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《沉淀的溶解平衡》教案（苏教版选修4）

※基本信息※
- 资料类型：教(学)案
- 教材版本：不限
- 适用学校：不限
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※资料简介※
二. 重点、难点
1. 了解难溶电解质在水中的溶解情况。
2. 理解难溶电解质在水中的沉淀溶解平衡特点，正确理解和掌握溶度积KSP的概念。
3. 掌握运用浓度商和平衡常数来分析沉淀的溶解、生成和沉淀的转化。
4. 掌握简单的利用KSP的表达式，计算溶液中相关离子的浓度。
三. 教学过程
（一）难溶电解质在水中的沉淀溶解平衡
难溶电解质在水中也会建立一种动态平衡，这种动态平衡和化学平衡、电离平衡一样合乎平衡的基本特征、满足平衡变化的基本规律。
1、沉淀溶解平衡的概念：在一定条件下，难溶电解质溶解成离子的速率等于离子重新结合成沉淀的速率，溶液中各离子的浓度保持不变的状态。
2、沉淀溶解平衡的表达式：如：AgCl (s)   Cl－（aq）＋Ag＋（aq）
3、沉淀溶解平衡的特征：动、等、定、变。
4、影响溶解平衡的因素：
（1）内因：电解质本身的性质。
不同的电解质在水溶液中溶解的程度不一样，而且差别很大，有的能溶解很多，像NaCl、KCl、NaOH等，这些物质的溶解度大于0.1克，我们通常把它们称作易溶物质。有的溶解的不多，如CaSO4、Ca(OH)2等，这些物质的溶解度在0.01克到0.1克之间，我们通常把它们称作微溶物质，有的溶解的很少，像CaCO3、AgCl、AgS等，这些物质的溶解度小于0.01克，我们通常把它们称作难溶物质，在水溶液中我们把它们称作沉淀。溶解度表中的“不溶”就是指难溶。难溶电解质的溶解度尽管很小，但不可能为0，所谓沉淀完全，在化学上通常指残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5mol/L。
【总结】绝对不溶的电解质是没有的；同是难溶电解质，溶解度差别也很大；易溶电解质做溶质时只要是饱和溶液也可存在溶解平衡。
（2）外因：
①浓度：加水，平衡向溶解方向移动。
②温度：升温，多数平衡向溶解方向移动。
5、溶度积（平衡常数）——Ksp
（1）溶度积的概念：在一定温度下，在难溶电解质的饱和溶液中，各离子浓度幂之乘积为一常数，称为溶度积常数，简称溶度积。用符号Ksp表示。溶度积的大小取决于难溶电解质的本性，它随温度的升高而稍微增大，离子浓度的改变可使平衡发生移动，而不能改变溶度积。不同的难溶电解质在相同温度下Ksp不同。对于MmAn型电解质来说，溶度积的公式是：
Ksp =[c（Mn+）]m•[c（Am-）]n
（2）溶度积和溶解度的关系：对同类型的微溶电解质，如AgCl，AgBr，AgI，BaSO4，CaCO3等，在相同温度下，Ksp越大，溶解度就越大；Ksp越小，溶解度就越小。对于不同类型的微溶电解质，溶度积小的，溶解度不一定小。如Mg(OH)2的溶度积(Ksp=1.8×10-11)比CaCO3的溶度积（Ksp=2.8×10－9）小，但Mg(OH)2的溶解度(2.6×10-4mol•L-1)却比CaCO3的溶解度(5.29×10-5mol•L-1)大。因此，从Ksp大小比较溶解度大小时，只有在同类型的电解质之间才能直接比较。
（二）沉淀溶解平衡的应用
难溶电解质的沉淀溶解平衡作为一种动态的平衡，我们可以通过改变条件，控制其进行的方向，沉淀转为溶液中的离子，或者溶液中的离子转化为沉淀。
1、沉淀的生成：生成难溶电解质的沉淀，是工业生产、环保工程和科学研究中除杂或提纯物质的重要方法之一。
（1）沉淀剂的选择：要求除去溶液中的某种离子，又不能影响其他离子的存在，并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子还要便于除去。加入沉淀剂使沉淀物的溶解度尽可能小，溶液中沉淀物的溶解度越小，被沉淀离子沉淀越完全。一般加入适当过量沉淀剂，使沉淀完全，一般过量20%—50%。判定分离或除去某些离子完全的标准是溶液中这种物质的离子浓度小于10-5mol/L时，认为已经沉淀完全。
（2）形成沉淀和沉淀完全的条件：由于难溶电解质溶解平衡的存在，在合理选用沉淀剂的同时，有时还要考虑溶液的pH和温度的调控。
（3）通过氧化还原反应等方式改变某离子的存在形式，促使其转变为溶解度更小的难溶电解质以便分离出去。
2、沉淀的溶解：
（1）不断减小溶解平衡体系中的相应离子，平衡就向沉淀溶解的方向移动，当Qc < Ksp 时，沉淀溶解。
（2）溶解沉淀的方法：加入足量的水；使沉淀转化为气体；使沉淀转化为弱电解质；氧化还原法（）适用于具有明显氧化性或还原性的难溶物；使沉淀转化为配合物AgCl Ag＋＋Cl－    （AgCl加氨水生成银氨离子可溶）；使沉淀转化为其他沉淀。
3、沉淀的转化：由一种沉淀转化为另一种沉淀的过程，叫沉淀的转化。沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡移动。一般溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。沉淀转化的方法：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。使平衡向溶解的方向移动。
实验：在试管中加入ZnSO4溶液，再滴入Na2S溶液，观察现象。静置后倾去上层清液，蒸馏水洗涤沉淀2-3次。向沉淀中滴加适量的CuSO4溶液，观察现象。
实验现象：有白色沉淀出现，白色沉淀转化成为黑色沉淀。
定性解释：ZnS在水中存在沉淀溶解平衡：
ZnS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq) Ksp=1.6×10-24mol2•L-2
CuS在水中存在沉淀溶解平衡：
CuS(s) Cu2+(aq)+S2-(aq) Ksp=1.3×10-36mol2•L-2
当向ZnS沉淀上滴加CuSO4溶液时， ZnS溶解产生的S2-与CuSO4溶液中的Cu2+足以满足Qc>Ksp(CuS)的条件， S2-与Cu2+结合产生CuS沉淀并建立沉淀溶解平衡。 CuS沉淀的生成，使得S2-的浓度降低，导致S2-与Zn2+的Qc<Ksp(ZnS)，使得ZnS不断的溶解，结果是ZnS沉淀逐渐转化成为CuS沉淀。ZnS沉淀转化为CuS沉淀的总反应：
ZnS(s) + Cu2+(aq) = CuS(s) + Zn2+(aq)
【总结】沉淀的生成、溶解、转化本质上都是沉淀溶解平衡的移动问题，其基本依据主要有：
①浓度：加水，平衡向溶解方向移动。
②温度：升温，多数平衡向溶解方向移动。
③加入相同离子，平衡向沉淀方向移动。
④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。使平衡向溶解的方向移动。
【典型例题】
例1. 写出难溶电解质Fe(OH)3、Ca3(PO4)2的溶度积表达式。
分析：在一定温度下，在难溶电解质的饱和溶液中，各离子浓度幂之乘积为一常数，称为溶度积常数，简称溶度积。用符号Ksp表示。溶度积的大小取决于难溶电解质的本性，它随温度的升高而稍微增大，离子浓度的改变可使平衡发生移动，而不能改变溶度积.不同的难溶电解质在相同温度下Ksp不同。对于MmAn型电解质来说，溶度积的公式是：Ksp =[c（Mn+）]m•[c（Am-）]n。所以，
Fe(OH)3 Fe3++3OH- Ksp=[Fe3+][OH-]3
例2. 石灰乳中存在下列平衡：Ca(OH)2(s)   Ca2+(aq)+2OH－ (aq)，加入下列溶液，可使Ca(OH)2减少的是（    ）
A. Na2CO3溶液       B. AlCl3溶液     C. NaOH溶液      D. CaCl2溶液
分析：可使Ca(OH)2减少，溶解平衡必然向右移动，即向溶解的方向移动或转化为比Ca(OH)2更难溶的物质。因为Na2CO3与Ca(OH)2反应生成CaCO3使Ca(OH)2减少，AlCl3溶液与Ca(OH)2反应生成Al(OH)3，溶解平衡右移使Ca(OH)2减少，而NaOH溶液增大OH－浓度，CaCl2溶液增大，Ca2+浓度使溶解平衡左移，使Ca(OH)2增大。故答案选AB。
例3. 已知室温时AgBr的溶解度是8.8×10-7mol/L，Mg(NH4)PO4的溶解度是6.3×10-5mol/L，求AgBr、Mg(NH4)PO4的溶度积？
分析：AgBr(s) Ag++Br-
∵溶解的AgBr可认为完全电离
∴[Ag+]=[Br-]=8.8×10-7mol/L
Ksp[AgBr]=[Ag+][Br-]=(8.8×10-7)2=7.7×10-13
同理MgNH4PO4(s) Mg2++NH4++PO43-因为溶解的Mg(NH4)PO4可认为完全电离
∴c(Mg2+) = c(NH4+) = c(PO43－) =6.3×10-5mol/L
∴Ksp[Mg(NH4)PO4]= c(Mg2+) c(NH4+) c(PO43－)
=(6.3×10-5)3=2.5×10-13
则AgBr的溶度积为7.7×10-13，Mg(NH4)PO4的溶度积为2.5×10-13。
例4. 一定温度下，难溶电解质在饱和溶液中各离子浓度幂的乘积是一个常数，这个常数称为该难溶电解质的溶度积，用符号Ksp表示。
即：AmBn(s) mAn+(aq)＋nBm－(aq)　　　　[An+]m•[Bm－]n＝Ksp
已知：某温度时，Ksp(AgCl)=[Ag+][Cl－] ＝1.8×10－10，Ksp(Ag2CrO4)=[Ag+]2[CrO2- 4] ＝1.1×10－12试求：
（1）此温度下AgCl饱和溶液和Ag2CrO4饱和溶液的物质的量浓度，并比较两者的大小。
（2）此温度下，在0.010mo1•L-1的AgNO3溶液中，AgCl与Ag2CrO4分别能达到的最大物质的量浓度，并比较两者的大小。
例5. 在1L含1.0×10-3mol•L-1 的SO42-溶液中，注入0.01molBaCl2溶液（假设溶液体积不变）能否有效除去SO42-?已知：Ksp(BaSO4)= 4×10-10 mol2•L-2
分析：因为溶液中c(Ba2+)=0.01mol/L，c(SO42-)=0.001mol/L，反应生成BaSO4沉淀后，Ba2+过量，剩余 c(Ba2+)=
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