高中化學(xué) 第三章 第四節(jié) 難溶電解質(zhì)的溶解平衡學(xué)案 新人教版選修41

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難溶電解質(zhì)的溶解平衡 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1. 了解難溶電解質(zhì)的溶解平衡。　 2. 知道沉淀生成、沉淀溶解、沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)是沉淀溶解平衡的移動?！? 3. 了解溶度積和離子積的關(guān)系，并由此學(xué)會判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。 【學(xué)習(xí)過程】 一、難溶電解質(zhì)的溶解平衡 1. 難溶電解質(zhì)的溶解平衡： ⑴定義：在一定條件下，難溶強電解質(zhì)溶于水，當(dāng)沉淀溶解的速率和沉淀生成的速率相等時，形成溶質(zhì)的飽和溶液，達(dá)到平衡狀態(tài)，這種平衡稱為沉淀溶解平衡。 AgCl（s） Ag+（aq）+ Cl—（aq） (2)特征： ① 逆：可逆過程； ② 動：動態(tài)平衡，v（溶解）＝ v（沉淀） ≠ 0； ③ 定：達(dá)到平衡時，溶液中各離子濃度保持不變； ④ 變：當(dāng)外界條件改變時，溶解平衡將發(fā)生移動，達(dá)到新的平衡。 2.影響溶解平衡的因素： （1）內(nèi)因：不同的電解質(zhì)在水溶液中溶解的程度不一樣，而且差別很大，有的能溶解很多，像NaCl、KCl、NaOH等，這些物質(zhì)的溶解度大于0.1克，通常把它們稱作易溶物質(zhì)；有的溶解的不多，如CaSO4、Ca(OH)2等，這些物質(zhì)的溶解度在0.01克到0.1克之間，通常把它們稱作微溶物質(zhì)；有的溶解的很少，像CaCO3、AgCl、AgS等，這些物質(zhì)的溶解度小于0.01克，通常把它們稱作難溶物質(zhì)，在水溶液中我們把它們稱作沉淀。所以一般情況下，相當(dāng)量的離子互相反應(yīng)生成難溶電解質(zhì)，就可以認(rèn)為反應(yīng)完全了。 ①絕對不溶的電解質(zhì)是沒有的，對于常量的化學(xué)反應(yīng)來說，化學(xué)上通常認(rèn)為殘留在溶液中的離子濃度小于110－5mol/L時，沉淀就達(dá)完全。 ②同是難溶電解質(zhì)，溶解度差別也很大。 ③易溶電解質(zhì)做溶質(zhì)時只要是飽和溶液也可存在溶解平衡。 （2）外因：難溶電解質(zhì)的溶解平衡作為一種平衡體系，遵從平衡移動原理。 ①濃度：加水，平衡向溶解方向移動。 ②溫度：升溫，多數(shù)平衡向溶解方向移動。 ③同離子效應(yīng)：向平衡體系中加入相同的離子，使平衡向沉淀的方向移動。 3.溶度積： （1）在一定溫度下，難溶強電解質(zhì)MmAn溶于水形成飽和溶液時，溶質(zhì)的離子與該固態(tài)物質(zhì)之間建立動態(tài)平衡，這時的離子濃度冪的乘積是一個常數(shù)，叫作溶度積常數(shù)，簡稱溶度積。符號為KSP。 （2）表達(dá)式：MmNn(s)mMn+(aq)＋nNm－(aq)　Ksp ＝［c（Mn+]）］mc［（Nm－）］n （3）意義：溶度積Ksp反映了物質(zhì)在水中的溶解能力。 對于相同類型的電解質(zhì)，Ksp越大，其在水中的溶解能力越大。 Ksp 和S均可衡量物質(zhì)在水中的溶解能力，只有相同類型的物質(zhì)，才有Ksp 越大S越大的結(jié)論。 同一物質(zhì)的Ksp與溫度有關(guān)，與溶液中的溶質(zhì)離子濃度無關(guān)。 （4）溶度積規(guī)則：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)Qc的相對大小,可以判斷難溶電解質(zhì)在給定條件下沉淀能否生成或溶解。 Qc ＞Ksp時：溶液過飽和，平衡向生成沉淀的方向移動——有沉淀生成； Qc ＝Ksp時：溶液飽和，處于平衡狀態(tài)； Qc ＜ Ksp時：溶液不飽和，平衡向沉淀溶解的方向移動——沉淀溶解。 二、沉淀反應(yīng)的應(yīng)用 1．沉淀的生成： (1)調(diào)節(jié)pH法：加入氨水調(diào)節(jié)pH至7～8，可除去氯化銨溶液中的雜質(zhì)氯化鐵。反應(yīng)離子方程式如下：Fe3＋＋3NH3H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。 (2)加沉淀劑法：以Na2S、H2S等作沉淀劑，使Cu2＋等生成極難溶的硫化物沉淀。反應(yīng)離子方程式如下：Cu2＋＋S2－===CuS↓，Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋。 2．沉淀的溶解： (1)原理：根據(jù)平衡移動原理，對于在水中難溶的電解質(zhì)，只要不斷減少溶解平衡體系中的相應(yīng)離子，平衡就向沉淀溶解的方向移動，從而使沉淀溶解。 (2)溶解沉淀的試劑類型：用強酸溶解，如溶解CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等難溶電解質(zhì)；用某些鹽溶液溶解，如Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液，化學(xué)方程式為：Mg(OH)2＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3H2O。 3．沉淀的轉(zhuǎn)化：溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化成溶解度更小的沉淀(一般)。兩種沉淀的溶解度差別越大，沉淀越容易轉(zhuǎn)化。 【當(dāng)堂檢測】 1. 已知某溫度下，Ksp(AgCl)＝1.5610－10，Ksp(Ag2CrO4)＝110－12，當(dāng)溶液中離子濃度小于10－5 molL－1時，沉淀就達(dá)完全。下列敘述正確的是(　　) A．飽和AgCl溶液與飽和Ag2CrO4溶液相比，前者的c(Ag＋)大 B．向氯化銀的濁液中加入氯化鈉溶液，氯化銀的Ksp減小 C．向0.000 8 molL－1的K2CrO4溶液中加入等體積的0.002 molL－1 AgNO3溶液，則CrO完全沉淀 D．將0.001 molL－1的AgNO3溶液滴入0.001 molL－1的KCl和0.001 molL－1的K2CrO4溶液，則先產(chǎn)生AgCl沉淀 2. 某溫度時，BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示。下列說法正確的是(　　) A．加入Na2SO4可以使溶液由a點變到b點 B．通過蒸發(fā)可以使溶液由d點變到c點 C．d點無BaSO4沉淀生成 D．a(chǎn)點對應(yīng)的Ksp大于c點對應(yīng)的Ksp 3. 除了酸以外，某些鹽也能溶解沉淀。利用下表三種試劑進(jìn)行實驗，相關(guān)分析不正確的是 (　　) 編號 ① ② ③ 分散質(zhì) Mg(OH)2 HCl NH4Cl 備注 懸濁液 1 mol/L 1 mol/L A.向①中加入酚酞顯紅色說明物質(zhì)的“不溶性”是相對的 B．分別向少量Mg(OH)2沉淀中加入適量等體積②③，均能快速徹底溶解 C．①、③混合后發(fā)生反應(yīng)：Mg(OH)2(s)＋2NHMg2＋＋2NH3H2O D．向①中加入②，c(OH－)減小，Mg(OH)2溶解平衡正向移動 4.已知在25 ℃的水溶液中，AgX、AgY、AgZ均難溶于水，且Ksp(AgX)＝1.810－10，Ksp(AgY)＝1.010－12，Ksp(AgZ)＝8.710－17。 (1)根據(jù)以上信息，判斷AgX、AgY、AgZ三者的溶解度(已被溶解的溶質(zhì)的物質(zhì)的量/1 L溶液)S(AgX)、S(AgY)、S(AgZ)的大小順序為_______________。 (2)若向AgY的飽和溶液中加入少量的AgX固體，則c(Y－)________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (3)在25 ℃時，若取0.188 g的AgY(相對分子質(zhì)量188)固體放入100 mL水中(忽略溶液體積的變化)，則溶液中Y－的物質(zhì)的量濃度為________。 (4)由上述Ksp判斷，在上述(3)的體系中，能否實現(xiàn)AgY向AgZ的轉(zhuǎn)化，_______(填“能”或“不能”)，理由為_________。 5.以硫鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸所得的酸性廢水中砷元素含量極高，為控制砷的排放，采用化學(xué)沉降法處理含砷廢水，相關(guān)數(shù)據(jù)如下表。 表1　幾種砷酸鹽的Ksp 難溶物 Ksp Ca3(AsO4)2 6.810－19 AlAsO4 1.610－16 FeAsO4 5.710－21 表2　工廠污染物排放濃度及允許排放標(biāo)準(zhǔn) 污染物 H2SO4 As 濃度 28.42 gL－1 1.6 g/L 排放標(biāo)準(zhǔn) pH＝6～9 0.5 mg/L 回答以下問題： (1)該硫酸工廠排放的廢水中硫酸的物質(zhì)的量濃度c(H2SO4)＝________mol/L。 (2)寫出難溶物Ca3(AsO4)2的Ksp表達(dá)式：Ksp＝__________________。若混合液中Al3＋、Fe3＋的濃度均為1.010－4 mol/L時，________先沉淀。 (3)在處理含砷廢水時采用分段式，先向廢水中投入生石灰調(diào)節(jié)pH到2，再投入生石灰將pH調(diào)節(jié)到8左右使五價砷以Ca3(AsO4)2形式沉降。①將pH調(diào)節(jié)到2時廢水中有大量沉淀產(chǎn)生，沉淀主要成分的化學(xué)式為________。②Ca3(AsO4)2在pH調(diào)節(jié)到8左右才開始沉淀的原因為____________________。 答案與解析 題號 答案 解析 1 D A選項，飽和AgCl溶液中c(Ag＋)＝c(Cl－)，依據(jù)Ksp(AgCl)＝c(Ag＋)c(Cl－)＝c2(Ag＋)＝1.5610－10可知c(Ag＋)＝10－5 molL－1，同理Ag2CrO4溶液中c(Ag＋)＝2c(CrO)，Ksp(Ag2CrO4)＝c2(Ag＋)c(CrO)＝c3(Ag＋)＝110－12可知c(Ag＋)＝10－4 molL－1，錯誤；C選項，依據(jù)CrO＋2Ag＋===Ag2CrO4↓，溶液中c(Ag＋)＝＝210－4 molL－1，依據(jù)Ksp(Ag2CrO4)＝c2(Ag＋)c(CrO)＝110－12，可知溶液中c(CrO)＝2.510－5 molL－1>10－5 molL－1，錯誤；D選項，AgCl開始沉淀時c(Cl－)＝ molL－1＝1.5610－7 molL－1；Ag2CrO4開始沉淀時c(CrO)＝ molL－1＝10－6 molL－1，正確 2 C A項中加入Na2SO4，溶液中c(SO)增大，導(dǎo)致c(Ba2＋)減小，而a、b兩點c(Ba2＋)相同，故A項錯誤；蒸發(fā)時由于水分的減少，使c(Ba2＋)和c(SO)都增大，而d、c兩點c(SO)相同，故B項錯誤；d點在平衡曲線的下方，即溶液中c(Ba2＋)c(SO)S(AgY)>S(AgZ) (2)減小 (3)1.010－6 molL－1 (4)能　Ksp(AgY)＝1.010－12>Ksp(AgZ)＝8.710－17 (1)由于AgX、AgY、AgZ為同一類型的鹽，所以其溶解度大小可以根據(jù)Ksp大小予以確定，因為Ksp(AgX)>Ksp(AgY)>Ksp(AgZ)，所以 S(AgX)>S(AgY)>S(AgZ)。(2)向AgY的飽和溶液中加入少量的AgX固體，由于AgX的溶解度大于AgY，溶液中的c(Ag＋)增大，AgY溶解平衡向著生成沉淀的方向移動。(3)AgY飽和溶液中，c(Ag＋)＝＝＝1.010－6 molL－1，AgY固體完全溶解后c(Ag＋)＝10－2 molL－1，故0.188 g AgY不能完全溶解，其溶液中c(Y－)＝1.010－6 molL－1。(4)因Ksp(AgY)＝1.010－12>Ksp(AgZ)＝8.710－17，所以能夠?qū)崿F(xiàn)AgY向AgZ的轉(zhuǎn)化 5 (1)0.29　 (2)c3(Ca2＋)c2(AsO)　Fe3＋ (3)①CaSO4?、贖3AsO4是弱酸，當(dāng)溶液中pH調(diào)節(jié)到8左右時，酸堿反應(yīng)，使溶液中，AsO濃度增大，至Qc>Ksp，Ca3(AsO4)2開始沉淀 (1)H2SO4的濃度為28.42 gL－1，轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量濃度為c＝＝＝0.29 mol/L。(2)Ksp的表達(dá)式為離子濃度的次方的乘積，Ksp小的物質(zhì)先生成沉淀，所以Fe3＋先沉淀。(3)①當(dāng)Ca2＋濃度增大時，Ca2＋與SO可生成CaSO4沉淀。②酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)，c(AsO)增大，當(dāng)Ca2＋與AsO濃度次方的乘積達(dá)到Ca3(AsO4)2的Ksp時，開始沉淀