解析：选A　A项，沉淀溶解平衡是一个动态平衡，正确；B项，沉淀溶解平衡存在，则肯定存在Ag＋和Cl－，故不正确；C项，如果加入盐酸后溶液中Cl－的浓度小于原饱和溶液中的Cl－浓度，则不产生沉淀；D项，向含有AgCl的悬浊液中加入NaBr固体，AgCl沉淀会转化为AgBr沉淀。‎ ‎3．已知溶液中存在平衡：‎ Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)　ΔH<0，下列有关该平衡体系的说法正确的是(　　)‎ ‎①升高温度，平衡逆向移动　②向溶液中加入少量碳酸钠粉末能增大钙离子浓度　③除去氯化钠溶液中混有的少量钙离子，可以向溶液中加入适量的NaOH溶液　④恒温下向溶液中加入CaO，溶液的pH升高　⑤给溶液加热，溶液的pH升高　⑥向溶液中加入Na2CO3溶液，其中固体质量增加　⑦向溶液中加入少量NaOH固体，Ca(OH)2固体质量不变 A．①⑥　　　　　　　　　　 　B．①⑥⑦‎ C．②③④⑥ D．①②⑥⑦‎ 解析：选A　②会生成CaCO3，使Ca2＋浓度减小，错误；加入氢氧化钠溶液会使平衡左移，有Ca(OH)2沉淀生成，但Ca(OH)2的溶度积较大，要除去Ca2＋，应把Ca2＋转化为更难溶的CaCO3，③错误；恒温下Ksp不变，加入CaO后，溶液仍为Ca(OH)2的饱和溶液，pH不变，④错；加热，Ca(OH)2的溶解度减小，溶液的pH降低，⑤错；加入Na2CO3溶液，沉淀溶解平衡向右移动，Ca(OH)2固体转化为CaCO3固体，固体质量增加，⑥正确；加入NaOH固体平衡向左移动，Ca(OH)2固体质量增加，⑦错。‎ ‎4．将AgCl分别加入盛有：①5 mL水；②6 mL 0.5 mol/L NaCl溶液；③10 mL 0.2 mol/L CaCl2溶液；④50 mL 0.1 mol/L盐酸的烧杯中，均有固体剩余，各溶液中c(Ag＋)从大到小的排列顺序为________。‎ 解析：根据沉淀溶解平衡：AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)知，溶液中c(Cl－)越大，则c(Ag＋)越小。‎ 答案：①④③②‎ 影响沉淀溶解平衡的因素 ‎1．内因 难溶电解质本身的性质。‎ 溶度积(Ksp)反映难溶电解质在水中的溶解能力。对同类型的电解质而言，Ksp数值越大，电解质在水中溶解度越大；Ksp数值越小，难溶电解质的溶解度也越小。‎ ‎2．外因 ‎(1)浓度：(Ksp不变)：‎ ‎①加水稀释，平衡向溶解的方向移动；‎ ‎②向平衡体系中加入难溶物相应的离子，平衡逆向移动；‎ ‎③向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶或更难电离或气体的离子时，平衡向溶解的方向移动。‎ ‎(2)温度：绝大多数难溶盐的溶解是吸热过程，升高温度，平衡向溶解的方向移动，Ksp增大。‎ ‎3．实例 以AgCl为例：AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)‎ 外界条件 移动方向 c(Ag＋)‎ Ksp 升高温度 正向 增大 增大 加入少量的AgNO3‎ 逆向 增大 不变 加入Na2S 正向 减小 不变 通入HCl 逆向 减小 不变 ‎[特别提醒]‎ ‎(1)沉淀溶解平衡也属于动态平衡，遵循勒夏特列原理，运用平衡移动原理也可解释相关问题。‎ ‎(2)沉淀的生成和溶解这两个相反的过程相互转化的条件是离子浓度的大小，调控反应所需的离子浓度，可使反应向着所需的方向转化。‎ 溶度积的相关计算与溶解平衡曲线 ‎5．(2013·新课标全国卷Ⅰ)已知Ksp(AgCl)＝1.56×10－10，Ksp(AgBr)＝7.7×10－13，Ksp(Ag2CrO4)＝9.0×10－12。某溶液中含有Cl－、Br－和CrO，浓度均为0.010 mol·L－1，向该溶液中逐滴加入0.010 mol·L－1的AgNO3溶液时，三种阴离子产生沉淀的先后顺序为(　　)‎ A．Cl－、Br－、CrO　　　　 　B．CrO、Br－、Cl－‎ C．Br－、Cl－、CrO D．Br－、CrO、Cl－‎ 解析：选C　本题考查溶度积常数，意在考查考生的化学计算能力。设加入一定体积的AgNO3溶液时，溶液中Cl－、Br－和CrO的浓度均为c mol·L－1，则形成AgCl、AgBr、Ag2CrO4沉淀所需Ag＋浓度分别是mol·L－1、mol·L－1、 mol·L－1，比较Ksp数值可知，Br－形成沉淀时所需Ag＋浓度最小，即最先产生沉淀；CrO形成沉淀时所需Ag＋浓度最大，即最后产生沉淀。‎ ‎6．(双选)(2013·江苏高考)一定温度下，三种碳酸盐MCO3(M：Mg2＋、Ca2＋、Mn2＋)的沉淀溶解平衡曲线如图所示。已知：pM＝－lg c(M)，p(CO)＝－lg c(CO)。下列说法正确的是 (　　)‎ A．MgCO3、CaCO3、MnCO3的Ksp依次增大 B．a点可表示MnCO3的饱和溶液，且c(Mn2＋)＝c(CO)‎ C．b点可表示CaCO3的饱和溶液，且c(Ca2＋)Ksp，故有沉淀生成，B正确。溶度积只与温度有关，b点与d点对应的溶度积相等，C正确。加入蒸馏水后，d点各离子浓度都减小，不可能变到a点，D错误。‎ ‎1．溶度积的计算及应用 ‎(1)结合具体的溶解平衡，可以写出溶度积的表达式。一般说来，表达式为同类型的沉淀，溶度积越小，表明其溶解度越小。‎ ‎(2)关于溶度积的计算，主要是结合具体溶解平衡考查某离子沉淀时溶液的pH 或离子浓度，或根据离子浓度判断，能否达到溶解平衡等。‎ ‎(3)计算反应的平衡常数，如对于反应Cu2＋(aq)＋MnS(s)CuS(s)＋Mn2＋，Ksp(MnS)＝c(Mn2＋)·c(S2－)，Ksp(CuS)＝c(Cu2＋)·c(S2－)，而平衡常数K＝＝。‎ ‎2．沉淀溶解平衡图像题的解题策略 ‎(1)溶解平衡曲线类似于溶解度曲线，曲线上任一点都表示饱和溶液，曲线上方的任一点均表示过饱和，此时有沉淀析出，曲线下方的任一点，均表示不饱和。‎ ‎(2)从图像中找到数据，根据Ksp公式计算得出Ksp的值。‎ ‎(3)比较溶液的Qc与Ksp的大小，判断溶液中有无沉淀析出。‎ ‎(4)涉及Qc的计算时，所代入的离子浓度一定是混合溶液中的离子浓度，因此计算离子浓度时，所代入的溶液体积也必须是混合液的体积。‎ 沉淀溶解平衡在物质分离中的应用 沉淀溶解平衡知识常用于物质的分离与提纯，往往结合化工生产、实验流程考查物质的分离提纯，此类试题综合性强，思维有深度。解答此类问题要灵活应用生成沉淀的反应条件，溶度积常数在图像中的定量描述，学会利用溶度积计算未知离子浓度，利用溶度积规则判断沉淀的生成与否，学会分析化工流程，抓住实验目的和实验步骤，综合应用氧化还原反应、化学平衡、基本实验操作等知识，学会获取信息(图、表、数据等)和加工信息，用以解决化学问题。‎ ‎1．(2013·昆明一中月考)在pH为4～5的环境中，Cu2＋、Fe2＋不能生成沉淀，而Fe3＋几乎完全沉淀。工业上制取CuCl2是将浓盐酸用蒸汽加热到‎80℃‎左右，再慢慢加入粗氧化铜(含杂质FeO)，充分搅拌使之溶解，欲除去溶液中的杂质离子，下列方法正确的是(　　)‎ A．加入纯Cu将Fe2＋还原 B．向溶液中加入(NH4)2S使Fe2＋沉淀 C．直接加水加热使杂质离子水解除去 D．在溶液中通入Cl2，再加入CuO粉末调节pH为4～5‎ 解析：选D　A项，Cu与Fe2＋不反应；B项，引入新杂质，且Cu2＋转化为CuS；C项，直接加水加热Cu2＋也会发生水解；D项，通入Cl2，把Fe2＋氧化为Fe3＋，再加入CuO调节pH为4～5，使Fe3＋沉淀完全即可。‎ ‎2．(2013·浙江五校联考)氯碱工业电解所用的氯化钠溶液需精制。除去有影响的Ca2＋、‎ Mg2＋、NH、SO及泥沙，其精制流程如下：‎ 已知：①Ca2＋、Mg2＋开始形成相应氢氧化物沉淀的pH如下表。‎ Ca(OH)2‎ Mg(OH)2‎ pH ‎≥11.5‎ ‎≥4.2‎ ‎②Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9，Ksp(CaCO3)＝5.0×10－9。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．盐泥a除泥沙外，还含有Ca(OH)2和Mg(OH)2‎ B．过程Ⅰ中将NH转化为N2的离子方程式是3ClO－＋2NH===3Cl－＋N2↑＋3H2O＋2H＋‎ C．过程Ⅱ中通入CO2有利于除SO D．过程Ⅳ调pH可以使用硝酸 解析：选C　盐泥a是在pH＝11的条件下得到的，由题给条件，得不到Ca(OH)2，A错；过程Ⅰ是在碱性条件下进行的，得不到H＋，B错；过程Ⅳ调pH不可以使用硝酸，会引入NO杂质，D错。‎ ‎3．(2011·浙江高考)海水中含有丰富的镁资源。某同学设计了从模拟海水中制备 MgO 的实验方案：‎ 模拟海水中的离子浓度/mol·L－1‎ Na＋‎ Mg2＋‎ Ca2＋‎ Cl－‎ HCO ‎0.439‎ ‎0.050‎ ‎0.011‎ ‎0.560‎ ‎0.001‎ 注：溶液中某种离子的浓度小于 1.0×10－5 mol·L－1，可认为该离子不存在；实验过程中，假设溶液体积不变。‎ Ksp，[CaCO3]＝4.96×10－9‎ Ksp，[MgCO3]＝6.82×10－6‎ Ksp，[Ca(OH)2]＝4.68×10－6‎ Ksp，[Mg(OH)2]＝5.61×10－12‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．沉淀物X为CaCO3‎ B．滤液M中存在 Mg2＋，不存在Ca2＋‎ C．滤液N中存在 Mg2＋、Ca2＋‎ D．步骤②中若改为加入 ‎4.2 g NaOH 固体，沉淀物 Y 为 Ca(OH)2 和 Mg(OH)2 的混合物 解析：选A　加入 NaOH 溶液，HCO 与 OH－ 反应生成 CO，此时c(Ca2＋)·c( CO)＝ 0.011× 0.001 ＝ 1.1× 10－5>Ksp[CaCO3]，c(Mg2＋)·c( CO)＝ 0.050 ×0.001 ＝ 5×10－5> Ksp[MgCO3]，由于Ksp(CaCO3)< Ksp(MgCO3)，因此先生成 CaCO3 沉淀，生成沉淀后溶液中 c( CO)＝Ksp[CaCO3]/c(Ca2＋)＝4.96×10－7<1×10－5，因此 CO完全沉淀，则无 MgCO3 沉淀生成，A 对；滤液 M 中c(Ca2＋)＝ 0.010 mol/L，c(Mg2＋)＝ 0.050 mol/L，B 错；滤液 M 加 NaOH 固体调节 pH ＝ 11，此时c(Mg2＋)·c2(OH－)＝0.050 ×(10－3)2＝5×10－8>Ksp[Mg(OH)2]，c(Ca2＋)·c2(OH－)＝0.010×(10－3)2＝1×10－8Ksp[Mg(OH)2]，c(Ca2＋)·c2(OH－)＝0.010×(0.105)2＝1.10×10－4>Ksp[Ca(OH)2]，由于Ksp[Mg(OH)2]10‎