第三章 第四节 第1课时 沉淀溶解平衡与溶度积.docx
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第三章第四节第1课时沉淀溶解平衡与溶度积
第四节 难溶电解质的溶解平衡
第1课时 沉淀溶解平衡与溶度积
[核心素养发展目标] 1.变化观念与平衡思想:
知道难溶电解质的沉淀溶解平衡及其影响因素,能多角度、动态地分析难溶电解质的溶解平衡。
2.证据推理与模型认知:
知道溶度积的意义,建立根据溶度积和离子积的关系判断反应进行方向的思维模型。
一、难溶电解质的溶解平衡
1.25℃时,溶解性与溶解度的关系
溶解性
易溶
可溶
微溶
难溶
溶解度
>10g
1~10g
0.01~1g
<0.01g
2.难溶电解质的溶解平衡
(1)溶解平衡的建立
(2)溶解平衡方程式
以AgCl溶解平衡为例:
AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)。
提示 ①要标明各微粒的状态;
②要与AgCl的电离方程式区分开,强电解质完全电离:
AgCl===Ag++Cl-。
(3)溶解平衡的特征
3.难溶电解质溶解平衡的影响因素
(1)内因(决定因素):
难溶电解质本身的性质。
(2)外因
外
因
温度
绝大多数难溶盐的溶解是吸热过程,升高温度,平衡向溶解的方向移动
浓度
加水稀释,平衡向溶解的方向移动
同离子效应
向平衡体系中加入难溶物相应的离子,平衡逆向移动
其他
向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶或更难电离的物质或气体的离子时,平衡向溶解的方向移动
(1)由于BaSO4难溶,所以将BaSO4加入水中,溶液中无Ba2+和SO
( × )
(2)难溶电解质的溶解平衡是动态平衡,即溶解和沉淀仍然同时进行着,只是v(溶解)=v(沉淀)( √ )
(3)Ca(OH)2溶解放热,所以升温,Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)溶解平衡逆向移动( √ )
(4)含等物质的量的AgNO3与NaCl的溶液混合后,恰好完全生成AgCl沉淀,溶液中不存在Ag+和Cl-( × )
(5)当溶液中某离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,可视为该离子沉淀完全( √ )
1.已知溶解平衡:
Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),请分析当改变下列条件时,对该溶解平衡的影响,并填写下表(浓度变化均指平衡后和原平衡比较):
条件改变
移动方向
c(Mg2+)
c(OH-)
加水
正向移动
不变
不变
升温
正向移动
增大
增大
加MgCl2(s)
逆向移动
增大
减小
加盐酸
正向移动
增大
减小
加NaOH(s)
逆向移动
减小
增大
2.Ca(OH)2是一种强碱,在水中应该完全电离,但某同学见到过以下两个式子,Ca(OH)2===Ca2++2OH-,Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq),请帮他解开迷惑。
提示 Ca(OH)2===Ca2++2OH-是在澄清石灰水中的电离方程式,Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)是在Ca(OH)2悬浊液中的溶解平衡方程式,区分时可看是否标有各微粒的状态。
3.将AgCl分别投入下列溶液中:
①40mL0.03mol·L-1的HCl溶液 ②50mL0.03mol·L-1的AgNO3溶液 ③30mL0.02mol·L-1的CaCl2溶液 ④10mL蒸馏水。
AgCl的溶解度由大到小的顺序是__________。
答案 ④>①=②>③
解析 AgCl(s)在溶液中存在如下溶解平衡:
AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),①中c(Cl-)=0.03mol·L-1,抑制了AgCl(s)的溶解,使得AgCl(s)的溶解度减小,②中c(Ag+)=0.03mol·L-1,也抑制了AgCl(s)的溶解,且抑制程度与①相同,③中的c(Cl-)=0.04mol·L-1,抑制溶解,且抑制程度大于①和②,AgCl(s)的溶解度更小。
所以AgCl的溶解度由大到小的顺序是④>①=②>③。
1.溶解平衡的影响因素
升温一般促进,加入相同离子抑制,加入反应的离子促进。
2.难溶电解质溶解平衡与其电离平衡的区别
难溶电解质溶解平衡表示已溶溶质的离子与未溶溶质之间的平衡,是可逆过程,表达式需要注明状态,如Al(OH)3(s)Al3+(aq)+3OH-(aq)。
电离平衡是溶解的弱电解质分子与离子之间的转化达到的平衡状态,难溶强电解质的电离,没有电离平衡,如BaSO4===Ba2++SO
;难溶弱电解质的电离,存在电离平衡,如Al(OH)3Al3++3OH-。
二、溶度积常数
1.概念
在一定温度下,沉淀溶解达平衡后的溶液为饱和溶液,其离子浓度不再发生变化,溶液中各离子浓度幂之积为常数,叫做溶度积常数(简称溶度积),用Ksp表示。
2.表达式
AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)
Ksp=cm(An+)·cn(Bm-)。
3.影响因素
溶度积Ksp值的大小只与难溶电解质本身的性质和温度有关,与浓度无关。
4.意义
Ksp的大小反映难溶电解质的溶解能力。
5.应用——溶度积规则
通过比较溶度积与溶液的离子积Qc的相对大小,可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解:
(1)Qc>Ksp,溶液过饱和,有沉淀析出,直至溶液饱和,达到新的平衡。
(2)Qc=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态。
(3)Qc (1)Ksp小的溶解度一定小于Ksp大的溶解度( × ) (2)改变外界条件使溶解平衡正向移动,Ksp一定增大( × ) (3)可利用溶液混合后的Qc与Ksp的相对大小来判断溶液混合后是否有沉淀生成( √ ) 1.已知25℃时,Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12,Ksp(AgI)=8.5×10-17。 (1)25℃时,氯化银的饱和溶液中,c(Cl-)=________,向其中加入NaCl固体,溶解平衡________,溶度积常数________。 (2)25℃时,若向50mL0.018mol·L-1的AgNO3溶液中加入50mL0.020mol·L-1的盐酸,混合后溶液中的c(Ag+)=________,pH=________。 (3)25℃时,氯化银的饱和溶液和铬酸银的饱和溶液中,Ag+浓度大小顺序为___________,由此可得出________更难溶。 (4)25℃时,取一定量含有I-、Cl-的溶液,向其中滴加AgNO3溶液,当AgCl和AgI同时沉淀时,溶液中 =____________。 (5)将等体积的4×10-3mol·L-1的AgNO3溶液和4×10-3mol·L-1的K2CrO4溶液混合________(填“有”或“没有”)Ag2CrO4沉淀产生。 答案 (1)1.3×10-5mol·L-1 左移 不变 (2)1.8×10-7 2 (3)Ag2CrO4>AgCl AgCl (4)4.7×10-7 (5)有 解析 (1)氯化银的饱和溶液中无其他离子影响,c(Ag+)=c(Cl-)= mol·L-1≈1.3×10-5mol·L-1。 (2)n(AgNO3)=50mL×0.018mol·L-1=0.9mmol,n(HCl)=50mL×0.020mol·L-1=1mmol,两溶液混合,AgNO3+HCl===AgCl↓+HNO3,HCl过量: 1mmol-0.9mmol=0.1mmol,故反应后的c(Cl-)= =1×10-3mol·L-1,H+未被消耗,c(H+)= =1×10-2mol·L-1。 c(Ag+)·c(Cl-)=1.8×10-10,即c(Ag+)·(1×10-3)=1.8×10-10,解得c(Ag+)=1.8×10-7mol·L-1;pH=-lg(1×10-2)=2。 (3)在Ag2CrO4的沉淀溶解平衡中 Ag2CrO4(s)2Ag+(aq)+CrO (aq) 2x x (2x)2·x=2.0×10-12,x3=0.5×10-12,x= ×10-4, c(Ag+)=2x=2 ×10-4mol·L-1≈1.6×10-4mol·L-1。 (4)AgCl和AgI同时沉淀时,溶液中的c(Ag+)一定是相同的,所以就有: = = = ≈4.7×10-7。 (5)4×10-3mol·L-1的AgNO3溶液和4×10-3mol·L-1的K2CrO4溶液等体积混合: c(Ag+)= =2×10-3mol·L-1,同理可以求得c(CrO )=2×10-3mol·L-1,故: Qc=c2(Ag+)·c(CrO )=(2×10-3)2×2×10-3=8×10-9>Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12,所以有Ag2CrO4沉淀产生。 2.在0.10mol·L-1硫酸铜溶液中加入NaOH稀溶液充分搅拌,有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成,当溶液的pH=8时,c(Cu2+)=______mol·L-1(Ksp[Cu(OH2)]=2.2×10-20)。 若在0.1mol·L-1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体,使Cu2+完全沉淀为CuS,此时溶液中的H+浓度是________mol·L-1。 答案 2.2×10-8 0.2 解析 Ksp[Cu(OH2)]=c(Cu2+)·c2(OH-)=c(Cu2+)·(1×10-6)2=2.2×10-20,解得c(Cu2+)=2.2×10-8mol·L-1。 0.1mol·L-1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体,反应方程式为: CuSO4+H2S===CuS↓+H2SO4,假设硫酸铜溶液为1L,则n(Cu2+)=0.1mol·L-1×1L=0.1mol,通入H2S气体,对溶液的体积影响不大,体积仍然视为1L,那么生成n(H2SO4)=0.1mol,则n(H+)=0.2mol,所以c(H+)= =0.2mol·L-1。 (1)Ksp只与难溶电解质的性质、温度有关,而与沉淀的量和溶液中离子浓度无关,离子浓度的变化只能使平衡移动,不改变溶度积。 (2)①Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。 在相同温度时,对于同类型物质,Ksp数值越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强。 如由Ksp数值可知,溶解能力: AgCl>AgBr>AgI,Cu(OH)2 ②不同类型的物质,Ksp差距不大时不能直接作为比较依据。 如(25℃): AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),Ksp=1.8×10-10, Ag2CrO4(s)2Ag+(aq)+CrO (aq), Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12,但是Ag2CrO4更易溶。 1.向含有MgCO3固体的溶液中滴加少许浓盐酸(忽略体积变化),下列数值变小的是( ) A.c(CO )B.c(Mg2+) C.c(H+)D.Ksp(MgCO3) 答案 A 解析 含MgCO3固体的溶液中存在沉淀溶解平衡: MgCO3(s)Mg2+(aq)+CO (aq),滴加少许浓盐酸,H+与CO 反应,使平衡向右移动,则c(Mg2+)和c(H+)增大,c(CO )减小,温度不变,Ksp(MgCO3)不变,故A正确。 2.(2019·河北巨鹿二中高二下学期月考)已知在Ca3(PO4)2饱和溶液中,c(Ca2+)=2.0×10-6mol·L-1,c(PO )=1.58×10-6mol·L-1,则Ca3(PO4)2的Ksp为( ) A.2.0×10-29B.3.2×10-12 C.6.3×10-18D.5.1×10-27 答案 A 解析 Ca3(PO4)2的饱和溶液中存在溶解平衡: Ca3(PO4)2(s)3Ca2+(aq)+2PO (aq),c(Ca2+)=2.0×10-6mol·L-1,c(PO )=1.58×10-6mol·L-1,则Ca3(PO4)2的Ksp=(2.0×10-6)3×(1.58×10-6)2≈2.0×10-29,A项正确。 3.将足量的BaCO3粉末分别加入下列溶液中,充分溶解至溶液饱和。 下列溶液中Ba2+的浓度最小的是( ) A.10mL0.2mol·L-1Na2CO3溶液 B.40mL水 C.50mL0.01mol·L-1BaCl2溶液 D.100mL0.01mol·L-1盐酸 答案 A 解析 A项,CO 的浓度较大,抑制BaCO3的溶解,则Ba2+的浓度最小;B项,饱和溶液中存在BaCO3(s)Ba2+(aq)+CO (aq),溶液中存在一定浓度的Ba2+,但浓度较小;C项,BaCl2电离产生的Ba2+的浓度为0.01mol·L-1,虽然BaCO3的溶解受到抑制,但Ba2+的浓度仍较大;D项,BaCO3与盐酸反应生成Ba2+的浓度为0.005mol·L-1,Ba2+的浓度较大。 4.(2019·肇庆高二检测)某温度下,Fe(OH)3(s)、Cu(OH)2(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后,改变溶液pH,金属阳离子浓度变化如图所示。 据图分析,下列判断正确的是( ) A.Ksp[Cu(OH)2] B.d点代表的溶液中Fe(OH)3已过饱和、Cu(OH)2未饱和 C.加适量NH4Cl固体可使溶液由a点变到b点 D.b、c两点代表的Fe(OH)3、Cu(OH)2溶解度相等 答案 B 解析 对于Fe(OH)3,Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-),对于Cu(OH)2,Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·c2(OH-),当控制金属阳离子浓度相同时,根据图像,Fe3+溶液的pH小于Cu2+溶液的pH,说明前者溶液中c(OH-)小于后者,所以Ksp[Cu(OH)2]>Ksp[Fe(OH)3],故A错误;d点溶液中,c(Fe3+)大于该pH下达到沉淀溶解平衡的c(Fe3+),则Qc>Ksp[Fe(OH)3],说明Fe(OH)3已过饱和,同理,c(Cu2+)小于该pH下达到沉淀溶解平衡的c(Cu2+),则Qc 5. (1)工业废水中常含有一定量的Cr2O 和CrO ,它们会对人类及生态系统产生很大损害,必须进行处理。 Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡: Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq),常温下,Cr(OH)3的溶度积Ksp=10-32,要使c(Cr3+)降低为10-5mol·L-1,溶液的pH应调至________。 (2)在0.10mol·L-1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌,有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成,当溶液的pH=8时,c(Cu2+)=_________________mol·L-1(Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20)。 若在0.10mol·L-1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体,使Cu2+完全沉淀为CuS,此时溶液中的H+浓度是_______mol·L-1。 答案 (1)5 (2)2.2×10-8 0.20 解析 (1)Ksp=c(Cr3+)·c3(OH-)=10-32, 则c(OH-)= = mol·L-1=10-9mol·L-1, c(H+)= = mol·L-1=10-5mol·L-1, pH=-lgc(H+)=-lg10-5=5。 (2)pH=8时c(OH-)=10-6mol·L-1,由氢氧化铜的溶度积常数可知: Ksp=2.2×10-20=10-12×c(Cu2+),得c(Cu2+)=2.2×10-8mol·L-1。 使Cu2+完全沉淀为CuS,已知c(Cu2+)=0.10mol·L-1,根据反应关系式: Cu2+~2H+得c(H+)=0.20mol·L-1。 题组一 沉淀溶解平衡的含义 1.下列关于沉淀溶解平衡的说法正确的是( ) A.只有难溶电解质才存在沉淀溶解平衡过程 B.沉淀溶解平衡过程是可逆的 C.在平衡状态时,v(溶解)=v(沉淀)=0 D.达到沉淀溶解平衡的溶液不一定是饱和溶液 答案 B 解析 无论是难溶电解质还是易溶电解质,都可存在沉淀溶解平衡过程,A项错误;沉淀溶解达平衡状态时,v(溶解)=v(沉淀)≠0,C项错误;沉淀溶解过程达到平衡时,溶液也达到饱和状态,D项错误。 2.(2020·郑州期中)下列有关AgCl沉淀的溶解平衡说法正确的是( ) A.AgCl沉淀生成和沉淀溶解达平衡后不再进行 B.AgCl难溶于水,溶液中没有Ag+和Cl- C.升高温度,AgCl沉淀的溶解度增大 D.向AgCl沉淀溶解平衡体系中加入NaCl固体,AgCl固体的质量不变 答案 C 解析 难溶物达到溶解平衡时沉淀的生成和溶解都不停止,但溶解速率和生成速率相等,A错误;没有绝对不溶的物质,B错误;温度越高,AgCl的溶解度越大,C正确;向AgCl沉淀溶解平衡体系中加入NaCl固体,使溶解平衡左移,AgCl固体的质量增大,D错误。 题组二 外界条件对沉淀溶解平衡的影响 3.一定温度下,Mg(OH)2固体在水中达到沉淀溶解平衡: Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)。 要使Mg(OH)2固体质量减少而c(Mg2+)不变,采取的措施可能是( ) A.加适量水B.通HCl气体 C.加NaOH固体D.加MgSO4固体 答案 A 解析 加适量水,会使溶解平衡右移,从而固体质量会减少,但由于温度不变,饱和溶液的浓度就不变。 4.在AgCl、CaCO3、Fe(OH)3、Mg(OH)2这些物质中,溶解度不随pH变化的是( ) A.AgClB.CaCO3 C.Fe(OH)3D.Mg(OH)2 答案 A 5.(2019·重庆高二检测)把Ca(OH)2放入蒸馏水中,一段时间后达到平衡: Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)。 下列说法正确的是( ) A.恒温下向溶液中加入CaO,溶液的pH升高 B.给溶液加热,溶液的pH升高 C.向溶液中加入Na2CO3溶液,其中固体质量增加 D.向溶液中加入少量NaOH固体,Ca(OH)2固体质量不变 答案 C 解析 恒温下Ksp不变,加入CaO后,溶液仍为Ca(OH)2的饱和溶液,pH不变,A错误;加热,Ca(OH)2的溶解度减小,溶液的pH降低,B错误;加入Na2CO3溶液,沉淀溶解平衡向右移动,Ca(OH)2固体转化为CaCO3固体,固体质量增加,C正确;加入NaOH固体,平衡向左移动,Ca(OH)2固体质量增加,D错误。 6.(2020·济南高二检测)一定温度下,将足量的AgCl分别放入下列物质中,AgCl的溶解度由大到小的排列顺序是( ) ①20mL0.01mol·L-1KCl溶液 ②30mL0.02mol·L-1CaCl2溶液 ③40mL0.03mol·L-1HCl溶液 ④10mL蒸馏水 ⑤50mL0.05mol·L-1AgNO3溶液 A.①>②>③>④>⑤B.④>①>③>②>⑤ C.⑤>④>②>①>③D.④>③>⑤>②>① 答案 B 解析 AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq),c(Cl-)或c(Ag+)越大,对AgCl的溶解抑制作用越大,AgCl的溶解度就越小。 注意AgCl的溶解度大小只与溶液中Ag+或Cl-的浓度有关,而与溶液体积无关。 ①c(Cl-)=0.01mol·L-1,②c(Cl-)=0.04mol·L-1,③c(Cl-)=0.03mol·L-1,④c(Cl-)=0mol·L-1,⑤c(Ag+)=0.05mol·L-1;Ag+或Cl-浓度由小到大的顺序为④<①<③<②<⑤,故AgCl的溶解度由大到小的排列顺序为④>①>③>②>⑤。 题组三 溶度积及应用 7.(2020·济南期中)下列说法正确的是( ) A.难溶电解质在水中达到沉淀溶解平衡时,沉淀和溶解立即停止 B.Ksp越小,难溶电解质在水中的溶解能力一定越弱 C.Ksp的大小与离子浓度无关,只与难溶电解质的性质和温度有关 D.相同温度下,AgCl在水中的溶解能力与在NaCl溶液中的溶解能力相同 答案 C 解析 难溶电解质在水中达到沉淀溶解平衡,沉淀溶解平衡是动态平衡,沉淀和溶解的速率相同,故A项错误;Ksp可用来判断相同类型的化合物在水中的溶解度大小,但如果化合物的类型不同,就不能直接进行判断,故B项错误;沉淀溶解平衡存在溶度积常数,Ksp的大小与离子浓度无关,只与难溶电解质的性质和温度有关,故C项正确;相同温度下,AgCl在水中的溶解能力大于在NaCl溶液中的溶解能力,因为在NaCl溶液中氯离子对氯化银的溶解起到抑制作用,故D项错误。 8.下列说法正确的是( ) A.含有AgCl和AgI固体的悬浊液中c(Ag+)>c(Cl-)=c(I-) B.25℃时,Cu(OH)2在水中的溶解度大于在Cu(NO3)2溶液中的溶解度 C.在含有BaSO4沉淀的溶液中加入Na2SO4固体,c(Ba2+)增大 D.25℃时,AgCl在同浓度的CaCl2和NaCl溶液中的溶解度相同 答案 B 解析 Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),所以含AgCl和AgI固体的悬浊液中c(Ag+)>c(Cl-)>c(I-),A项不正确;Cu(NO3)2溶液中含有Cu2+,使Cu(OH)2(s)Cu2+(aq)+2OH-(aq)逆向移动,溶解度比在水中的小,B项正确;在含有BaSO4沉淀的溶液中加入Na2SO4固体,c(SO )增大,沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移动,c(Ba2+)减小,C项不正确;溶液中c(Cl-)越大,AgCl的溶解度越小,D项不正确。 9.(2019·合肥联考)在2L含有物质的量均为0.1mol的Ca2+、Mg2+的某溶液中,加入一定量的NaOH固体使溶液的pH=11,有沉淀生成,过滤。 已知: Ksp[Ca(OH)2]=4.68×10-6;Ksp[Mg(OH)2]=5.61×10-12。 当离子浓度小于10-5mol·L-1认为已经除净,下列说法正确的是( ) A.此沉淀是Mg(OH)2、Ca(OH)2的混合物 B.此沉淀只有Mg(OH)2 C.过滤后滤液中存在Ca2+、Mg2+ D.向原溶液中加入8.8gNaOH固体,不可以使Ca2+部分转化为沉淀 答案 B 解析 加入NaOH固体调至pH=11,此时滤液中c(OH-)=1×10-3mol·L-1,则Qc[Ca(OH)2]=c(Ca2+)×(10-3)2=0.05×(10-3)2=5×10-8
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