高中化學(xué)等效平衡的知識(shí)點(diǎn)詳解(2)
高中化學(xué)等效平衡的知識(shí)點(diǎn)詳解
高中化學(xué)的沉淀溶解平衡的知識(shí)點(diǎn)
導(dǎo)入：根據(jù)溶解度的不同可將物質(zhì)分為難溶、微溶、可溶、易溶。
CaCO3、FeS、Mg(OH)2等難溶電解質(zhì)在水溶液中以何種形式存在?
(一)沉淀溶解平衡與溶度積
實(shí)驗(yàn)：PbI2固體的溶解平衡
儀器與藥品：試管 膠頭滴管 PbI2固體 0.1mol/LKI溶液
操作：課本P94
試分析，黃色沉淀是什么物質(zhì)?它是怎樣產(chǎn)生的?
結(jié)論與解釋?zhuān)荷蠈忧逡褐杏蠵b2 ，當(dāng)加入 KI時(shí)，I-濃度增大，與Pb2 結(jié)合生成黃色PbI2沉淀。
Pb2 從何而來(lái)?
PbI2 (s) cC(g)+dD(g) 此可逆反應(yīng)在一定溫度下存在平衡常數(shù)K，K=[C]c×[D]d/[A]a×[B]b ，在沉淀溶解反應(yīng)中，是否存在類(lèi)似的常數(shù)關(guān)系?
PbI2 (s) 定義：達(dá)到沉淀溶解平衡時(shí)，難溶電解質(zhì)電離出的離子濃度的系數(shù)次方的乘積為一常數(shù)，稱(chēng)為溶度積常數(shù)或溶度積。
表達(dá)式：AmBn(s) Mg2+(aq) 2OH-(aq),向飽和溶液中分別加入固體CH3COONa 、NH4Cl時(shí)，固體Mg(OH)2的質(zhì)量有什么變化?加入固體Mg(OH)2，溶液中Mg2+、OH-的濃度有什么變化?
(解答：增大;減小;均不變。)
(二)沉淀溶解平衡的應(yīng)用
1. 沉淀的溶解和生成
溶液中離子生成沉淀，直至沉淀溶解和離子生成沉淀達(dá)到平衡狀態(tài)溶液中沉淀溶解和離子生成沉淀達(dá)到平衡狀態(tài) 若體系中有足量的固體存在，固體溶解，直至達(dá)平衡狀態(tài)討論：1、BaCO3與鹽酸在溶液中是怎樣反應(yīng)的?
2. BaCO3、BaSO4 均為難溶電解質(zhì)，醫(yī)學(xué)上用于X射線(xiàn)透視的內(nèi)服造影劑只能用BaSO4不能用BaCO3，其原因何在?
平衡右移 ，完成 BaCO3與鹽酸的反應(yīng)。
胃酸中H+濃度較大，溶解BaCO3，使Ba2 濃度增大，造成重金屬中毒。
誤食可溶性鋇鹽造成鋇中毒，可用5.0%的Na2SO4溶液洗胃。
【身邊的化學(xué)】(1)溶洞景觀
石灰?guī)r的溶解：CaCO3(s) CO32-+CO2 +H2O CaCO3+CO2+H2O
(2)珊瑚的形成Ca2++2HCO3- Zn2+(aq)+S2-(aq) Ksp(ZnS)=1.6×10-24mol2/L2
CuS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq)
+
平衡右移 Cu2+(aq)
CuS(s)
沉淀轉(zhuǎn)化：由一種難溶物轉(zhuǎn)化為另一難溶物的過(guò)程。
實(shí)質(zhì)：沉淀溶解平衡的移動(dòng)。一般為溶解能力小的沉淀轉(zhuǎn)化為溶解能力更小的沉淀，溶解能力差距越大，沉淀轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)越大。
思考：可以用FeS 、MnS等難溶物除去工業(yè)廢水中的重金屬離子Hg2+、 Pb2+、Cu2+等，原因是什么?
(解答：由于相同條件下FeS 、MnS的Ksp遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HgS、PbS、CuS的Ksp。)
【追根尋源】：水垢中的Mg(OH)2是怎樣產(chǎn)生的?
天然硬水的成分：Ca2+ 、HCO3-、Mg2+ 等
加熱煮沸時(shí)發(fā)生的反應(yīng)是：Ca(HCO3)2= CaCO3↓+CO2↑+H2O
Mg(HCO3)2= MgCO3↓+CO2↑+H2O
難溶的MgCO3在水溶液中存在的沉淀溶解平衡：
MgCO3 HCO3-+OH-
Mg(OH)2 Ksp[Fe(OH)3 ]=1.1×10-36 (mol.L-1)4
Ksp[Fe(OH)2]=1.64×10-14 (mol.L-1)3
(提示：當(dāng)某離子濃度小于10-5 mol.L-1時(shí)可以認(rèn)為該離子沉淀完全了)
解析：Fe3 沉淀完全時(shí)，其濃度為1×10-5 mol.L-1，根據(jù) Ksp[Fe(OH)3 ]可算出溶液中[OH-]，求出此時(shí)pH，再通過(guò) Ksp[Fe(OH)2]求出Fe2 為0.050 mol.L-1時(shí)，OH- 的最大濃度，換算出pH即可求出滿(mǎn)足要求的pH。
答案：Fe3 沉淀完全時(shí)，[Fe3 ]為1×10-5 mol.L-1，則Fe3 沉淀完全時(shí)所需的[OH-] 為：
[OH-]={ Ksp[Fe(OH)3 ]/ [Fe3 ]}1/3
=(1.1×10-36 / 1×10-5)1/3 mol.L-1
=4.8×10-11 mol.L-1
pH = 14-pH[OH-] =14-10.3 = 3.7
Fe2 開(kāi)始沉淀時(shí)所需 [OH-] 為：
[OH-] ={ Ksp[Fe(OH)2]/ [Fe2 ]}1/2
=(1.64×10-14 / 0.050)1/2 mol.L-1
=5.7×10-7 mol.L-1
pH = 14-pH[OH-] =14-6.2 = 7.8
因此，溶液的pH控制在3.7-7.8之間，可使Fe3 沉淀完全而Fe2 不沉淀。
點(diǎn)評(píng)：本題靈活考查溶度積和pH的綜合運(yùn)算。
例2. 根據(jù)Mg(OH)2溶度積Ksp[Mg(OH)2]=1.2×10-11計(jì)算：
(1)Mg(OH)2飽和溶液中的[OH-] 和[Mg2 ] ，并換算出Mg(OH)2的濃度。
(2)換算Mg(OH)2在0.010 mol.L-1 NaOH 溶液中的最大濃度。
(3)換算Mg(OH)2在0.010 mol.L-1 MgCl2 溶液中的最大濃度。
解析：根據(jù)各物質(zhì)的Ksp，即可算出各離子的濃度，并進(jìn)一步求出溶質(zhì)的濃度。
因Mg(OH)2的溶解度很小，溶液中[OH-]主要是NaOH 提供的，由[OH-] 和Ksp可求[Mg2 ]，并進(jìn)一步換算出Mg(OH)2的濃度。
MgCl2 的濃度近似等于溶液中[Mg2 ]，再結(jié)合Ksp求出[OH-]，最后換算出Mg(OH)2的濃度。
答案：⑴ Mg(OH)2 (s) 由Ksp[Mg(OH)2]= [Mg2 ][OH-]2，且[OH-]=2 [Mg2 ]得：
4 [Mg2 ]3= Ksp[Mg(OH)2]
則：[Mg2 ]= {Ksp[Mg(OH)2]/4}1/3 =(1.2×10-11/4)1/3 mol.L-1 = 1.44×10-4 mol.L-1
Mg(OH)2飽和溶液中：[Mg2 ]=1.44×10-4 mol.L-1
[OH-]=2 [Mg2 ] =2.88×10-4 mol.L-1
c[Mg(OH)2]= [Mg2 ]=1.44×10-4 mol.L-1
(2)通過(guò)溶液的[Mg2 ]可以換算出Mg(OH)2 在0.010 mol.L-1 的NaOH溶液中的最大濃度：[OH-]= 0.010 2 [Mg2 ] ≈ 0.010 mol.L-1
c[Mg(OH)2]= [Mg2 ]= Ksp[Mg(OH)2] / [OH-]2
= 1.2×10-11/0.0102 mol.L-1 = 1.2×10-7 mol.L-1
(3)通過(guò)溶液中[OH-] 可以換算出Mg(OH)2 在0.010 mol.L-1 的MgCl2 溶液中的最大濃度。已知[Mg2 ] ≈0.010 mol.L-1 ，則
[OH-]={ Ksp[Mg(OH)2] /[Mg2 ] }1/2
=(1.2×10-11/0.010)1/2 mol.L-1
=3.5×10-5 mol.L-1
c[Mg(OH)2]= 1/2[OH-] = 1.75×10-5 mol.L-1
點(diǎn)評(píng)：本題考查溶度積的概念理解。
例3. 已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10mol2.L-2 ，將0.001 mol.L-1 的NaCl溶液 和0.001 mol.L-1 的AgNO3溶液等體積混合，是否有AgCl沉淀生成?
解析：兩溶液等體積混合后，Ag 和Cl- 的濃度都等于原來(lái)濃度的1/2：
[ Ag ]=[Cl-]=1/2 ×0.001= 0.0005 mol.L-1
在混合溶液中，Q=[ Ag ]。[Cl-]=( 0.0005 mol.L-1 ) 2
= 2.5×10-7mol2.L-2
已知AgCl 的Ksp=1.8×10-10mol2.L-2 ，因?yàn)镼>Ksp ，所以有AgCl沉淀生成。
答案：有AgCl沉淀生成。
點(diǎn)評(píng)：本題考查溶度積的直接運(yùn)算。
例4 . 如果BaCO 3 沉淀中尚有0.010 mol BaSO4 ，在1.0L此份沉淀的飽和溶液中加入多少摩爾Na2CO 3才能使0.010 mol BaSO4 完全轉(zhuǎn)化為BaCO 3?
解析：設(shè)需要Na2CO 3的物質(zhì)的量為X
Ksp(BaCO 3)=5.1×10-9mol2.L-2 Ksp(BaSO4)=1.1×10-10mol2.L-2
BaSO4 CO32-= BaCO 3 SO42-
平衡濃度/ mol.L-1： x-0.010 0.010
K= [SO42-]/ [CO32-]
=[SO42-]/ [CO32-] ×[Ba2 ]/[Ba2 ]
= Ksp(BaSO4)/ Ksp(BaCO 3)
= 1.1×10-10/5.1×10-9
= 2.16×10-2
0.010 / ( x-0.010 )= 2.16×10-2
x= 0.47mol
答案：加入0.47 mol Na2CO 3 于該飽和溶液中便能實(shí)現(xiàn)沉淀的轉(zhuǎn)化。
點(diǎn)評(píng)：平衡問(wèn)題綜合考，本題涉及平衡問(wèn)題的通常處理方法。
【模擬試題】
一. 選擇題
1. 已知在Ca3(PO4)2 的飽和溶液中，[Ca2 ]=2.0×10-6mol.L-1，[PO43-]=1.58×10-6mol.L-1，則Ca3(PO4)2 的Ksp為()
A. 2.0×10-29mol.L-5 B. 3.2×10-12mol5.L-5
C. 6.3×10-18mol5.L-5 D. 5.1×10-27mol5.L-5
2. 已知Mg(OH)2的溶度積Ksp = 1.8×10-11mol3.L-3，則其飽和溶液中的pH為( )
A. 3.48 B. 3.78 C. 10.52 D. 10.22
3. 向AgCl飽和溶液中加水，下列敘述正確的是( )
A. AgCl 的溶解度增大 B. AgCl 的溶解度、Ksp均不變
C. AgCl 的Ksp 增大 D. AgCl 的溶解度、Ksp增大
4. AgCl 和Ag2CrO4 的溶度積分別為1.8×10-10mol2?L-2和2.0×10-12mol3?L-3，若用難溶鹽在溶液中的濃度來(lái)表示其溶解度，則下面的敘述中正確的是()
A. AgCl 和Ag2CrO4 的溶解度相等
B. 由Ksp 的相對(duì)大小可以直接判斷出AgCl的溶解度大于 Ag2CrO4
C. 兩者類(lèi)型不同，不能由Ksp 的大小直接判斷溶解能力的大小
D. 都是難溶鹽，溶解度無(wú)意義
5. 在下列溶液中，BaSO4 的溶解度最大的是()
A. 1mol?L-1的H2SO4溶液 B. 2mol?L-1的H2SO4溶液
C. 純水 D. 0.1 mol?L-1的H2SO4溶液
6. 已知Sr3(PO4)2飽和溶液的濃度為1.0×10-6mol?L-1，則該化合物的溶度積常數(shù)為( )
A. 1.0×10-30mol5?L-5 B. 1.1×10-28mol5?L-5
C. 5.0×10-30mol5?L-5 D 1.0×10-12mol5?L-5
7. CaF2 的Ksp = 5.3×10-9mol3?L-3，在[F-]為3.0mol?L-1的溶液中Ca2 可能的最高濃度是()
A. 1.8×10-9mol.L-1 B. 1.8×10-10mol?L-1
C. 5.9×10-10mol?L-1 D. 5.9×10-9mol?L-1
8. SrCO3 在下列物質(zhì)中溶解度最大的是( )
A. 0.10mol?L-1 CH3COOH溶液 B. 0.10mol?L-1SrSO4溶液
C. 純水 D. 1.0 mol?L-1 Na2CO3溶液
9. 下列敘述中，正確的是( )
A. 溶度積大的化合物溶解度肯定大
B. 向含有AgCl 固體的溶液中加入適量的水使AgCl 溶解又達(dá)到平衡時(shí)，AgCl的溶度積不變，其溶解度也不變
C. 將難溶電解質(zhì)放入純水中，溶解達(dá)平衡時(shí)，電解質(zhì)離子的濃度的乘積就是該物質(zhì)的溶度積
D. AgCl 水溶液的導(dǎo)電性很弱，所以AgCl 為弱電解質(zhì)
10. 下列說(shuō)法中，正確的是( )
A. 兩種難溶鹽電解質(zhì)，其中Ksp 小的溶解度一定小
B. 溶液中存在兩種可以與同一沉淀劑生成沉淀的離子，則Ksp 小的一定先生成沉淀
C. 難溶鹽電解質(zhì)的Ksp 與溫度有關(guān)
D. 同離子效應(yīng)使難溶鹽電解質(zhì)的溶解度變小，也使Ksp 變小
二. 填空題
11. 已知Ksp (PbCrO4)=2.8×10-13mol2?L-2，Ksp (CaCrO4)=7.1×10-4mol2?L-2，向Pb2 、Ca2 的混合溶液(Pb2 、Ca2 的濃度均為0.10 mol?L-1)中滴加K2CrO4溶液，則出現(xiàn)沉淀的次序?yàn)開(kāi)________________________.
12. 在CaCO3(Ksp =4.9×10-9mol2?L-2)、CaF2(Ksp =1.5×10-10mol3?L-3)、Ca3(PO4)2(Ksp =2.1×10-33mol5?L-5)這些物質(zhì)的飽和溶液中，Ca2 濃度由大到小的順序?yàn)開(kāi)__________________.
13. 向含有AgI的飽和溶液中：
(1)加入固體AgNO3，則[I-]___________。(填“變大”“變小”或“不變”下同)
(2)若改加更多的AgI，則[Ag ]將____________。
(3)若改加AgBr固體，則[I-]___________，而[Ag ]____________。
14. 判斷下列反應(yīng)的方向_____________。(用“左”或“右”表示)
Na2S Ag2CrO4?D Ag2S Na2CrO4
[已知：Ksp(Ag2CrO4)=1.2×10-12mol3?L-3
Ksp(Ag2S)=1.6×10-49mol3?L-3]
15. 混合溶液中NaCl和K2CrO4 的濃度均為0.010 mol?L-1，向其中逐滴加入AgNO3溶液時(shí)，先與Ag 生成沉淀的離子是_______________.
[已知：Ksp(AgCl)=1.8×10-10mol2?L-2
Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12mol3?L-3]
14. 右
15. Cl-
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