高中化学 3_4《难溶电解质的溶解平衡》课件2 新人教版选修4

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第三章 水溶液中的离子平衡 第四节 难溶电解质的溶解平衡 复习 1 、什么叫饱和溶液？什么叫不饱和溶液？ 一定温度下，不能再溶解溶质的溶液叫饱和 溶液。能继续溶解溶质的溶液叫不饱和溶液。 2 、溶解性是指： ___________________________ 溶解性是物质的 _______ 性质。 溶解性大小跟 ___________________ 有关。 一种物质溶解在另一种物质中的能力。 物理 溶质、溶剂的性质 物质的溶解性只能粗略表示物质的溶解能力的强弱，为了精确表示物质的溶解能力，化学上引入了 “ 溶解度 ” 的概念。 固体物质的溶解度 定义：在一定温度下，某固态物质在 100 克溶剂 里达到饱和状态时所溶解的质量。叫做这种物质在这种溶剂里的 溶解度。 注意：条件：一定温度。标准： 100 克溶剂 　　　状态：饱和状态 单位：克 任何物质的溶解是有条件的，在一定的条件下某物质的溶解量也是 有限的 ，不存在无限可溶解的物质。 溶解度与溶解性的关系： 20 ℃ 易溶 物质 可溶 物质 微溶 物质 难溶 物质 S>10g 10g>S>1g 1g>S>0.01g S<0.01g [ 实验探究 ] 讨论 : ⑴ NaCl 在水溶液里达到溶液平衡状态时有何特征？ ⑵ 要使 NaCl 饱和溶液中析出 NaCl 固体，可采取什么措施？ 加热浓缩 降温 NaCl 的溶解速率与结晶速率相等；并且只要溶解平衡的条件不变，该溶液中溶解的 NaCl 的量就是一个恒定值。 加入浓盐酸 在饱和 NaCl 溶液中加入浓盐酸 探究实验 现象 : 解释 : 在 NaCl 的饱和溶液中，存在溶解平衡 NaCl(S) Na + (aq) + Cl - (aq) 加浓盐酸会使 c( Cl - ) 增加 , 平衡向左移动 , 因而有 NaCl 晶体析出 . NaCl 饱和溶液中有固体析出 可溶的电解质溶液中存在溶解平衡， 难溶的电解质在水中是否也存在溶解平衡呢？ 我们知道，溶液中有难溶于水的沉淀生成是离子反应发生的条件之一。例如， AgNO 3 溶液与 NaCl 溶液混合，生成白色沉淀 AgCl ： Ag + +Cl - =AgCl↓ ，如果上述两种溶液是等物质的量浓度、等体积的，一般认为反应可以进行到底。 一、 Ag ＋ 和 Cl － 的反应能进行到底吗？ 认真阅读 思考与交流表 3—4 1 、 问题讨论： （ 1 ）当 AgNO 3 与 NaCl 恰好完全反应生成难溶 AgCl 时，溶液中是否含有 Ag + 和 Cl - ？ 有 （ 2 ）有沉淀生成的复分解类型的离子反应能不能完全进行到底呢？ 不能，沉淀即是难溶电解质，不是绝对不溶 , 只不过溶解度很小，难溶电解质在水中存在溶解平衡。 问题讨论： （ 3 ）难溶电解质的定义是什么？难溶物的溶解度是否为 0 ？ 习惯上 , 将溶解度小于 0.01g 的电解质称为难溶电解质。 难溶电解质的溶解度尽管很小，但不会等于 0 （ 1 ）生成沉淀的离子反应能发生的原因 生成物的溶解度很小 2 、 难溶电解质的溶解平衡 化学上通常认为残留在溶液中的离子浓度小于 10 -5 mol/L 时 , 沉淀达到完全。 （ 2 ） AgCl 溶解平衡的建立 当 v （溶解）＝ v ( 沉淀） 时， 得到 饱和 AgCl 溶液 ，建立 溶解平衡 Ag + Cl - 溶解 AgCl(s) Ag ＋ (aq ) + Cl － (aq) 沉淀 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。（也叫沉淀溶解平衡） （ 4 ）溶解平衡的特征： 逆、等、动、定、变 （ 3 ）溶解平衡的概念： （ 5 ）影响难溶电解质溶解平衡的因素： a 、绝对不溶的电解质是没有的。 b 、同是难溶电解质，溶解度差别也很大。 c 、易溶电解质做溶质时只要是饱和溶液也可 存在溶解平衡。 ① 内因：电解质本身的性质 ② 外因： a 、浓度：加水，平衡向溶解方向移动。 b 、温度：升温，多数平衡向溶解方向移动。 练：书写碘化银、氢氧化镁溶解平衡的表达式 ⑵ 、表达式： 平衡时： K sp ＝ [c(M n ＋ )] m ·[c(A m— )] n ⑶ 、溶度积规则 任意时刻： Q c ＝ [c(M n ＋ )] m ·[c(A m— )] n 当 : Q c > K sp 过饱和，析出沉淀， Q c ＝ K sp 饱和，平衡状态 Q c < K sp 未饱和。 M m A n (s) mM n ＋ (aq) ＋ nA m— (aq) 3 、 溶度积 ⑴、溶度积（ Ksp ）：难溶电解质的溶解平衡中， 离子浓度幂的乘积。 练习 1 ：在 100mL 0.01mol/LKCl 溶液中， 加入 1mL 0.01mol/L AgNO 3 溶液，下列 说法正确的是 (AgCl K sp =1.8×10 -10 ) （ ） A. 有 AgCl 沉淀析出 B. 无 AgCl 沉淀 C. 无法确定 D. 有沉淀但不是 AgCl A c(Cl - )=(O.O1 ×0.1) ÷0.101=9.9×10 -3 mol/L c(Ag + )=(O.O1 ×0.001) ÷0.101=9.9×10 -5 mol/L Q C = 9.9×10 -3 ×9.9×10 -5 =9.8×10 -7 >K SP 练习 2 ：已知 Ag 2 SO 4 的 K sp 为 2.0×10 -5 ，将适量 Ag 2 SO 4 固体溶于 100mL 水中至刚好饱和，该过程中 Ag + 和 SO 4 2- 浓度随时间变化关系如图 1 （饱和 Ag 2 SO 4 溶液中 c(Ag + )=0.034mol/L ）。若 t 1 时刻在上述体系中加入 100mL 0.020mol/L Na 2 SO 4 溶液，下列示意图中，能正确表示 t 1 时刻后 Ag + 和 SO 4 2- 浓度随时间变化关系的是 ( ) 图 1 B 刚好饱和 练习 2 解答 原溶液中： c(SO 4 2- )=c(Ag + ) ÷2=0.034mol/L÷2=0.017mol/L 加入 Na 2 SO 4 后： c(Ag + )=0.034mol/L÷2=0.017mol/L c(SO 4 2- )=(0.017mol/L+0.020mol/L) ÷2=0.0185mol/L 则 Q C = c(Ag + ) 2 × c(SO 4 2- )=0.017 2 ×0.0185=5.35×10 -6 因 Q C Cu(OH) 2 >Fe(OH) 3 。 3. 小结 K sp 的大小与沉淀转化的关系。 对于同类型的难溶电解质， K sp 的大小与溶解度的大小一致， K sp 较大的沉淀可以转化为 K sp 较小的沉淀。 注意： 分步沉淀 溶液中含有几种离子，加入某沉淀剂均可生成沉淀，沉淀生成的先后顺序按 离子积大于溶度积的先后顺序沉淀， 叫作分步沉淀。 对同一类型的沉淀， Ksp 越小越先沉淀，且 Ksp 相差越大分步沉淀越完全 ; 如 AgCl 、 AgBr 、 AgI 对不同类型的沉淀，其沉淀先后顺序要通过计算才能确定。如 AgCl 和 Ag 2 CrO 4 一般认为沉淀离子浓度小于 1.0×10 -5 mol /L 时 , 则认为已经沉淀完全 例 1 ：如果溶液中 Fe 3+ 和 Mg 2+ 的浓度均为 0.10 mol ／ L , 使 Fe 3+ 完全沉淀而使 Mg 2+ 不沉淀的 pH 条件是什么 ? pOH = 10.8 , pH = 3.2 解 : Fe(OH) 3 Fe 3+ + 3OH - K sp = [Fe 3+ ]×[OH - ] 3 = 4.0 ×10 -39 Fe 3+ 沉淀完全时的 [OH - ] 为 : Mg 2 ＋ 开始沉淀的 pH 值为 : pOH = 4.9, pH =9.1 因此 , 只要控制 pH 值在 3.2 ~ 9.1 之间即可使 Fe 3+ 定量沉淀而使 Mg 2+ 不沉淀。 K sp (Mg(OH) 2 )= 1.8×10 -11 强化练习 已知 25℃ ， AgI 的饱和溶液中 c(Ag+) 为 1.22×10 -8 mol·L － 1 ， AgCl 的饱和溶液中 c(Ag + ) 为 1.25×10 -5 mol·L － 1 。若在 5mL 含有 KCl 和 KI 各为 0.01mol·L － 1 的溶液中，加入 8mL0.01mol·L － 1 AgNO 3 溶液，这时溶液中所含溶质的离子浓度由大到小的次序是： 。 答案： c(K + )>c(NO 3 - )>c(Cl - )>c(Ag + )>c(I - ) 3 、沉淀的溶解 （ 1 ）原理 设法不断移去溶解平衡体系中的相应离子，使平衡向沉淀溶解的方向移动 （ 2 ）举例 a 、难溶于水的盐溶于酸中 如： CaCO 3 溶于盐酸， FeS 、 Al(OH) 3 、 Cu(OH) 2 溶于强酸 b 、难溶于水的电解质溶于某些盐溶液 如： Mg(OH) 2 溶于 NH 4 Cl 溶液 思考与交流 用平衡移动的原理分析 Mg(OH) 2 溶于盐酸和 NH 4 Cl 溶液的原因 解释 在溶液中存在 Mg(OH) 2 的溶解平衡： Mg(OH) 2 (s) ⇌ Mg 2 ＋ (aq)+2OH － (aq) 加入盐酸时， H ＋ 中和 OH - , 使 c(OH － ) 减小，平衡右移，从而使 Mg(OH) 2 溶解 加入 NH 4 Cl 时， 1 、 NH 4 ＋ 直接结合 OH － , 使 c(OH － ) 减小，平衡右移，从而使 Mg(OH) 2 溶解 2 、 NH 4 ＋ 水解，产生的 H ＋ 中和 OH － , 使 c(OH － ) 减小，平衡右移，从而使 Mg(OH) 2 溶解 思考：为什么医学上常用 BaSO 4 作为内服造影剂“钡餐”，而不用 BaCO 3 作为内服造影剂“钡餐” ? BaSO 4 和 BaCO 3 的沉淀溶解平衡分别为： BaSO 4 Ba 2+ + SO 4 2- K sp =1.1×10 -10 mol 2 L -2 BaCO 3 Ba 2+ + CO 3 2- K sp =5.1×10 -9 mol 2 L -2 由于人体内胃酸的酸性较强 (pH0.9-1.5) ，如果服下 BaCO 3 , 胃酸会与 CO 3 2- 反应生成 CO 2 和水，使 CO 3 2- 离子浓度降低，使 Q c < K sp ，使 BaCO 3 的沉淀溶解平衡向右移动，使体内的 Ba 2+ 浓度增大而引起人体中毒。 BaCO 3 Ba 2+ + CO 3 2- + H + CO 2 +H 2 O 所以，不能用 BaCO 3 作为内服造影剂“钡餐”。 而 SO 4 2- 不与 H + 结合生成硫酸，胃酸中的 H + 对 BaSO 4 的溶解平衡没有影响， Ba 2+ 浓度保持在安全浓度标准下，所以用 BaSO 4 作“钡餐”。 练习 试用 Qc 与 Ksp 的关系 解释以下问题 ： （ 1 ） FeS 能溶于浓硝酸或盐酸。 （ 2 ） CuS 能溶于浓硝酸 ; （ 3 ） AgCl 能溶于氨水 ; 解析 : （ 1 ） H 2 S FeS Fe 2+ + S 2- S + NO + H 2 O 解析 （ 3 ） AgCl(s) Ag + （ aq ） + Cl - （ aq ） , 加入氨水 , 使 Ag + 生成稳定的配合物离子 [Ag(NH 3 ) 2 ] + ， 故 [Ag + ] 减小 , 使平衡向沉淀溶解的方向移动。 生成配合物使沉淀溶解 解析 （ 2 ） CuS （ s ） Cu 2+ （ aq ） ＋ S 2- （ aq ），加入浓硝酸后， S 2- 被氧化， [S 2- ] 减小 , 破坏了 CuS 的沉淀溶解平衡，使上述沉淀溶解平衡向右移动，故 CuS （ s ）溶解 。 发生氧化还原反应使沉淀溶解 小结：难溶电解质溶解的规律 不断减小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，从而使沉淀溶解 1 、从难溶电解质溶解平衡 移动的角度来解释石灰岩溶洞的形成。 CaCO 3 Ca 2+ + CO 3 2- CO 2 + CO 3 2- + H 2 O = 2HCO 3 - （ CaHCO 3 可溶） Ca （ HCO 3 ） 2 == CaCO 3 ↓ + H 2 O +CO 2 ↑ △ 课堂练习 3. 在 AgNO 3 溶液中逐滴加入氨水 , 先生成难溶于 水的 AgOH 沉淀 , 继续加入氨水 , AgOH 沉淀溶 解 , 请从溶解平衡移动的角度解释沉淀溶解的 过程 . 课堂练习 信息： Cu 2+ 和 Ag + 更易与 NH 3 生成 [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ 和 [Ag(NH 3 ) 2 ] + 3 、沉淀的转化 演示实验 3 － 4 、 3 － 5 注意： 记录现象，写出相应的方程式 问题： 如果将上述两个实验中沉淀生成和转化的操作步骤颠倒顺序，会产生什么结果？ 沉淀不会转化。沉淀只是从溶解度小的向溶解度更小的方向转化 实验现象 离子方程式 实验 1 实验 2 实验 3 白色沉淀产生 Ag + +Cl - =AgCl↓ 白色沉淀转化为黄色沉淀 AgCl+I - AgI+Cl - 黄色沉淀转化为黑色沉淀 2AgI+S 2- Ag 2 S+2I - 沉淀转化的 实质： 沉淀转化的 条件： 动脑思考 平衡体系中离子浓度改变， 沉淀溶解平衡发生移动 一般是难溶的物质转化成更加难溶的物质 （两者溶解度差别越大，转化越容易） 溶解度大的沉淀： 溶度积常数大的沉淀 溶解度小的沉淀： 溶度积常数小的沉淀 沉淀转化的 应用 ① 锅炉除水垢 （ CaSO 4 ） 对于一些用酸或其他方法也不能溶解的沉淀 , 可以先将其转化为另一种用酸或其他方法能溶解的沉淀 . 锅炉中水垢中含有 CaSO 4 ，可先用 Na 2 CO 3 溶液处理，使 之转化为疏松、易溶于酸的 CaCO 3 。 CaSO 4 　　 SO 4 2- + Ca 2+ + CO 3 2- CaCO 3 ② 一些自然现象的解释 当我们外出旅游，沉醉于秀美的湖光山色时，一定会惊叹大自然的鬼斧神工。 石灰石 岩层在经历了数万年的岁月侵蚀之后，会形成各种奇形异状的 溶洞 。你知道它是如何形成的吗？ CaCO 3 Ca 2+ + CO 3 2- 2HCO 3 - + H 2 O+CO 2 练习 3 ：龋齿的形成原因及防治方法 (1) 牙齿表面由一层硬的组成为 Ca 5 (PO 4 ) 3 OH 的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡： 进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是： 。 Ca 5 (PO 4 ) 3 OH （ S ） 5Ca 2 + (aq) + 3PO 4 3- (aq) + OH - (aq) K SP =2.5×10 -59 发酵生成的有机酸能中和 OH - ，使平衡向脱矿方向移动，加速腐蚀牙齿 (2) 已知 Ca 5 (PO 4 ) 3 F 的 K SP =2.8×10 -61 ，比 Ca 5 (PO 4 ) 3 OH 更难溶，牙膏里的氟离子会与 Ca 5 (PO 4 ) 3 OH 反应。请用离子方程式表示使用含氟牙膏防止龋齿的原因 5Ca 2+ + 3PO 4 3- + F - = Ca 5 （ PO 4 ） 3 F Ca 5 (PO 4 ) 3 OH （ S ） 5Ca 2 + (aq) + 3PO 4 3- (aq) + OH - (aq) K SP =2.5×10 -59 （实验 3 － 4 、 3 － 5 　沉淀转化） AgCl AgI Ag 2 S KI Na 2 S FeCl 3 静置 Mg(OH) 2 Fe(OH) 3 【 练习 】 4) 试用平衡移动原理解释下列事实 CaCO 3 不溶于水，但却能溶于稀盐酸中。 5) 石灰乳中存在下列平衡： Ca(OH) 2 (s) Ca 2+ (aq)+2 OH ― (aq), 加入下列溶液，可使 Ca(OH) 2 减少的是（ ） A.Na 2 CO 3 溶液 B.AlCl 3 溶液 C.NaOH 溶液 D.CaCl 2 溶液 A B CaCO 3(s) CO 3 2- (aq) + Ca 2+ (aq) +H + HCO 3 - H 2 CO 3 → H 2 O+CO 2 ↑ CaCO 3(s) CO 3 2- (aq) + Ca 2+ (aq) ZnS 沉淀转化为 CuS 沉淀 (1). 在 1 试管中加入 ZnSO 4 溶液，再滴入 Na 2 S 溶液，观察现象。 (2). 静置后倾去上层清液，蒸馏水洗涤沉淀 2-3 次。 (3). 向沉淀中滴加适量的 CuSO 4 溶液，观察现象。 实验现象：有白色沉淀出现，白色沉淀转化成为黑色沉淀。 为什么白色的 ZnS 沉淀会转化成为黑色的 CuS 沉淀？ 观察 思考 ZnS 在水中存在沉淀溶解平衡： CuS 在水中存在沉淀溶解平衡： ZnS 与 CuS 是同类难溶物， K sp (ZnS) >K sp (CuS),CuS 的溶解度远小于 ZnS 的溶解度。 当向 ZnS 沉淀上滴加 CuSO 4 溶液时， ZnS 溶解产生的 S 2- 与 CuSO 4 溶液中的 Cu 2+ 足以满足 Q c >Ksp(CuS) 的条件， S 2- 与 Cu 2+ 结合产生 CuS 沉淀并建立沉淀溶解平衡。 CuS 沉淀的生成，使得 S 2- 的浓度降低，导致 S 2- 与 Zn 2+ 的 Q c K SP （ AgI ） 有 AgI 析出 AgCl+I － ＝ AgI+Cl － 改变条件，原沉淀溶解平衡发生移动，遵循勒沙特列 原理： 化学式 溶解度 /g （ 20℃ ） 溶度积 （ 25℃ ） BaCl 2 35.7 Ba （ OH ） 2 3.89 CaSO 4 0.21 7.1×10 -5 CaCO 3 7.1×10 -4 2.8×10 -9 AgCl 1.5×10 -4 1.8×10 -10 AgBr 8.4×10 -6 5.4×10 -13 AgI 2.1×10 -7 8.5×10 -17 Cu （ OH ） 2 2.2×10 -20 Fe （ OH ） 3 3×10 -9 4.0×10 -38 沉淀的转化是 ____________________________________________ 。 沉淀的转化实质是 _____________ 的移动。通常 , 一种沉淀可转化为 更 难溶的沉淀，两种难溶物的 __________ 差别越大 , 这种转化的趋势就越大。 沉淀溶解平衡 溶解能力 一种难溶电解质转化为另一种难溶 电解质的过程 锅炉中水垢中含有 CaSO 4 ，可先用 Na 2 CO 3 溶液处理，使 之转化为疏松、易溶于酸的 CaCO 3 。 CaSO 4 　　 SO 4 2- + Ca 2+ + CO 3 2- CaCO 3 沉淀转化的应用 举例 1 思考： 1 、在工业废水中常含有 Cu 2+ 、 Hg 2+ 、 Pb 2+ 等重金属离子，处理时通常投入 FeS 固体以 除去这些离子，试解释其原因？ 化学式 FeS CuS HgS PbS K SP 6.3 × 10 － 18 1.3 × 10 － 36 6.4 × 10 － 53 3.4 × 10 － 28 牙齿表面由一层硬的、组成为 Ca 5 (PO 4 ) 3 OH 的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡： Ca 5 (PO 4 ) 3 OH （ s ） 5Ca 2+ +3PO 4 3- +OH - 进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是 。 已知 Ca 5 (PO 4 ) 3 F （ s ）的溶解度比上面的矿化产物更小、质地更坚固。用离子方程表示当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因 。 生成的有机酸能中和 OH - ，使平衡向脱矿方向移动 ，加速腐蚀牙齿 5Ca 2 ＋ ＋ 3PO 4 3 － ＋ F － ＝ Ca 5 (PO 4 ) 3 F↓ 沉淀转化的应用 举例 2 例： 将足量的 ZnS 粉末加入到 10mL0.001mol · L -1 的 CuSO 4 溶液中，是否有 CuS 沉淀生成？请通过计算后回答。已知 : K sp (ZnS)= 1.6×10 -24 mol 2 · L - 2 Ksp (CuS) =1.3×10 -36 mol 2 · L - 2 解：在 ZnS 沉淀溶解平衡体系中产生的硫离子浓度为： [S 2- ]=[Zn 2+ ]=(K sp ) 1/2 =(1.6×10 -24 mol 2 ·L - 2 ) 1/2 =1.26×10 -12 mol · L - 1 Q c (CuS) =C(Cu 2+ ) · C(S 2- ) = 1.0×10 - 3 mol · L -1 ×1.26×10 -12 mol · L -1 =1.26 ×10 -15 mol 2 · L -2 因为： Q c (CuS) > K sp (CuS), 所以 ZnS 沉淀会转化为 CuS 沉淀。 有关 一种沉淀为什么转化为另一种沉淀的 定量计算 : 7 ）为除去 MgCl 2 溶液中的 FeCl 3 ，可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是（ ） A 、 NaOH B 、 Na 2 CO 3 C 、氨水 D 、 MgO 6 ）在饱和澄清石灰水中加入生石灰反应后 , 恢复至原来温度下列说法正确的是 ( ) A 溶液中钙离子浓度变大 B 溶液中氢氧化钙的质量分数增大 C 溶液的 PH 不变 D 溶液中钙离子的物质的量减少 . C D D