高考化学专题复习 第五章 沉淀反应教案.docx
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高考化学专题复习第五章沉淀反应教案
第五章沉淀反应
一、教学基本要求
1、沉淀溶解平衡
掌握溶度积常数与溶解度的相互换算。
2、溶度积规则及应用
掌握用溶度积规则判断溶液中沉淀的产生和溶解;掌握同离子效应的计算,了解盐效应;掌握计算难溶氢氧化物、硫化物开始沉淀、沉淀完全时c(OH—)、pH值;熟悉沉淀溶解的方法;掌握通过计算判断分步沉淀的顺序及第二种离子开始沉淀时,第一种离子是否沉淀完全;掌握沉淀转化反应的平衡常数的计算。
二、学时分配:
讲授内容
学时数(4.0)
1.沉淀溶解平衡
1.0
2.溶度积规则及应用
3.0
三、教学内容
§5.1沉淀溶解平衡
§5.1.1溶度积常数
将溶解度大于0.1g/100gH2O的物质称为易溶电解质,将溶解度在0.010.1g/100gH2O的物质称为微溶电解质,将溶解度小于0.01g/100gH2O的物质称为难溶电解质。
BaSO4(s)在饱和溶液中存在下列平衡:
BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO42-(aq);
则:
Kspo=Ba2+SO42-其中,cθ=1.0mol/dm3,不写入表达式中。
Kosp称为溶度积常数---即温度一定时,难溶电解质溶在水溶液中的部分,全部离解为离子时,离子的浓度的乘积是一常数,简称溶度积。
推广到一般式,如一反应为:
AmBn(s)mAn+(aq)+nBm–(aq)
则:
Kosp(AmBn)=
即:
指定反应式中的离子,以离子的化学计量系数为指数的幂的相对浓度的乘积是一常数。
●Kosp同样是温度的函数,但Kosp受温度影响不大,当温度变化不大时,可采用常温下的资料。
●溶度积的大小反映了难溶电解质溶解能力的大小。
对于同种类型基本不水解难溶强电解质,溶度积越大,溶解度也越大;对于不同类型难溶电解质,就不能用Kosp大小来比较溶解能力的大小,必须把溶度积换算成溶解度。
例如:
KospS(mol/dm3)
ABAgCl
AgBr
A2BAg2CrO4
§5.1.2溶度积常数和溶解度的相互换算
难溶化合物的溶解度S和Kosp都是表示难溶化合物溶解能力大小的物理量,因此它们之间存在着相互依赖的关系,是可以进行换算的,可以从S求Kosp也可以从Kosp求S。
换算时应注意:
●S浓度单位必须应用mol/L,以使与Kosp中离子浓度单位一致,否则应将其它单位形式换算成所要求的mol/L单位。
●由于难溶化合物溶液的浓度很稀,即S很小,换算时可以近似认为其溶液的密度和纯水一样为1g/cm3,这样100g溶液的体积就是100mL。
思考题:
1.298.1K时,BaSO4的溶解度为2.4210-4g/100gH2O,求此温度下的Kosp(BaSO4)?
2.已知PbI2的溶解度为0.6g/L,求PbI2的Kosp。
3.已知298.1K时,Ag2CrO4的溶度积是1.110-12,问Ag2CrO4的溶解度是多少?
(g/L)
结论:
(1)AB型化合物如:
AB(s)A++B-S(AB)=
(2)AB2型或A2B型如:
AB2A2++2B-S(AB2)=
(3)以上换算适合于基本不水解的难溶强电解质,对于难溶弱电解质不适合上述的换算关系。
但对于难溶的Mg(OH)2、Fe(OH)3等由于溶解度很小,溶解的部分可以近似地认为完全电离,因此可以使用。
§5.2溶度积规则及其应用
§5.2.1溶度积规则
将化学平衡移动原理应用到难溶电解质的多相离子平衡体系,
据化学等温式:
应用于沉淀---溶解平衡,如反应:
AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)
反应正向进行沉淀溶解,平衡右移
ΔG=RTln(Q/Ko)=0反应处于平衡态Q=Kosp平衡态,饱和溶液平衡
反应逆向进行生成沉淀平衡左移
以上关系称为溶度积规则,利用此规律我们可控制离子浓度,使之产生沉淀或使沉淀溶解。
§5.2.2同离子效应和盐效应
1.同离子效应
难溶电解质的溶液中,加入含有相同离子的强电解质时,使难溶电解质的溶解度降低的效应,称为同离子效应。
同离子效应盐效应。
2.盐效应
思考题:
根据Mg(OH)2的溶度积Kspθ=1.8×10-11,计算:
(1)Mg(OH)2在纯水中的溶解度(mol/L).
(2)Mg(OH)2饱和溶液中c(Mg2+)、c(OH-)为多少。
(3)Mg(OH)2在0.01mol/LNaOH溶液中的溶解度。
(4)在0.01mol/LMgCl2中的溶解度。
●在无机化学上只要离子残余浓度小于10-5mol/L,在分析化学上离子的残余浓度小于10-6mol/L,可认为该离子已沉淀完全了。
●加入过量的沉淀剂可以使沉淀完全,但不是越多越好,一般过量20%-50%即可。
为存在同离子效应的同时,也存在盐效应。
●例如:
纯水0.1mol/LKNO3
BaSO4溶解度(mol/L)1.1×10-52.3×10-5
更重要的是有些离子和沉淀剂发生配合反应,如:
Ag++Cl-AgCl
AgCl+Cl-(过量)AgCl2-沉淀溶解
§5.2.3酸度与沉淀反应
在沉淀反应中,特别是氢氧化物及一些难溶的弱酸盐,它们沉淀的完全与否,与溶液酸度的大小有直接的关系。
1.酸度与难溶金属氢氧化物
在难溶氢氧化物的多相离子平衡中
M(OH)n(s)Mn++nOH-
∵Kosp(M(OH)n)=Mn+]•OH-]n
∴OH-]=
若溶液的起始浓度Mn+]=1.0mol/L时,则M(OH)n开始沉淀的c(OH-)最低浓度为:
OH-]=
此时,OH-]与Kosp{M(OH)n}成正比,即Kosp越小,则需要OH-]越小,溶液的pH值越低;同样即Kosp越大,则需要OH-]越大,溶液的pH值越高;当沉淀完全时Mn+]小于10-5mol/L,此时:
OH-]=
思考题:
若某溶液含Fe3+,浓度为0.1mol/L和Ni2+,浓度为1mol/L。
问控制PH值为多少时,方可出去Fe3+杂质,而又使Ni2+不沉淀?
Kosp{Fe(OH)3}=4.010-38Kosp{Ni(OH)2}=2.010-15
2.酸度与难溶金属硫化物(考试不要求)
MS在沉淀溶解的过程中存在着两个平衡:
MS(s)M2++S2-…(a)
H2S2H++S2-…(b)
(a)式-(b)式得到MS(s)+2H+H2S+M2+
其平衡表达式为:
∴
又因为,Koa1(H2S)Koa2(H2S)H2S]=1.410-21∴
当沈沉淀完全时,则M2+]10-5mol/L∴
又因为:
H2S2H++S2-
H+]2S2-]=Koa1(H2S)Koa2(H2S)H2S]∴H+]2∝1/S2-],溶液中H+和S2-是竞争反应。
例:
298.15K时,某溶液中Zn2+]=0.010mol/L,如果不断将H2S气体通入溶液中,使H2S始终处于饱和状态,并有ZnS沉淀不断生成,求开始沉淀时的pH值和沉淀完全时的pH值。
(防止ZnS开始沉淀所需pH值)
查表:
Kosp(ZnS)=2.510-22,Koa1(H2S)=1.110-7
Koa2(H2S)=1.310-13
§5.2.4使沉淀溶解的方法
据溶度剂规则,沉淀溶解的必要条件是QcKosp,只要创造这一条件都能使沈淀溶解平衡向溶解的方向移动。
1.酸碱溶解法(生成弱酸、弱碱或水)
●利用酸、碱或某些盐与难溶电解质的组分离子生成弱电解质(弱酸、弱碱或水),以溶解某些弱酸盐、弱碱盐、氢氧化物等难溶电解质的方法,称为酸碱溶解法,是沉淀生成的逆反应
如:
CaCO3的溶解反应:
CaCO3(s)+2H+Ca2++H2CO3
CO2+H2O
●一般情况下:
Ko10-6不易溶解,Ko106可溶解完全,当10-6Ko106时,可调整溶液酸度使沉淀溶解;Ko值小时,溶液的酸度要大一些;Ko值大时,溶液的酸度要小一些。
例:
298.15K时,溶解0.1mol的CuS(s)和MnS(s),各需要1升浓度为多大的盐酸?
2.氧化还原溶解法
●对于不能溶解于酸的一些难溶化合物,可以借助氧化还原的方法来溶解,其原理是通过氧化剂和难溶化合物中的离子发生氧化还原反应,使其在溶液中的离子浓度降低,则平衡向溶解的方向移动,即使QcKosp则沉淀溶解。
如:
CuS(s)+HNO3S+NO↑+Cu2++H2O
CuS(s)Cu2++S2-
+
HNO3S+NO↑+H2O
S2-浓度降低,从而使QcKosp平衡向右移动,使CuS沉淀溶解。
3.配位溶解
有些难溶化合物的Kosp非常小,用氧化的方法仍不能使其溶解,则可以采用加入配合剂的方法,使配合剂和难溶化合物的组分形成稳定的配合物,来降低难溶化合物在溶液中离子的浓度,从而使平衡向右移动,沉淀溶解。
例:
HgS的Kosp极小,只能在王水中的溶解,
3HgS+2NO3-+12Cl-+8H+
3HgCl42-+3S↓+2NO↑+4H2O
§5.2.4分步沉淀和沉淀转化
1.分步沉淀
如在体系中同时含有多种离子,这些离子可能与加入的沉淀剂均有沉淀反应,但由于各自的溶解度不同,所以沉淀时所需沉淀剂的量也不同,利用这一差别,可通过逐滴加入沉淀剂,控制加入沉淀剂的浓度,让其分别沉淀,溶解度小的先沉淀,溶解度大的后沉淀,这种现象称为分步沉淀。
●在混合离子溶液中加入沉淀剂时,根据溶度积规则计算每种离子开始沉淀所需沉淀剂的浓度,然后根据所需沉淀剂的浓度的大小判断沉淀的顺序。
若所需沉淀剂的浓度越小,就先达到溶度积,先沉淀。
●分步沉淀的顺序不仅和难溶物的溶解度有关,还和溶液中的离子浓度有关,当两种离子的浓度相差很大时,则可能改变离子沉淀的顺序。
例:
在海水中c(Cl-)≈10-5mol/L,c(I-)≈2.210-13
mol/L,此时加入AgNO3试剂问那一种离子先沉淀?
Kosp(AgCl)=1.810-10,Kosp(AgI)=8.310-17
据溶度积规则:
c(Ag+)Cl-=1.810-10/10-5=1.810-5mol/L
c(Ag+)I-=8.310-17/10-13=8.310-4mol/L,
c(Ag+)Cl-c(Ag+)I-∴此时AgI首先沉淀.
●一般情况下,同一类型的难溶电解质溶度积常数相差越大,越易分离,即Kosp(A)Kosp(B),或
Kosp(A)/Kosp(B)≧106;不同类型的难溶电解质的溶解度相差越大,越易分离,分离效果越好。
掌握了分步沉淀的规律,可视具体情况,控制适当的条件,就可以达到分离或提纯的目的。
2.沉淀的转化
将一种难溶化合物转化为另一种难溶化合物,这种过程称为沉淀的转化。
如锅炉中的水垢,其中含有CaSO4,可以用Na2CO3溶液处理,使CaSO4转化为疏松的且易溶于酸的CaCO3,才能把锅垢清除掉,其反应式为:
CaSO4(s)+CO32-CaCO3(s)+SO42-
△rGθm=-RTlnKθ=-20kJ/mol<0可见CaSO4转化为CaCO3是很容易进行的。
例:
298.15K时,在1升Na2CO3溶液中转化0.01mol的CaSO4(s),问Na2CO3的最初浓度应为多少?
又例:
298.15K时,在1升Na2CO3溶液中转化0.01mol的BaSO4(
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