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1、化学综合 第六课 沉淀和溶解平衡 学习目标 l了解 难溶物在水中的溶解情况 认识沉淀 溶解平衡的建立过程 l理解 溶度积的概念 能用溶度积规则判断 沉淀的产生 溶解 转化 l了解 沉淀溶解平衡在生产 生活中的应用 溶洞中美丽的石笋 钟乳石和 石柱是大自然创造的奇迹 石 灰岩里不溶性的碳酸钙与水及 二氧化碳反应能转化为微溶性 的碳酸氢钙 溶有碳酸氢钙的 水从溶洞顶向溶洞底滴落时 水分蒸发 二氧化碳压强减小 以及温度的变化都会使二 氧化碳溶解度减小而析出 碳酸钙沉淀 这些沉淀经 过千百万年的积聚 渐渐 形成了钟乳石 石笋等 饱和NaCl 溶液 形状不规则 的NaCl固体 形状规则 的NaCl固 体
2、 一昼夜后观察发现 固体变为规则 的立方体 质量并未发生改变 思考 得到什么启示 物质的溶解 我们曾根据物质的溶解度将物质分为易溶 可溶 微溶 难溶等 一般称为 溶解度 g 难溶 微溶 可溶 易溶 10 0 01 0 01 1 1 10 如氯化银 硫酸钡就属于难溶物 那么 它们在水中是否完全不能溶解 物质的溶解 溶解 AgCl s Ag aq Cl aq 沉淀 Ag Cl 水分子作用下 物质的溶解 多相离子平衡 溶解度口诀 l钾钠铵盐硝酸盐 l都能溶在水中间 l盐酸盐里亚汞银 l硫酸盐里钡和铅 l还有钙银是微溶 l碳酸多数是沉淀 l酸多溶 碱少溶 l钾钠钡铵 钙微溶 思考 下列各组离子在水溶液
3、中能 大量共存的是 A Ca2 CO32 Cl B Cu2 Fe3 SO42 C Ca2 SO42 Cl D Mg2 OH Cl E Ba2 Na Cl 沉淀溶解平衡 V溶解 V沉淀 V t 在一定的温度下 当沉 淀溶解的速率和沉淀生 成 结晶 的速率相等 时 形成电解质的饱和 溶液 达到平衡状态 我们把这种平衡称为沉 淀溶解平衡 AmBn s mAn aq nBm aq 表示方法 沉淀溶解平衡 l沉淀 晶体 表面的离子进入水中 水中 的离子也回到沉淀表面 l溶解速率和结晶速率相等 l动态平衡 l达到平衡时溶液中各离子浓度一定 l条件改变时平衡会移动 特点 逆 等 动 定 变 注意与离解平衡的
4、区别 溶度积 Solubility Product lKsp 称为溶度积常数 简称溶度积 l反映物质的溶解能力 l也受温度影响 但影响不太大 通常可采 用常温下测得的数据 AmBn s mAn aq nBm aq 写出BaCO3 Ag2SO4 Mg OH 2在 水中的沉淀溶解平衡的方程式和 溶度积的表达式 练一练 将足量AgCl分别溶于下列试剂中形成 AgCl饱和溶液 沉淀溶解平衡表示式 为 水中 10mL 0 1mol L NaCl溶液 5mL 0 1mol L 的MgCl2溶液中 三种溶液中Ag 浓度大小顺序是 AgCl s Ag aq Cl aq 溶解度与溶度积的相互换算 溶解度 s 溶
5、解物质 克 100克水 溶剂 溶度积 Ksp 涉及离子浓度 溶解物质 物质的量 1L溶液 对于难溶物质 离子浓度很稀 可作近似处理 x g 100 gH2O 10 M mol L 1 1 AB型 如AgCl AgI CaCO3 AB S A aq B aq 溶解度 S S Ksp c A c B S2 溶解度与溶度积的换算 2 AB2或A2B型 Mg OH 2 Ag2CrO4 AB2 S A2 aq 2B aq 溶解度 S 2S Ksp c A c 2 B S 2S 2 4S3 3 AB3或A3B型 如 Fe OH 3 Ag3PO4 A3B s 3A aq B3 aq 溶解度 3S S Ksp
6、 c 3 A c B3 3S 3S 27S4 几种类型的难溶物质溶度积 溶解度比较 难溶物质类型难溶物质溶度积Ksp 溶解度 mol L 1 ABAgCl1 77 10 101 33 10 5 BaSO41 08 10 101 04 10 5 AB2CaF23 45 10 112 05 10 4 A2BAg2CrO41 12 10 12 6 54 10 5 对对于同型难难溶物质质 溶度积积大的 以mol L 1 为单为单 位的溶解度也大 因此可以根据溶度积积 的大小来直接比较较它们们溶解度的相对对高低 溶度积与溶解度的换算 l不适用的情况 l难溶的弱电解质 l在溶液中易形成离子对的难溶电解质
7、l显著水解的电解质 内因 难溶物本身的性质 外因 浓度 温度 同离子效应和盐效应 化学反应的影响 影响沉淀溶解平衡的因素 讨论 对于平衡AgCl s Ag aq Cl aq 若改变条件 对其有何影响 改变变条件平衡移动动方向 平衡时时 c Ag 平衡时时 c Cl 升 温 加 水 加AgCl s 加NaCl s 加NaI s 加AgNO3 s 加NH3 H2O 不变 不变 不移动 不变 不变 温度的影响 l一般情况 升高温度可以增大溶度积常数 l沉淀的溶解反应一般是吸热反应 升高温 度平衡右移 溶解度增大 l沉淀性质不同时溶解度增大的情况也不同 颗粒粗大的晶形沉淀一般是冷却后再过 滤 以防溶解
8、损失过大 而沉淀溶解度极 小的无定形沉淀一般是趁热过滤的 Q 称为离子积 其表达式中离子浓 度为此瞬间溶液中的实际浓度 不论溶液中离子的来源 Qc c m An c n Bm AmBn s mAn aq nBm aq 浓度的影响 离子积 Q Ksp 有沉淀生成 溶度积规则 溶度积规则的应用 l判断是否有沉淀生成 l原则上只要Q Ksp 便应该有沉淀产生 但是 只有当溶液中含约10 5 g L 1固体时 人眼才能观察到混浊现象 故实际观察 到有沉淀产生所需的离子浓度往往要比理 论计算稍高些 溶度积常数的应用 l判断沉淀的完全程度 l没有一种沉淀反应是绝对完全的 l通常认为溶液中某离子的浓度小于1
9、X10 5 mol L时 即为沉淀完全 取5ml0 002mol L 1 BaCl2与等体积的0 02mol L 1 Na2SO4的混合 是否有沉淀产生 若有 计算Ba2 是否沉 淀完全 该温度下BaSO4的 Ksp 1 1 10 10 2 SO42 Ba2 BaSO4 Ksp 0 009 c Ba2 1 1 10 10 c Ba2 1 2 10 8Ksp 故有沉淀产生 例如 AgCl沉淀用纯水洗涤和用NaCl溶液洗 涤时 沉淀的损失就大不相同 现计算如下 AgCl Ag Cl 用纯水洗涤 每次损失为 设水 1 L AgCl洗涤到饱和时水中的 Ag 可如下计算 同离子效应 Ag Cl 所以 A
10、gCl的损失为 143 5 1 3 10 5 1 9 10 3 g 2 用0 01mol L 1 NaCl水溶液洗涤 每次损 失为 AgCl Ag Cl 到饱和时 x 0 01 x 即 x 0 01 x Ksp x 0 01 0 01 x 0 01 所以上式略为 0 01 x Ksp x Ksp 0 01 1 8 10 8 mol L 1 由此可见 用0 01mol L 1 NaCl水溶液洗涤 每次损失仅为 143 5 1 8 10 8 2 6 10 6 g 减小了将近1000倍 这是因为 NaCl Na Cl 以后溶液 中有大量Cl 它强烈地使 AgCl Ag Cl 平衡向左移动 抑制了Ag
11、Cl的溶解 这就是 同离子效应 盐效应 l由于加入易溶强电解质而 使难溶电解质溶解度增大 的效应称为盐效应 l当加入的强电解质还有同 离子效应时 低浓度下 盐效应比同离子效应的作 用小 高浓度下 盐效应 比同离子效应的作用大 例如 在PbSO4中加入少量Na2SO4溶液可以抑制 PbSO4的溶解 但若加入过多后Na2SO4的溶解度 又会有所上升 见表 盐效应 分步沉淀 Fractional Precipitation l就是指加入沉淀剂后 混合溶液中离子发 生先后沉淀的现象 l在多组分体系中 若各组分都可能与沉淀 剂形成沉淀 通常是离子积Q首先超过溶度 积的那种难溶物质先沉淀出来 l应用 沉淀
12、滴定 离子分离 一般来说沉淀类型相同的情况下 如AgI 和AgCl同为AB型 1 Ksp小的总是先沉淀 Ksp大的后沉淀 2 Ksp相近的一般是同时沉淀 3 Ksp相差1000倍以上才有可能清楚地分步 沉淀 若离子浓度不同 沉淀类型不同时要通过计算确定 分步沉淀 沉淀溶解的唯一条件 Q 离子积 Ksp 溶度积 1 生成弱电解质 水 弱酸 弱碱 沉淀的溶解 沉淀的溶解 沉淀的溶解 l本身的Ksp 越大 越易溶解 FeS溶于HCl CuS不溶 l所生成弱电解质的Ka 或Kb 越小 越易溶解 Fe OH 3 Al OH 3不溶于铵盐 但溶于酸 2 发生氧化还原反应 例 3CuS 8HNO3 3Cu
13、NO3 2 3S 2NO 4H2O 3 生成难解离的配合物 例 AgCl 2NH3 H2O Ag NH3 2 Cl 2H2O 沉淀的溶解 沉淀的转化 l实质 沉淀溶解平衡的移动 l一般规律 溶解能力相对较强的物质易转 化为溶解能力相对较弱的物质 l难溶变成更难溶 1 一只试管中加2mL氯化钠溶液 逐滴滴 入5滴硝酸银溶液 观察现象 2 向1实验试管中再滴入5滴碘化钾溶液 观察现象 3 向2实验试管中再滴入5滴硫化钠溶液 观察现象 难溶物AgClAgIAg2S 溶解度 g1 5 10 42 1 10 71 3 10 16 填写实验 一 各步的实验现象和离子方程式 实验现实验现 象 离子方程式 实
14、验实验 1 实验实验 2 实验实验 3 白色沉淀产生 Ag Cl AgCl 白色沉淀转化为黄色 AgCl I AgI Cl 黄色沉淀转化为黑色 2AgI S2 Ag2S 2I 活动 使CaSO4转化为CaCO3 使AgCl转化为 Ag2CrO4等等 CaSO4 CO32 CaCO3 SO42 此式的平衡常数为 可见平衡强烈地偏向右边 转化比较完全 沉淀的转化 一般来说 在平衡常数 K 1 的情况下比较容易 发生转换 在平衡常数 K 1 的情况下难以发生 转换 在平衡常数 K接近1的情况下创造一定 的条件还是有可能发生转换的 龋齿和含氟牙膏 1 钙 磷在牙齿中的存在形式 Ca5 PO4 3OH羟
15、基磷灰石 2 存在的溶解平衡 Ca5 PO4 3OH S 5Ca2 aq 3PO43 aq OH aq 3 吃糖为何会出现龋齿 沉淀溶解平衡理论 4 含氟牙膏的使用 5Ca2 3PO43 F Ca5 PO4 3F 氟磷灰石更能抵抗酸的侵蚀 使牙齿更坚固 注 氟过量会导致氟斑牙 因此 生活 在水中含氟量较高的地区的人 不宜使 用含氟牙膏 提示 糖在酶 的作用下产生 了一种有机弱 酸 重晶石 主要成分是BaSO4 是制备钡化合物 的重要原料 BaSO4不溶于酸 但可以用饱和 Na2CO3溶液处理转化为易溶于酸的BaCO3 BaSO4 Ba2 SO42 BaCO3 s BaSO4 CO32 BaCO
16、3 SO42 饱和Na2CO3溶液 移走上层溶液 H 重复 操作 BaSO4 BaCO3 Ba2 BaSO4 BaCO3 Na2CO3 CO32 2Na 例如 在1 0升1 6 mol L 1 Na2CO3溶液中 能否使0 10 mol 的BaSO4沉淀完全转化 解 查得Ksp BaSO4 1 08 10 10 Ksp BaCO3 2 58 10 9 沉淀转化反应为 设 能转化BaSO4 x mol 则 答 只能转化0 064 mol BaSO4 平衡时 1 6 x x 化学法除锅炉水垢的流程图 CaSO4 CO32 CaCO3 SO42 CaCO3 2H Ca2 CO2 H2O Mg OH 2 2H Mg2 2H2O 水垢成分 CaCO3 Mg OH 2 CaSO4 用饱和Na2CO3 溶液浸泡数天 疏松的水垢 CaCO3 Mg OH 2 写出除去水垢过程中发生的所有离子方程式 盐酸 除去水垢 沉淀溶解平衡小结 l沉淀溶解平衡的概念 l影响平衡的因素 平衡移动 l溶度积Ksp 的概念和溶度积规则 判断沉淀溶解平衡的移动方向 溶度积与溶解度的相互换算 l沉淀的生成 溶解和转化
