1、第2课时 沉淀溶解平衡原理的应用必备知识自主学习一、沉淀之间的转化 1实验探究 2.沉淀转化的实质 沉淀转化的实质就是_。一般说来，溶解能力相对_的 物质易转化为溶解能力相对_的物质。沉淀溶解平衡的移动 较强 较弱 3沉淀转化的应用(1)原理 难溶强酸盐_ 使阳离子进入溶液。难溶弱酸盐(2)实例 离子方程式如下：.BaSO4 BaCO3 ；._。23CO 24SO BaCO32H=Ba2H2OCO2 其反应的离子方程式如下：._ ；.CaCO32H=Ca2CO2H2O。23CO 24SO CaSO4 CaCO3 4防龋齿牙齿的主要成分为 Ca5(PO4)3OH，使用含氟牙膏后，Ca2及 PO3
2、4生成更难溶的Ca5(PO4)3F，从 而 使 牙 齿 变 得 坚 固。其 离 子 方 程 式 为 Ca5(PO4)3OH FCa5(PO4)3FOH。(1)已知 Ksp(BaSO4)1.11010，Ksp(BaCO3)2.6109，向硫酸钡中加入饱和碳酸钠溶液，也可以发生反应 BaSO4CO23BaCO3SO24，通过此信息你可以得出哪些结论？提示：由溶度积常数可知硫酸钡的溶解度小于碳酸钡，所以可以得出一般而言溶解能力相对较强的物质容易转化为溶解能力相对较弱的物质，但是溶解能力相对较弱的物质也可以转化为溶解能力相对较强的物质。(2)(情境思考)加热可以使硬水中的 Ca(HCO3)2 与 Mg
3、(HCO3)2 分解为 CaCO3 与MgCO3 沉淀。有的同学可能认为水垢的成分应为 CaCO3 与 MgCO3 沉淀的混合物，但实际上水垢的主要成分却是 CaCO3 与 Mg(OH)2 的混合物。在处理污水时，可以向其中加入 FeS 固体，以除去 Cu2、Hg2、Pb2等重金属离子。【思考】你知道其中的 Mg(OH)2 是怎样生成的吗？上述污水的处理过程中发生了什么化学反应？提示：分解生成的 MgCO3 在水中建立起以下平衡：MgCO3(s)Mg2(aq)CO23(aq)，而弱酸酸根离子 CO23发生的水解反应使水中 OH浓度增大，对于 Mg(OH)2 的沉淀溶解平衡 Mg(OH)2(s)
4、Mg2(aq)2OH(aq)而言，QKsp，生成 Mg(OH)2 沉淀。在处理污水时，加入 FeS 固体，发生沉淀的转化，由 FeS转化为 CuS、HgS、PbS 以除去 Cu2、Hg2、Pb2等重金属离子。二、沉淀生成在生产、生活中的应用实例及原理 沉淀 剂法 如果误食可溶性钡盐，造成钡中毒，应尽快用5.0%的硫酸钠 溶液给患者洗胃。离子反应为_ 如以Na2S、H2S等作沉淀剂，使某些金属离子，如Cu2、Hg2 等生成极难溶的硫化物_等沉淀，也是分离、除去杂 质常用的方法。a通入H2S除去Cu2的离子方程式：_。b加入Na2S除去Hg2的离子方程式：_ 调节 pH法 如除去CuSO4溶液中混
5、有的少量Fe3，可向溶液中加入Cu(OH)2 或Cu2(OH)2CO3，调节pH到_，Fe3就会全部转化为Fe(OH)3 沉淀除去 24SO Ba2 =BaSO4 CuS、HgS H2SCu2=CuS2H Hg2S2=HgS 34(1)精制食盐水，可加适量氢氧化钠溶液除去镁离子，该反应的离子方程式如何书写？提示：Mg22OH=Mg(OH)2。(2)(情境思考)向 2 支盛有 2 mL 相同浓度银氨溶液的试管中分别加入 2 滴相同浓度的 NaCl 和 NaI 溶液，其中一支试管中产生黄色沉淀，另一支试管中无明显现象，说明 Ksp(AgI)Ksp(AgCl)，该说法是否正确？提示：该说法正确。由题
6、可知 AgI 更容易生成，说明 Ksp(AgI)Ksp(AgX)，如果 c(Cl)较大而 c(Br)较小，c(Ag)c(Cl)Ksp(AgCl)，而c(Ag)c(Br)Ksp(AgBr)时，则先生成 AgCl 沉淀。(2)已 知：牙 齿 的 表 面 为 Ca5(PO4)3(OH)，Ca5(PO4)3(OH)存 在 以 下 平 衡：Ca5(PO4)3(OH)(s)5Ca2(aq)3PO34(aq)OH(aq)，当糖黏附在牙齿上之后，在酶的作用下产生了一种有机弱酸乳酸CH3CH(OH)COOH，而乳酸正是造成龋齿的主要原因。请从化学平衡移动的角度分析其中的原因。(变化观念与平衡思想)提 示：乳 酸
7、 电 离 出 的 H 与 Ca5(PO4)3(OH)电 离 出 的 OH 反 应，使 平 衡Ca5(PO4)3(OH)(s)5Ca2(aq)3PO34(aq)OH(aq)正向移动，从而造成龋齿。【典例】工业上用化学法除锅炉的水垢时，先向锅炉中注入饱和 Na2CO3 溶液浸泡，将水垢中的 CaSO4 转化为 CaCO3，再用盐酸除去已知：Ksp(CaCO3)4.96109，Ksp(CaSO4)7.1105，下列说法错误的是()A升高温度，Na2CO3 溶液的 Kw和 c(OH)均会增大B沉淀转化的离子方程式为 CO23(aq)CaSO4(s)=CaCO3(s)SO24(aq)C该条件下，CaCO
8、3 溶解度约为 1103 gDCaSO4 和 CaCO3 共存的悬浊液中，c（SO24）c（CO23）1.43104【解题指南】解决本题需要注意两点：(1)认真审读 Ksp 的大小，从而判断沉淀的转化方向或者进行计算。(2)计算离子浓度比值问题一般需要结合平衡常数进行相关计算。【解析】选 C。升高温度，水的电离平衡正向移动，Kw 增大，Na2CO3 水解平衡正向移动，c(OH)增大，故 A 项正确；沉淀由难溶物质转变为更难溶的物质，故B 项正确；由 c(CO23)c(Ca2)Ksp（CaCO3）7.0105 molL1，设溶液为 1 L，则S100 g 7.0105 mol100 gmol11
9、 000 g，解得 S7.0104 g，该条件下 CaCO3 的溶解度约为 7.0104 g，故 C 错误；CaSO4 和 CaCO3 共存的悬浊液中，c（SO24）c（CO23）Ksp（CaSO4）Ksp（CaCO3）1.43104，故 D 项正确。【母题追问】(1)CaCO3 沉淀能转化成 CaSO4 沉淀吗？提示：能。如在 CaCO3 悬浊液中加入浓 Na2SO4 溶液，使 CaCO3(s)Ca2(aq)CO23(aq)沉淀溶解平衡正向移动。(2)据 Ksp(CaSO4)7.1105 计算该条件下 CaSO4 的溶解度。提示：c(CaSO4)Ksp（CaSO4）8103 molL1，S(
10、CaSO4)8103 molL10.1 L136 gmol10.109 g。锅炉内如结有水垢后会产生以下危害：(1)锅炉钢板、管路因过热而被烧损；(2)燃料大量浪费；(3)增加锅炉检修量；(4)威胁人身安全。某学习小组欲探究使 CaSO4 沉淀转化为 CaCO3 沉淀，从而将其除去的可能性，查得如下资料(25)：难溶电解质 CaCO3 CaSO4 Ksp 4.96109 7.1105 实验步骤如下：向 100 mL 0.1 molL1 的 CaCl2 溶液中加入 100 mL 0.1 molL1 的 Na2SO4 溶液，立即有白色沉淀生成；向上述悬浊液中加入 3 g Na2CO3 固体，搅拌，
11、静置，沉淀后弃去上层清液；再加入蒸馏水搅拌，静置，沉淀后再弃去上层清液；_。请思考下列问题：(1)题给的两种物质，Ksp 越大，表示电解质的溶解度越_(填“大”或“小”)。(2)写出第步发生反应的化学方程式：_。(3)设计第步操作的目的是什么？_(4)请补充第步操作及发生的现象。_(5)请写出该转化在实际生活、生产中的一个应用。_【解析】对于类型相同的难溶物，相同条件下，Ksp 越大，其溶解度越大。在 CaSO4悬浊液中存在溶解平衡：CaSO4(s)Ca2(aq)SO24(aq)，而加入 Na2CO3 固体后，溶液中 CO23浓度较大，而 CaCO3 的 Ksp 较小，故 CO23与 Ca2结
12、合生成沉淀，即 CO23Ca2=CaCO3。既然是探究性实验，必须验证所推测结果的正确性，故设计了、步操作，即验证所得固体是否为 CaCO3。然后联系实际生活中除去锅炉水垢的方法，即可解答第(5)小题。答案：(1)大(2)Na2CO3CaSO4=Na2SO4CaCO3(3)洗去沉淀中附着的 SO24(4)向沉淀中加入足量的稀盐酸，沉淀完全溶解(5)将锅炉水垢中的 CaSO4 转化为 CaCO3，易于除去【加固训练】在含有浓度均为 0.01molL1 的 Cl、Br、I的溶液中，缓慢且少量地加入 AgNO3稀溶液，结合溶解度判断析出三种沉淀的先后顺序是()AAgCl、AgBr、AgI BAgI、
13、AgBr、AgClCAgBr、AgCl、AgI D三种沉淀同时析出【解析】选 B。AgI 比 AgBr、AgCl 更难溶于水，故 Ag不足时先生成 AgI，析出沉淀的先后顺序是 AgI、AgBr、AgCl。三言两语话重点1沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。2一般将溶解能力相对较强的物质转化成溶解能力相对较弱的物质，两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀越容易转化。课堂检测素养达标1下列说法中正确的是()A钡中毒患者可尽快使用苏打溶液洗胃，随即导泻使 Ba2转化为 BaCO3 而排出B工业上可以用 NaHS、(NH4)2S 等可溶性硫化物作沉淀剂除去废水中的 Hg2、Cu2等，但不能使用 FeS 等
14、不溶性硫化物作沉淀剂C水中的 Mg(HCO3)2、Ca(HCO3)2 受热易分解生成难溶性的 MgCO3、CaCO3，故水垢的主要成分是 MgCO3、CaCO3D珊瑚虫从周围海水中获取 Ca2和 HCO3，经反应形成石灰石(CaCO3)外壳，从而逐渐形成珊瑚【解析】选 D。胃液的酸性较强，不能形成 BaCO3 沉淀，A 项错误；由于 Ksp(FeS)大于 Ksp(HgS)或 Ksp(CuS)，可以用 FeS 除去废水中的 Hg2、Cu2，B 项错误；由于 KspMg(OH)2Ksp(MgCO3)，故水垢的主要成分中不是 MgCO3、CaCO3，应为Mg(OH)2、CaCO3，C 项错误。【加固
15、训练】(2021包头高二检测)已知：Ksp(ZnS)Ksp(CuS)，在有白色固体 ZnS 存在的饱和溶液中滴加适量 CuSO4 溶液，产生的实验现象是()A固体逐渐溶解，最后消失B固体由白色变为黑色C固体颜色变化但质量不变D固体逐渐增多，但颜色不变【解析】选 B。ZnS 和 CuS 的阴、阳离子个数比为 11，且 Ksp(ZnS)Ksp(CuS)，可得 ZnS 溶解度大于 CuS，因此在 ZnS 饱和溶液中加 CuSO4 会使 ZnS 沉淀转化生成黑色 CuS。2自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成 CuSO4 溶液，向地下层渗透，遇到难溶的 ZnS 或 PbS，慢慢转变为铜蓝(
16、CuS)。下列分析正确的是()ACuS 的溶解度大于 PbS 的溶解度B原生铜的硫化物具有还原性，而铜蓝没有还原性CCuSO4 与 ZnS 反应的离子方程式是 Cu2S2=CuSD整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应【解析】选 D。沉淀转化的实质是溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀，PbS转变为铜蓝(CuS)，说明 CuS 的溶解度小于 PbS 的溶解度；原生铜的硫化物具有还原性，而铜蓝也应该具有还原性，因为硫元素处于最低价态2 价；CuSO4 与ZnS 反应的离子方程式应该是 Cu2ZnS=CuSZn2，这是一个复分解反应；自然界地表层原生铜的硫化物被氧化的过程是氧化还原反应，
17、故只有 D 正确。3下列有关沉淀溶解平衡的说法正确的是()AKsp(AB2)小于 Ksp(CD)，则 AB2 的溶解度小于 CD 的溶解度B在氯化银的沉淀溶解平衡体系中，加入蒸馏水，氯化银的 Ksp 增大C在氯化银的沉淀溶解平衡体系中，加入碘化钾固体，氯化银沉淀可转化为碘化银沉淀D在碳酸钙的沉淀溶解平衡体系中，通入 CO2 气体，溶解平衡不移动【解析】选 C。A 项，通过溶度积比较溶解度的大小时，物质的类型必须相同，AB2 与 CD 类型不同，不能比较，错误；B 项，溶度积与温度有关，与物质的量浓度无关，错误；C 项，碘化银的溶解度更小，由溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现，正确；D
18、 项，在碳酸钙的沉淀溶解平衡体系中通入 CO2 气体，会生成可溶性 Ca(HCO3)2，错误。4化工生产中常用 MnS 作为沉淀剂除去工业废水中 Cu2：Cu2(aq)MnS(s)CuS(s)Mn2(aq)，下列说法错误的是()AMnS 的 Ksp 比 CuS 的 Ksp 大B该反应达平衡时 c(Mn2)c(Cu2)C往平衡体系中加入少量 CuSO4 固体后，c(Mn2)变大D该反应的平衡常数 KKsp（MnS）Ksp（CuS）【解析】选 B。根据沉淀转化向溶度积小的方向进行，Ksp(MnS)Ksp(CuS)，A正确；该反应达平衡时 c(Mn2)、c(Cu2)保持不变，但不一定相等，B 错误；
19、往平衡体系中加入少量 CuSO4 固体后，平衡正向移动，c(Mn2)变大，C 正确；该反应的平衡常数 Kc（Mn2）c（Cu2）c（Mn2）c（S2）c（Cu2）c（S2）Ksp（MnS）Ksp（CuS），D 正确。【加固训练】以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高，为控制砷的排放，采用化学沉降法处理含砷废水，相关数据如表。表 1 几种砷酸盐的 Ksp难溶物 Ksp Ca3(AsO4)2 6.81019 AlAsO4 1.61016 FeAsO4 5.71021 表 2 工厂污染物排放浓度及允许排放标准污染物 H2SO4 As 浓度 28.42 gL1 1.6 gL1 排放标准
20、pH 69 0.5 mgL1 回答以下问题：(1)若混合溶液中 Al3、Fe3的浓度均为 1.0 104 molL1，c(AsO34)最大是_molL1。(2)工厂排放出的酸性废水中的三价砷(H3AsO3 弱酸)不易沉降，可投入 MnO2 先将其氧化成五价砷(H3AsO4 弱酸)，写出该反应的离子方程式_。(3)在处理含砷废水时采用分段式，先向废水中投入适量生石灰调节 pH 到 2，再投入适量生石灰将 pH 调节到 8 左右，使五价砷以 Ca3(AsO4)2 形式沉降。将 pH 调节到 2 时废水中有大量沉淀产生，沉淀主要成分的化学式为_；在 pH 调节到 8 左右才开始出现大量 Ca3(As
21、O4)2 沉淀的原因为_。【解析】(1)若混合溶液中 Al3、Fe3的浓度均为 1.0104 molL1，依据 Ksp大小分析，Ksp(FeAsO4)较小，反应过程中 Fe3先析出沉淀；依据 Ksp(FeAsO4)c(Fe3)c(AsO34)5.71021；Fe3的浓度为 1.0104 molL1，计算得到c(AsO34)5.71017 molL1。(2)MnO2 将三价砷(H3AsO3 弱酸)氧化成五价砷(H3AsO4 弱酸)，同时生成 Mn2和H2O，由此可写出该反应的离子方程式。(3)硫酸钙难溶于酸，所以酸性条件下能析出，因此 pH 调节到 2 时废水中有大量沉淀产生，沉淀主要成分为 C
22、aSO4。H3AsO4 是弱酸，电离出来的 AsO34较少，所以酸性条件下不易形成Ca3(AsO4)2 沉淀，当溶液中 pH 调节到 8 左右时 AsO34浓度增大，Ca3(AsO4)2 开始沉淀。答案：(1)5.71017(2)2HMnO2H3AsO3=H3AsO4Mn2H2O(3)CaSO4 H3AsO4 是弱酸，当溶液中 pH 调节到 8 左右时 AsO34浓度增大，Ca3(AsO4)2 开始沉淀素养新思维5(2021黄石高二检测)废弃电池随意丢弃会对土壤或水产生污染，电池中含有的重金属离子对植物生长有毒害作用，摄入人体还会伤害人的脑细胞、神经、肝、肾、骨骼等等。某同学查阅一些难溶物常温
23、下的溶度积常数如表：物质 FeS CuS(黑色)MnS(红色)PbS HgS ZnS Ksp 1.591019 1.271036 2.51013 3.41028 6.41033 1.61024 物质 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mn(OH)2 Pb(OH)2 Zn(OH)2 Ksp 2.61039 3.21034 4.51013 1.01016 1.21017(1)该同学在含有相同浓度 Mn2和 Cu2的溶液中滴加 Na2S 的稀溶液，观察到先出现的沉淀颜色是_，该实验说明在相同条件下 Ksp 越小，物质的溶解度_(填“越大”或“越小”)。(2)已知室温下铁离子开始沉淀的 pH 为 1.0
24、，则此溶液中 Fe3的物质的量浓度为_，若溶液中含有与 Fe3等浓度的 Al3，调节 pH 使 Fe3沉淀完全时，其中_Al(OH)3 沉淀(填“含有”或“不含有”)。(3)某工业废水中含有 Cu2、Pb2、Hg2杂质，利用沉淀转化原理最适宜加入过量的_(填序号)。AFeS BFe2O3 CNa2S DZnOX写出加入该试剂除去 Pb2时发生的离子反应方程式_。(4)由 FeCl36H2O 晶体得到纯的无水 FeCl3，需要进行的操作是_。【解析】(1)同类型沉淀，Ksp 越小，溶解度越小，越优先析出，根据表中数据，由于 Ksp(MnS)Ksp(CuS)，所以 CuS 更难溶，在含有相同浓度
25、Mn2和 Cu2的溶液中滴加 Na2S 的稀溶液，优先析出 CuS 沉淀，为黑色沉淀；(2)室温下铁离子开始沉淀的 pH 为 1.0，则溶液中 c(OH)1013 molL1，此溶液中 Fe3的物质的量浓度为c(Fe3)KspFe（OH）3c3（OH）2.61039（1013）3 2.6 molL1，调节 pH 使 Fe3沉淀完全时，认为溶液中 c(Fe3)105 molL1，此时溶液中 c3(OH)KspFe（OH）3c（Fe3）2.610391052.61034 molL1，此时 c(Al3)c3(OH)2.62.610346.761034KspAl(OH)3，所以有 Al(OH)3 沉淀；(3)加入试剂应足量，为避免引入更多新的杂质，要使三种离子生成沉淀，最好选择难溶于水的 FeS，使它们转化为更难溶解的金属硫化物沉淀，同时避免引入更多的杂质，试剂除去 Pb2时发生的离子反应方程式为 FeSPb2=Fe2PbS；(4)在空气中直接加热 FeCl36H2O 晶体得不到纯的无水 FeCl3，原因是在空气中直接加热 FeCl36H2O 晶体会发生水解生成氢氧化铁和 HCl，为了抑制其水解应该在干燥的 HCl 气流中加热脱水。答案：(1)黑色 越小 (2)2.6 molL1 含有(3)A FeSPb2=Fe2PbS(4)在 HCl 气流中加热脱水