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第2課時(shí) 沉淀溶解平衡原理的應(yīng)用
[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.能用平衡移動(dòng)原理分析理解沉淀的溶解與生成、沉淀轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)。2.學(xué)會(huì)用沉淀溶解平衡的移動(dòng)解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問(wèn)題。
一、沉淀的生成與溶解
1．沉淀的溶解
某含有CaCO3的懸濁液，改變條件，回答下列問(wèn)題：
(1)滴加鹽酸直至過(guò)量，沉淀逐漸溶解。原因是CaCO3在水中存在，CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，當(dāng)加入鹽酸后，CO＋2H＋===H2O＋CO2↑，c(CO)降低，平衡向溶解方向移動(dòng)，最后沉淀完全消失。
(2)加入Na2CO3溶液，沉淀增多，c(Ca2＋)減小，c(CO)增大。
2．沉淀的生成
無(wú)機(jī)制備及提純、科研、廢水處理等領(lǐng)域，常利用生成沉淀達(dá)到分離或除去某些離子的目的。常用的方法有：
(1)調(diào)節(jié)pH法：如工業(yè)原料氯化銨中含雜質(zhì)氯化鐵，使其溶解于水，再加入氨水調(diào)節(jié)pH至3～4，可使Fe3＋轉(zhuǎn)變?yōu)镕e(OH)3沉淀而除去。反應(yīng)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(zhì)常用的方法。
寫(xiě)出下列反應(yīng)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↓。
3．根據(jù)沉淀溶解平衡，分析回答下列問(wèn)題：
(1)BaCO3和BaSO4都難溶于水，在醫(yī)學(xué)上常用BaSO4作鋇餐透視，而不能用BaCO3的原因是什么？
答案 原因是BaCO3能溶于胃酸(主要成分為鹽酸)，反應(yīng)原理為BaCO3(s)Ba2＋(aq)＋CO(aq)、CO＋2H＋===CO2↑＋H2O。胃酸消耗CO，使溶液中c(CO)降低，BaCO3的沉淀溶解平衡向右移動(dòng)，c(Ba2＋)增大引起人體重金屬中毒。
(2)可溶性鋇鹽(如BaCl2等)當(dāng)作食鹽食用，會(huì)造成鋇中毒。中毒患者常用5.0%的Na2SO4溶液洗胃的原因是什么？
答案 中毒后服用5.0%的Na2SO4溶液洗胃，SO與Ba2＋結(jié)合生成BaSO4沉淀，可緩解Ba2＋對(duì)人體的毒害。
沉淀反應(yīng)的應(yīng)用
(1)沉淀的生成和溶解是兩個(gè)方向相反的過(guò)程，控制離子濃度，可以使反應(yīng)向我們需要的方向轉(zhuǎn)化。
(2)利用生成沉淀除去某種離子，首先要使生成沉淀的反應(yīng)能夠發(fā)生，其次沉淀生成的反應(yīng)進(jìn)行得越完全越好。
(3)根據(jù)平衡移動(dòng)原理，對(duì)于在水中難溶的電解質(zhì)，如果能設(shè)法不斷地移去溶解平衡體系中的相應(yīng)離子，使平衡向沉淀溶解的方向移動(dòng)，就可以使沉淀溶解。如常用強(qiáng)酸溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等難溶電解質(zhì)。
例1 為除去MgCl2酸性溶液中的Fe3＋，可在加熱攪拌的條件下加入的一種試劑是( )
A．NH3H2O B．NaOH C．Na2CO3 D．MgCO3
答案 D
解析 Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，調(diào)節(jié)pH，可使Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀后除去。在不引入新雜質(zhì)、Mg2＋不沉淀的條件下，選用MgCO3，過(guò)量的MgCO3可一起過(guò)濾除去。也可選用MgO、Mg(OH)2等試劑。
考點(diǎn) 沉淀溶解平衡的應(yīng)用
題點(diǎn) 沉淀的生成(沉淀的先后)
例2 (2017啟東中學(xué)高二期末)298 K下，一些銀鹽的溶度積見(jiàn)下表。
化學(xué)式
Ag2SO4
Ag2S
AgCl
AgBr
AgI
Ksp
1.210－5
6.710－50
1.810－10
5.010－13
8.910－17
下列說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是( )
A．五種銀鹽中，常溫下溶解度最大的是Ag2SO4
B．向飽和AgCl溶液中加入0.1 molL－1 Na2S溶液后，有黑色沉淀生成
C．常溫下，飽和鹵化銀溶液中c(Ag＋)大小順序?yàn)锳gCl
AgBr>AgI，C項(xiàng)錯(cuò)誤；0.02 molL－1 AgNO3溶液與0.02 molL－1 Na2SO4溶液等體積混合后，Ag＋、SO的濃度均為0.01 molL－1，Qc＝c2(Ag＋)c(SO)＝0.0120.01＝110－6<1.210－5，所以無(wú)沉淀生成，D項(xiàng)正確。
考點(diǎn) 沉淀溶解平衡的應(yīng)用
題點(diǎn) 沉淀溶解平衡曲線及其應(yīng)用
二、沉淀的轉(zhuǎn)化
1．實(shí)驗(yàn)探究沉淀的轉(zhuǎn)化
根據(jù)下列圖示完成實(shí)驗(yàn)，將觀察到的現(xiàn)象填在空格內(nèi)：
(1)寫(xiě)出各步反應(yīng)的離子方程式：
①Ag＋＋Cl－===AgCl↓，
②AgCl(s)＋I(xiàn)－(aq)AgI(s)＋Cl－(aq)，
③2AgI(s)＋S2－(aq)Ag2S↓(s)＋2I－(aq)。
(2)由上述實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是溶解能力小的沉淀能轉(zhuǎn)化為溶解能力更小的沉淀。
2．沉淀轉(zhuǎn)化在生活中的應(yīng)用
(1)工業(yè)廢水處理過(guò)程中，重金屬離子可利用沉淀轉(zhuǎn)化原理用FeS等難溶物轉(zhuǎn)化為HgS、Ag2S、PbS等沉淀。寫(xiě)出用FeS除去Hg2＋的離子方程式：FeS(s)＋Hg2＋(aq)HgS(s)＋Fe2＋(aq)。
(2)硬水煮沸形成的水垢主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，說(shuō)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↑。
(3)鍋爐形成的水垢中常含有CaSO4，除去方法是CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)，寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：CaSO4(s)＋Na2CO3(aq)CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)，CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。
(4)原生銅硫化物的轉(zhuǎn)化如下：
原生銅硫化物CuSO4(溶液)CuS(銅藍(lán))。寫(xiě)出CuSO4轉(zhuǎn)化為銅藍(lán)的化學(xué)方程式：CuSO4(aq)＋ZnS(s)CuS(s)＋ZnSO4(aq)，CuSO4(aq)＋PbS(s)CuS(s)＋PbSO4(s)。
沉淀的轉(zhuǎn)化
(1)沉淀轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)就是沉淀溶解平衡的移動(dòng)。
(2)一般說(shuō)來(lái)，溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化為溶解度更小的沉淀容易實(shí)現(xiàn)；兩者差別越大，沉淀轉(zhuǎn)化越容易。
(3)組成類(lèi)型相同的難溶電解質(zhì)，Ksp較大的難溶電解質(zhì)能轉(zhuǎn)化為Ksp較小的難溶電解質(zhì)。
(4)Ksp相差不大的難溶電解質(zhì)，Ksp較小的難溶電解質(zhì)在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為Ksp較大的難溶電解質(zhì)。
例3 下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．向2支盛有2 mL相同濃度銀氨溶液的試管中分別加入2滴相同濃度的NaCl和NaI溶液，一支試管中產(chǎn)生黃色沉淀，另一支中無(wú)明顯現(xiàn)象，說(shuō)明Ksp(AgI)Ksp(AgI)
答案 B
考點(diǎn) 沉淀溶解平衡的應(yīng)用
題點(diǎn) 難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡的綜合
8．工業(yè)生產(chǎn)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(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．該反應(yīng)平衡時(shí)c(Mn2＋)＝c(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，c(Mn2＋)增大
D．該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝
答案 A
解析 根據(jù)反應(yīng)Cu2＋(aq)＋MnS(s)CuS(s)＋Mn2＋(aq)，可以推斷Ksp(MnS)>Ksp(CuS)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝>1，c(Mn2＋)>c(Cu2＋)。向平衡體系中加入少量CuSO4固體后，c(Cu2＋)增大，溶解平衡向右移動(dòng)，c(Mn2＋)增大，所以，只有A項(xiàng)不正確。
考點(diǎn) 沉淀溶解平衡的應(yīng)用
題點(diǎn) 難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡的綜合
9．下表為有關(guān)化合物的pKsp，pKsp＝－lgKsp。某同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)化為AgY；③向②中加入Na2Z，沉淀又轉(zhuǎn)化為Ag2Z。則表中a、b、c的大小關(guān)系為( )
相關(guān)化合物
AgX
AgY
Ag2Z
pKsp
a
b
c
A.a＞b＞c B．a(chǎn)＜b＜c
C．c＜a＜b D．a(chǎn)＋b＝c
答案 B
解析 根據(jù)沉淀的轉(zhuǎn)化原理可知，溶解度小的沉淀總是向著溶解度更小的轉(zhuǎn)化，再結(jié)合pKsp＝－lgKsp可知Ksp越小其pKsp越大，故B正確。
考點(diǎn) 沉淀溶解平衡的應(yīng)用
題點(diǎn) 沉淀的轉(zhuǎn)化
題組三 沉淀溶解平衡圖像分析
10．(2017鹽城中學(xué)月考)25 ℃時(shí)，用Na2S沉淀Cu2＋、Mn2＋、Fe2＋、Zn2＋四種金屬離子(M2＋)，所需S2－最低濃度的對(duì)數(shù)值lg c(S2－)與lg c(M2＋)關(guān)系如下圖所示。下列說(shuō)法正確的是( )
A．Ksp(CuS)約為110－20
B．向Cu2＋濃度為10－5 molL－1廢水中加入ZnS粉末，會(huì)有CuS沉淀析出
C．向100 mL濃度均為10－5 molL－1 Zn2＋、Fe2＋、Mn2＋的混合溶液中逐滴加入10－4molL－1 Na2S溶液，Zn2＋先沉淀
D．Na2S溶液中：2c(S2－)＋c(HS－)＋c(H2S)＝c(Na＋)
答案 B
解析 由圖可知，Ksp(CuS)約為110－35，A項(xiàng)錯(cuò)誤；Ksp(CuS)4.910－13，所以有AgBr沉淀生成；若再向其中加入適量NaI固體時(shí)，會(huì)有AgBr轉(zhuǎn)化為AgI。
考點(diǎn) 沉淀溶解平衡的應(yīng)用
題點(diǎn) 難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡的綜合
14．(2017如東高級(jí)中學(xué)高二期中)草酸鈷(CoC2O4)用途廣泛，一種利用水鈷礦(主要成分為Co2O3，還含少量Fe2O3、Al2O3、MgO、MnO、CaO等)制取CoC2O42H2O的工藝流程如下：
已知：①浸出液含有的陽(yáng)離子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋等；
②部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)下表：
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Al(OH)3
Mn(OH)2
完全沉
淀的pH
3.7
9.6
9.2
5.2
9.8
(1)浸出過(guò)程中加入Na2SO3的作用是將________還原(填離子符號(hào))，該步反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)NaClO3的作用是將浸出液中的Fe2＋氧化成Fe3＋ ，氯元素被還原為最低價(jià)。該反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)加Na2CO3能使浸出液中Fe3＋、Al3＋轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀的原因是(用離子方程式表示，寫(xiě)出其中一個(gè)即可)_____________________________________________ __________________
________________________________________________________________________。
(4)萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如下圖所示。使用萃取劑適宜的pH＝________(填字母)左右。
A．2.0 B．3.0 C．4.0
(5)濾液Ⅰ“除鈣、鎂”是將溶液中Ca2＋與Mg2＋轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。已知Ksp(MgF2)＝7.3510－11、Ksp(CaF2)＝1.0510－10，當(dāng)加入過(guò)量NaF后，所得濾液c(Mg2＋)/c(Ca2＋)＝________。
答案 (1)Fe3＋、Co3＋ SO＋2Fe3＋＋H2O===SO＋2Fe2＋＋2H＋、SO＋2Co3＋＋H2O===SO＋2Co2＋＋2H＋ (2)ClO＋6Fe2＋＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
(3)2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑或2Fe3＋＋3CO＋3H2O===2Fe(OH)3↓＋3CO2↑
(4)B
(5)0.7
解析 含鈷廢料中加入鹽酸和亞硫酸鈉，可得CoCl2、AlCl3、FeCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2，加入NaClO3，可得到FeCl3，然后加入Na2CO3調(diào)pH至5.2，可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，過(guò)濾后所得濾液主要含有CoCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2，向溶液中加入NaF溶液，除去鈣、鎂離子，然后過(guò)濾得到的濾液Ⅱ中加入萃取劑，萃取后溶液加入草酸銨，得到草酸鈷。(1)亞硫酸鈉具有還原性，能還原氧化性離子Fe3＋、Co3＋，所以浸出過(guò)程中加入Na2SO3的目的是將Fe3＋、Co3＋還原。
(2)NaClO3具有氧化性，能將浸出液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，自身被還原生成Cl－，同時(shí)生成水。
(3)Fe3＋、Al3＋水解導(dǎo)致溶液呈酸性，CO和H＋反應(yīng)，從而促進(jìn)水解平衡向右移動(dòng)，產(chǎn)生Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。
(4)根據(jù)流程圖可知，此時(shí)溶液中存在Mn2＋、Co2＋金屬離子；由萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系可知，調(diào)節(jié)溶液pH在3.0～3.5之間，可使Mn2＋完全沉淀，并防止Co2＋轉(zhuǎn)化為Co(OH)2沉淀。
(5)當(dāng)加入過(guò)量NaF后，所得濾液＝＝＝0.7。
考點(diǎn) 沉淀溶解平衡的應(yīng)用
題點(diǎn) 難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡的綜合
15．(1)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(xué)式)，生成該沉淀的離子方程式為_(kāi)____________________________
________________________________________________________________________。
(已知25 ℃時(shí)，Ksp[Mg(OH)2]＝1.810－11，Ksp[Cu(OH)2]＝2.210－20)
(2)已知Ksp[Al(OH)3]＝110－33，Ksp[Fe(OH)3]＝310－39，pH＝7.1時(shí)Mn(OH)2開(kāi)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(diào)節(jié)溶液pH范圍為_(kāi)_______________。
答案 (1)Cu(OH)2 Cu2＋＋2NH3H2O===Cu(OH)2↓＋2NH (2)5.0
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專(zhuān)題3
溶液中的離子反應(yīng)
第四單元
難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡
第2課時(shí)學(xué)案
蘇教版選修4
2018
2019
高中化學(xué)
專(zhuān)題
溶液
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反應(yīng)
第四
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電解質(zhì)
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