第三章　第四節(jié)　第2課時　沉淀溶解平衡的應(yīng)用 學(xué)案 （含答案）-2023-2024學(xué)年（人教版2023）高中化學(xué)選擇性必修1

第第頁第三章第四節(jié)第2課時沉淀溶解平衡的應(yīng)用學(xué)案（含答案）—2023-2024學(xué)年（人教版2023）高中化學(xué)選擇性必修1第2課時沉淀溶解平衡的應(yīng)用

[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]

1.了解沉淀的生成、溶解與轉(zhuǎn)化，能用化學(xué)平衡理論解釋沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化，會應(yīng)用沉淀的生成、溶解與轉(zhuǎn)化。

2.學(xué)會從定量的角度分析沉淀的生成與轉(zhuǎn)化。

一、沉淀的生成和溶解

1．沉淀的生成

(1)沉淀生成的應(yīng)用

在無機物的制備和提純、廢水處理等領(lǐng)域，常利用生成沉淀來達到________________的目的。

(2)沉淀生成的方法

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，使Q[Fe(OH)3]______Ksp[Fe(OH)3]，F(xiàn)e3＋轉(zhuǎn)變?yōu)開_______沉淀而除去。反應(yīng)如下：___________

________________________________________________________________________。

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____________等沉淀而除去。

a．通入H2S除去Cu2＋的離子方程式：______________________________________。

b．加入Na2S除去Hg2＋的離子方程式：__________________________。

③相同離子法：增大沉淀溶解平衡體系中某種離子的濃度，使平衡向生成沉淀的方向移動，如向AgCl飽和溶液中加入飽和食鹽水可繼續(xù)生成AgCl沉淀。

④氧化還原法：改變離子的存在形式，促使其轉(zhuǎn)化為溶解度更小的難溶電解質(zhì)，便于分離出來，例如通過氧化還原反應(yīng)將Fe2＋氧化為Fe3＋，從而生成更難溶的Fe(OH)3沉淀。

特別提醒①一般來說，當溶液中有多種可以沉淀的離子且生成相同類型的沉淀時，越難溶(Ksp越小)的越先沉淀。②當離子濃度小于1×10－5mol·L－1時，認為該離子已完全沉淀。

2．沉淀的溶解

(1)沉淀溶解的原理

根據(jù)平衡移動原理，對于在水中難溶的電解質(zhì)，如果能設(shè)法不斷地移去平衡體系中的____________，使平衡向____________的方向移動，就可以使沉淀溶解。

(2)實驗探究：Mg(OH)2沉淀溶解

(3)沉淀溶解的實例

CaCO3難溶于水，卻易溶于鹽酸，原因是CaCO3在水中存在沉淀溶解平衡：_______________，當加入鹽酸后發(fā)生反應(yīng)：__________________________，c(CO)________，溶液中CO與Ca2＋的離子積Q(CaCO3)________Ksp(CaCO3)，導(dǎo)致平衡向沉淀________的方向移動。用強酸溶解的難溶電解質(zhì)還有FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等。

(1)洗滌沉淀時，洗滌次數(shù)越多越好()

(2)除去廢水中的某些重金屬離子如Cu2＋、Hg2＋時，常用Na2S等，是因為生成的CuS、HgS極難溶，使廢水中Cu2＋、Hg2＋濃度降的很低()

(3)CaCO3溶解時常用鹽酸而不用稀硫酸，是因為稀硫酸不與CaCO3反應(yīng)()

(4)除去MgCl2溶液中的Fe2＋，先加入雙氧水，再加入MgO即可()

1．(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？

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

(2)如果有人誤服Ba2＋，去醫(yī)院洗胃時需要用較大量的5%的Na2SO4溶液，已知5%的Na2SO4溶液中SO的物質(zhì)的量濃度近似為0.35mol·L－1，BaSO4的Ksp為1.1×10－10，試計算5%的Na2SO4溶液能不能有效的除去胃中的Ba2＋。

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2．已知常溫下，CuCO3、Cu(OH)2、CuS的Ksp分別為1.4×10－10、2.2×10－20、6.3×10－36。要除去溶液中的Cu2＋，選用下列哪種沉淀劑更好？為什么？

①Na2CO3②NaOH③Na2S

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1．向紫色Cr2(SO4)3的水溶液中加入NaOH溶液，當pH＝4.6時，開始出現(xiàn)Cr(OH)3灰綠色沉淀，隨著pH的升高，沉淀增多；但當pH>13時，沉淀消失，出現(xiàn)亮綠色的亞鉻酸根離子(CrO)，其平衡關(guān)系如下：

Cr3＋＋3OH－Cr(OH)3??CrO＋H＋＋H2O

(紫色)(灰綠色)(亮綠色)

向50mL0.05mol·L－1Cr2(SO4)3溶液中加入1.0mol·L－1NaOH溶液50mL，充分反應(yīng)后，溶液中可觀察到的現(xiàn)象是()

A．溶液為紫色

B．溶液中有灰綠色沉淀

C．溶液為亮綠色

D．無法判斷

2．(1)常溫下，要去除ZnSO4溶液中混有的Fe3＋，可以通過調(diào)節(jié)溶液的pH來實現(xiàn)，試通過計算確定，當調(diào)節(jié)溶液的pH超過多少時可認為Fe3＋沉淀完全？{已知：Ksp[Fe(OH)3]≈1×

10－39，溶液中c(Fe3＋)＝10－5mol·L－1時可認為Fe3＋沉淀完全。}

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

(2)常溫下，如何去除ZnSO4溶液中混有的Fe2＋{已知：Ksp[Fe(OH)2]＝4.9×10－17，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10－17}

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

沉淀溶解的其他方法

(1)生成配合物法：如AgCl沉淀可溶于氨水，其溶解原理為AgCl電離出的Ag＋與NH3·H2O作用生成可溶但難電離的配離子[Ag(NH3)2]＋，則AgCl沉淀溶解平衡體系中c(Ag＋)減小，沉淀溶解平衡向右移動直至AgCl完全溶解，反應(yīng)的離子方程式為AgCl＋2NH3·H2O

[Ag(NH3)2]＋＋Cl－＋2H2O。

(2)氧化還原法：有些金屬硫化物(如CuS、HgS等)不溶于非氧化性酸，只能溶于氧化性酸，則可通過減小c(S2－)來達到使沉淀溶解的目的，例如：3CuS＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋3S＋2NO↑＋4H2O。

二、沉淀的轉(zhuǎn)化

1．沉淀轉(zhuǎn)化的過程探究

(1)實驗探究AgCl、AgI、Ag2S的轉(zhuǎn)化

實驗操作

實驗現(xiàn)象有白色沉淀析出白色沉淀轉(zhuǎn)化為黃色沉淀黃色沉淀轉(zhuǎn)化為黑色沉淀

化學(xué)方程式

思考與討論

①通過上述實驗，你能比較出AgCl、AgI、Ag2S三者溶解度的大小及Ksp的大小順序嗎？

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

②已知常溫下Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝8.5×10－17，試應(yīng)用平衡移動原理解釋為什么AgCl能轉(zhuǎn)化成AgI？寫出該沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式。

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

③AgCl可以轉(zhuǎn)化為AgBr，思考AgBr有可能轉(zhuǎn)化為AgCl嗎？

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

(2)實驗探究Mg(OH)2與Fe(OH)3的轉(zhuǎn)化

實驗操作

實驗現(xiàn)象產(chǎn)生白色沉淀白色沉淀轉(zhuǎn)化為紅褐色沉淀

化學(xué)方程式

思考與討論

已知：Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，試應(yīng)用平衡移動原理解釋為什么Mg(OH)2能轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2．沉淀轉(zhuǎn)化的實質(zhì)與條件

(1)沉淀的轉(zhuǎn)化是指由一種難溶物轉(zhuǎn)化為另一種難溶物的過程，其實質(zhì)是_________________。

(2)條件：一般來說，溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化為溶解度更小的沉淀容易實現(xiàn)，兩者溶解度相差________，轉(zhuǎn)化越________。

特別提醒沉淀的轉(zhuǎn)化也可以由溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化為溶解度較大的沉淀。

3．沉淀轉(zhuǎn)化的應(yīng)用

(1)鍋爐除水垢(含有CaSO4)：CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)，反應(yīng)為________________________________________________________________________。

(2)自然界中礦物的轉(zhuǎn)化：原生銅的硫化物CuSO4溶液銅藍(CuS)，反應(yīng)為_______________________________________________________。

(3)工業(yè)廢水處理

工業(yè)廢水處理過程中，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。

用FeS除去Hg2＋的離子方程式：___________________________________________。

(4)防治齲齒：食物、飲用水和牙膏中添加氟化物，氟離子會跟牙齒表面釉質(zhì)層的主要成分——羥基磷灰石發(fā)生沉淀的轉(zhuǎn)化生成氟磷灰石：Ca5(PO4)3OH(s)＋F－(aq)Ca5(PO4)3F(s)＋OH－(aq)，氟磷灰石的溶解度比羥基磷灰石的小，更能抵抗酸的侵蝕。

(1)溶解度小的沉淀不能轉(zhuǎn)化為溶解度比其大的沉淀()

(2)向AgCl沉淀中加入KI溶液，由白色沉淀轉(zhuǎn)變成黃色沉淀，是由于Ksp(AgI)13時，沉淀消失，出現(xiàn)亮綠色的亞鉻酸根離子(CrO)，其平衡關(guān)系如下：

Cr3＋＋3OH－Cr(OH)3CrO＋H＋＋H2O

(紫色)(灰綠色)(亮綠色)

向50mL0.05mol·L－1Cr2(SO4)3溶液中加入1.0mol·L－1NaOH溶液50mL，充分反應(yīng)后，溶液中可觀察到的現(xiàn)象是()

A．溶液為紫色

B．溶液中有灰綠色沉淀

C．溶液為亮綠色

D．無法判斷

答案C

解析n(Cr3＋)＝0.05mol·L－1×50×10－3L×2＝0.005mol，n(OH－)＝1.0mol·L－1×50×10－3L＝0.05mol，Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓，c(OH－)過量＝＝0.35mol·L－1。而pH>13，即c(OH－)>0.1mol·L－1時沉淀消失，溶液變亮綠色。

2．(1)常溫下，要去除ZnSO4溶液中混有的Fe3＋，可以通過調(diào)節(jié)溶液的pH來實現(xiàn)，試通過計算確定，當調(diào)節(jié)溶液的pH超過多少時可認為Fe3＋沉淀完全？{已知：Ksp[Fe(OH)3]≈1×

10－39，溶液中c(Fe3＋)＝10－5mol·L－1時可認為Fe3＋沉淀完全。}

答案Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝10－5·c3(OH－)＝10－39，則c(OH－)＝mol·L－1≈

10－11.3mol·L－1，c(H＋)＝＝mol·L－1＝10－2.7mol·L－1，pH＝－lgc(H＋)＝－lg10－2.7＝2.7。即調(diào)節(jié)溶液的pH大于2.7時，F(xiàn)e3＋沉淀完全。

(2)常溫下，如何去除ZnSO4溶液中混有的Fe2＋{已知：Ksp[Fe(OH)2]＝4.9×10－17，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10－17}

答案先加入氧化劑如H2O2把Fe2＋氧化成Fe3＋，再加入ZnO等調(diào)節(jié)溶液的pH大于2.7。

沉淀溶解的其他方法

(1)生成配合物法：如AgCl沉淀可溶于氨水，其溶解原理為AgCl電離出的Ag＋與NH3·H2O作用生成可溶但難電離的配離子[Ag(NH3)2]＋，則AgCl沉淀溶解平衡體系中c(Ag＋)減小，沉淀溶解平衡向右移動直至AgCl完全溶解，反應(yīng)的離子方程式為AgCl＋2NH3·H2O[Ag(NH3)2]＋＋Cl－＋2H2O。

(2)氧化還原法：有些金屬硫化物(如CuS、HgS等)不溶于非氧化性酸，只能溶于氧化性酸，則可通過減小c(S2－)來達到使沉淀溶解的目的，例如：3CuS＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋3S＋2NO↑＋4H2O。

二、沉淀的轉(zhuǎn)化

1．沉淀轉(zhuǎn)化的過程探究

(1)實驗探究AgCl、AgI、Ag2S的轉(zhuǎn)化

實驗操作

實驗現(xiàn)象有白色沉淀析出白色沉淀轉(zhuǎn)化為黃色沉淀黃色沉淀轉(zhuǎn)化為黑色沉淀

化學(xué)方程式NaCl＋AgNO3===AgCl?＋NaNO3AgCl(s)＋KI(aq)AgI(s)＋KCl(aq)2AgI(s)＋Na2S(aq)Ag2S(s)＋2NaI(aq)

思考與討論

①通過上述實驗，你能比較出AgCl、AgI、Ag2S三者溶解度的大小及Ksp的大小順序嗎？

提示溶解度的大小順序為AgCl＞AgI＞Ag2S，Ksp的大小順序為Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI)＞Ksp(Ag2S)。

②已知常溫下Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(AgI)＝8.5×10－17，試應(yīng)用平衡移動原理解釋為什么AgCl能轉(zhuǎn)化成AgI？寫出該沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式。

提示當向AgCl沉淀中滴加KI溶液時，溶液中Ag＋與I－的離子積——Q(AgI)＞Ksp(AgI)，因此，Ag＋與I－結(jié)合生成AgI沉淀，導(dǎo)致AgCl的沉淀溶解平衡向溶解的方向移動，直至建立新的沉淀溶解平衡：

如果加入足量的KI溶液，上述過程可以繼續(xù)進行，直到絕大部分AgCl沉淀轉(zhuǎn)化為AgI沉淀。反應(yīng)的離子方程式可表示為I－(aq)＋AgCl(s)AgI(s)＋Cl－(aq)。

③AgCl可以轉(zhuǎn)化為AgBr，思考AgBr有可能轉(zhuǎn)化為AgCl嗎？

提示有可能。當溶液中c(Ag＋)·c(Br－)之積小于Ksp(AgBr)而c(Cl－)·c(Ag＋)之積大于Ksp(AgCl)時，就會使AgBr沉淀轉(zhuǎn)化為AgCl沉淀。即向AgBr沉淀溶解的平衡體系中加入濃度足夠大的Cl－，就會使AgBr沉淀轉(zhuǎn)化為AgCl沉淀。

(2)實驗探究Mg(OH)2與Fe(OH)3的轉(zhuǎn)化

實驗操作

實驗現(xiàn)象產(chǎn)生白色沉淀白色沉淀轉(zhuǎn)化為紅褐色沉淀

化學(xué)方程式MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl3Mg(OH)2(s)＋2FeCl3(aq)2Fe(OH)3(s)＋3MgCl2(aq)

思考與討論

已知：Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，試應(yīng)用平衡移動原理解釋為什么Mg(OH)2能轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3

提示當向Mg(OH)2沉淀中加入FeCl3溶液時，溶液中的OH－與Fe3＋的離子積——Q[Fe(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3]，因此，F(xiàn)e3＋與OH－結(jié)合生成Fe(OH)3沉淀，導(dǎo)致Mg(OH)2的沉淀溶解平衡向溶解的方向移動，直至建立新的沉淀溶解平衡。

如果加入足量的FeCl3溶液，上述過程可以繼續(xù)進行，直至絕大部分Mg(OH)2沉淀轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀。

2．沉淀轉(zhuǎn)化的實質(zhì)與條件

(1)沉淀的轉(zhuǎn)化是指由一種難溶物轉(zhuǎn)化為另一種難溶物的過程，其實質(zhì)是沉淀溶解平衡的移動。

(2)條件：一般來說，溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化為溶解度更小的沉淀容易實現(xiàn)，兩者溶解度相差越大，轉(zhuǎn)化越容易。

特別提醒沉淀的轉(zhuǎn)化也可以由溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化為溶解度較大的沉淀。

3．沉淀轉(zhuǎn)化的應(yīng)用

(1)鍋爐除水垢(含有CaSO4)：CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2＋(aq)，反應(yīng)為CaSO4(s)＋Na2CO3(aq)??CaCO3(s)＋Na2SO4(aq)，CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。

(2)自然界中礦物的轉(zhuǎn)化：原生銅的硫化物CuSO4溶液銅藍(CuS)，反應(yīng)為CuSO4＋ZnSCuS＋ZnSO4、CuSO4＋PbSCuS＋PbSO4。

(3)工業(yè)廢水處理

工業(yè)廢水處理過程中，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。

用FeS除去Hg2＋的離子方程式：FeS(s)＋Hg2＋(aq)HgS(s)＋Fe2＋(aq)。

(4)防治齲齒：食物、飲用水和牙膏中添加氟化物，氟離子會跟牙齒表面釉質(zhì)層的主要成分——羥基磷灰石發(fā)生沉淀的轉(zhuǎn)化生成氟磷灰石：Ca5(PO4)3OH(s)＋F－(aq)Ca5(PO4)3F(s)＋OH－(aq)，氟磷灰石的溶解度比羥基磷灰石的小，更能抵抗酸的侵蝕。

(1)溶解度小的沉淀不能轉(zhuǎn)化為溶解度比其大的沉淀()

(2)向AgCl沉淀中加入KI溶液，由白色沉淀轉(zhuǎn)變成黃色沉淀，是由于Ksp(AgI)<Ksp(AgCl)()

(3)可用FeS除去廢水中的Hg2＋、Ag＋等，是因為HgS、Ag2S比FeS更難溶()

答案(1)×(2)√(3)√

1．化工生產(chǎn)中常用MnS作沉淀劑除去工業(yè)廢水中的Cu2＋：Cu2＋(aq)＋MnS(s)CuS(s)＋Mn2＋(aq)，下列說法錯誤的是()

A．MnS的溶解度比CuS的溶解度大

B．該反應(yīng)達平衡時c(Mn2＋)＝c(Cu2＋)

C．向平衡體系中加入少量CuSO4固體后，c(Mn2＋)變大

D．也可以用FeS作沉淀劑

答案B

解析根據(jù)沉淀轉(zhuǎn)化的條件可知，Ksp(MnS)＞Ksp(CuS)，A項正確；該反應(yīng)達平衡時c(Mn2＋)、c(Cu2＋)保持不變，但不相等，B項錯誤；向平衡體系中加入少量CuSO4固體后，平衡正向移動，c(Mn2＋)變大，C項正確；溶解度比CuS(s)大的FeS(s)、MnS(s)、ZnS(s)等難溶物都可作為沉淀