PDF《沉淀溶解平衡》

高三化学.

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5 沉淀溶解平衡 知识网络 自检自查必考点 1.难溶电解质的溶解平衡 (1)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 保持不变的状态称为难溶电解质的溶解平衡. (2)特征: "逆"――沉淀溶解反应是一个可逆反应 "动"――动态平衡,溶解的速率和沉淀的速率并不为零 "等"――溶解的速率和沉淀的速率相等 "定"――达到平衡的时候,溶液中的离子的浓度保持不变 "变"――当外界条件发生改变的时候,溶解平衡将发生移动,达到新的平衡 (3)溶解平衡的表达式 高三化学.沉淀溶解平衡.教师版 Page

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5 MmAn (s) ?? ? ??? mMn+ (aq)+ nAm-(aq) 注意在沉淀后用"s"标明状态,溶液中用"aq"标明状态,并用" ?? ? ??? "连接. (4)影响溶解平衡的因素 ① 内因 决定物质溶解度大小的本质因素是电解质本身的性质.不同的电解质在水中的溶解的程度不一样,根 据物质在水中的溶解度大小,可分为以下几种: 溶解性 易溶 可溶 微溶 难溶 溶解度 >10g 1g - 10g 0.01g C 1g Ksp 过饱和,析出沉淀 Qc = Ksp 饱和,平衡状态 Qc < Ksp 未饱和 对于同类型的物质,Ksp 越小,越容易转化为沉淀. (4)溶度积曲线 以某温度下

4 BaSO 在水中的溶度积曲线为例. X 轴、Y 轴分别是

2 4 (SO ) c ? 、

2 (Ba ) c ? ,曲线上所有的点表示在此温度下的饱和溶液中

2 4 (SO ) c ? 、

2 (Ba ) c ? 分别的值,曲线上任意点作 X 轴、Y 轴的垂线所得的矩形面积就是溶度积的值.如下图中 d 点表示的位置 说明溶液未到饱和;

b 点所表示的位置表示溶液过饱和,析出沉淀;

而a、c 两点均表示不同离子浓度的饱 和溶液. 3.沉淀溶解平衡的应用 (1)沉淀的生成 一定条件下,加入沉淀剂与离子反应析出沉淀,这是利用沉淀来分离或除杂的常用方法. ① 调节 pH 法:例如,工业氯化铵中常含有杂质 FeCl3,为除去 Fe3+,使混合物溶于水,再加氨水调节 pH 至7~8,可使 Fe3+ 转变为 Fe(OH)3 沉淀而除去. Fe3++3NH3・H2O= Fe(OH)3↓+3NH4 + ② 加沉淀剂法:如以 H2S、Na2S 等作为沉淀剂,使某些金属离子如 Cu2+ 、Hg2+ 等生成极难溶的硫化物 CuS、HgS 等沉淀,以达到分离、除去 Cu2+ 、Hg2+ 的目的. Cu2+ +S2- =CuS↓ Hg2+ +S2- =HgS↓ ③ 不同沉淀方法的应用 a.直接沉淀法:除去指定的溶液中某种离子或获取该难溶电解质. b.分步沉淀法:鉴别溶液中含有哪些离子或分别获得不同难溶电解质. c.共沉淀法:除去一组某种性质相似的离子,加入合适的沉淀剂. 高三化学.沉淀溶解平衡.教师版 Page

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5 d.氧化还原法: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便于分离除去. (2)沉淀的溶解 减少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. ① 酸碱溶解法:向难溶物中加入酸或碱,与沉淀溶解平衡体系中的相应离子反应,转变为易溶物或气 体,降低离子浓度,使平衡向溶解方向移动.一般难溶酸用强碱溶,难溶碱用强酸溶,难溶弱酸盐用强酸 或较强酸溶解. 例如难溶于水的 CaCO3 在盐酸中的溶解 在上述反应中, 气体 CO2 的生成和逸出使 CaCO3 溶解平衡体系中的 CO3 2- 浓度不断减小, 平衡向沉淀溶 解方向移动. ② 盐溶解法:除了酸之外,某些盐溶液也可用来溶解沉淀. 如Mg(OH)2 可溶于 NH4Cl 溶液中,Mg(OH)2(s) ?? ? ??? Mg2+ (aq)+2OH- (aq),当加入 NH4Cl 溶液时, NH4 + +OH- ?? ? ??? NH3・H2O,使c(OH- )减少,使Mg(OH)2 向溶解的方向移动. ③ 生成配合物法:在难溶物中加入配位剂,因形成配合物而降低难溶物的某种离子浓度,使平衡向右 移动而溶解,配位剂的浓度越大,或生成配合物的稳定性越大,则难溶物的溶解度也越大. 例如,向AgCl 沉淀中加入过量浓氨水,使Ag+ 转变为 Ag(NH3)2 + ,从而使 AgCl 沉淀溶解.(银氨溶液 的制备) ④ 氧化还原溶解法:原理是通过氧化还原反应使难溶物的离子浓度降低,使平衡向右移动而溶解. 如有些金属硫化物(CuS、HgS 等)不溶于非氧化性酸,只能溶于氧化性酸,通过减少 c(S2- )而达到沉淀溶 解的目的.例如:3CuS+8HNO3=3Cu(NO3)2 +S↓+2NO↑+4H2O. (3)沉淀的转化 在含有沉淀的溶液中,加入适当的试剂使一种溶解度较小的沉淀转化为另一种溶解度更小的沉淀的过 程.沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动,一种沉淀可以转化为更难溶的沉淀.但要注意的是,通过改 变一定条件,利用沉淀溶解平衡移动原理(勒夏特列原理) ,也能实现使溶解度小的转化为溶解度大的沉淀. ① 向ZnS 或FeS 的沉淀溶解平衡体系中加入 CuSO4 溶液可将其转化为更难溶的 CuS 沉淀. ZnS(s)+Cu2+ (aq)=CuS(s)+Zn2+ (aq) ② 硬水中的 Mg(HCO3)2 煮沸时,可分解为 MgCO3 沉淀,继续煮沸,MgCO3 沉淀可继续转化为更难溶 的Mg(OH)2 沉淀,故水垢的主要成份是 CaCO3 和Mg(OH)2. ③ AgNO3 溶液 NaCl ??? ? AgCl↓(白色沉淀) NaBr ??? ? AgBr↓(淡黄色沉淀) NaI ??? AgI↓ (黄色沉淀)

2 Na S ??? ? Ag2S↓(黑色沉淀);

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5 ④ 锅炉的水垢(主要含 CaSO4)不易除去,可用足量的浓 Na2CO3 溶液浸泡后酸洗: CaSO4(s)+CO3 2- (aq)=CaCO3(s)+SO4 2- (aq);

⑤ BaCO3

2 4 Na SO ???? BaSO4↓,说明 BaSO4 比BaCO3 更难溶,但工业上处理重晶石(BaSO4) ,却 可以将其溶于足量饱和 Na2CO3 溶液,使BaSO4 转化为 BaCO3,因此说明沉淀的转化既可以正向转化(向生 成溶解度小的沉淀方向) ,也可以逆向转化(向生成溶解度大的沉淀方向) . 【拓展】1.分步沉淀 是指利用难溶物之间溶解度差异,当沉淀剂的加入量由少到多时,沉淀物按溶解度由小到大 先后析出,溶解度小尽可能先析出,溶解度大的后析出,从而可分步将某些离子以沉淀的形式分 离出来.例如,溶液中有 Cu2+、Fe2+、Zn2+离子,逐滴加入 Na2S 溶液,最先析出的是黑色 CuS 沉淀,然后析出黑色的 FeS 沉淀,最后析出白色的 ZnS 沉淀.因为,溶解度:CuSFeSZnS. 2.溶液中离子能否大量共存的问题 ① 不能在酸性溶液中大量共存的离子:一般为弱酸根离子或是易分解的酸. ② 不能在碱性溶液中大量共存的离子:一般为能生成不溶性碱的金属离子或是生成弱碱的离 子,或酸式盐的酸根离子等 ③ 相互间发生反应生成沉淀或是微溶物的离子不能大量共存. ④ 因强氧化性而不能与强还原性离子大量共存. ⑤ 能相互结合生成络合物的离子不能大量共存. ⑥ 水解显酸性(如Al3+ 、Fe3+ 等)与水解显碱性(如AlO2 - 、CO3 2- 等)的离子不能大量共存. ⑦ 溶液若无色,则溶液中不存在有色离子. 3.溶度积、溶解度和物质的量浓度之间的换算 溶度积 Ksp、溶解度 S 和饱和溶液的物质的量浓度 c 都可以用来衡量沉淀的溶解性,它们彼此 关联,可以互相换算. 以3CaCO 的溶解平衡 2+ 2-

3 3 CaCO (s) Ca (aq) + CO (aq) ?? ? ??? 为例. (1)已知 Ksp,饱和溶液中 c(Ca2+)=c(CO3 2-)= sp K , 2+

3 3 (Ca ) 0.1L (CaCO ) = 100%= 100g=10 g 100g- (CaCO ) sp m c M S K m m ? ? ? ? ? 质剂【将溶液的密度近似为 -3 1g cm ? ,

3 100g- (CaCO ) 100g m ? 】 (2)已知 S,则可知 100g 水即 100g 溶液也就是 0.1L 溶液中所含 CaCO3 的质量,那么 1L 溶液所 含Ca2+、CO3 2-的物质的量即 c(Ca2+)、c(CO3 2-)即可算出,Ksp 即可得到. (3)同理,若已知物质的量浓度 c,亦可算出溶解度 S 和溶度积 Ksp.