2020届一轮复习人教版难溶电解质的溶解平衡学案

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难溶电解质的溶解平衡 ‎【考纲要求】‎ ‎ 1．运用化学平衡移动原理分析难溶电解质的溶解平衡。‎ ‎2．知道沉淀转化的本质。‎ ‎3．了解溶度积常数。‎ ‎【考点梳理】‎ 考点一、沉淀溶解平衡 ‎1．溶解度与溶解性的关系 ‎（难溶）‎ ‎（微溶）‎ ‎（能溶）‎ ‎（易溶）‎ ‎0‎ ‎0.01‎ ‎1‎ ‎10‎ S / g ‎20℃时，电解质在水中的溶解度与溶解性存在如下关系：‎ ‎2．溶解平衡 ‎ (1)、概念：在一定条件下，当难溶电解质溶解和生成速率相等时，得到难溶电解质的饱和溶液，即达到溶解平衡。‎ ‎ (2)、特征：逆、等、定、动、变(与化学平衡相同，适用于平衡移动原理)‎ 固体溶质 溶解 沉淀 溶液中的溶质 要点诠释： 　　a、逆：溶质溶解的过程是一个可逆过程：‎ b、等：v(溶解)＝ v(沉淀) 　　c、定：达到平衡时，溶液中各离子浓度保持不变 　　d、动：动态平衡，v(溶解)＝ v(沉淀) ≠ 0 　　e、变：当外界条件改变时，沉淀溶解平衡将发生移动，直到达到新的平衡。‎ 例：一定温度下，将难溶电解质AgCl放入水中时，会发生溶解和沉淀两个过程： 　　　　　AgCl(s)Ag+(aq)+ Cl-(aq) 　　　　　初始：v(溶)﹥v(沉) 　　　　　平衡：v(溶)=v(沉) 　　 正是这种平衡的存在，决定了Ag+与Cl-的反应不能进行到底。‎ ‎3．溶度积常数：‎ ‎（1）定义：一定温度下难溶强电解质的饱和溶液中各组分离子浓度幂的乘积为一常数。‎ AmBn(s) mAn+(aq) + nDm-(aq)　　Ksp = cm(An+)·cn(Bm-)‎ 要点诠释：‎ KSP反映了难溶电解质在水中的溶解能力 a、用溶度积直接比较时，物质的类型(如AB型、A2B型、AB2型)必须相同。‎ b、对于同种类型物质，KSP数值越大，难溶电解质在水中的溶解能力越强。如由Ksp数值可知，溶解能力：AgCl＞AgBr＞AgI＞Ag2S，Cu(OH)2＜Mg(OH)2。‎ c、不同类型的物质，Ksp差距不大时不能直接作为比较依据。如：‎ AgCl (s)Ag+(aq)+Cl―(aq)，Ksp=1.8×10―10，‎ Mg(OH)2 (s)Mg2+(aq)+2OH―(aq)，Ksp=5.6×10―12。‎ 虽然Mg(OH)2的Ksp较小，但不能认为Mg(OH)2比AgCl更难溶。一般比较难溶物质，往往比较的是饱和溶液中溶质的物质的量浓度（或溶解度），如AgCl的物质的量浓度约为1.3×10―5 mol·L―1，Mg(OH)2的物质的量浓度约为1.2×10―4 mol·L―1，显然相对于AgCl (s)，Mg(OH)2 (s)较易溶解。‎ d、难溶电解质的溶解度尽管很小，但不会等于0。如Ag2S的溶解度为1.3×10-16 g ‎(2)影响KSP的因素：‎ ‎①KSP与化学平衡常数一样，KSP只与难溶电解质的性质和温度有关，而与浓度无关。‎ ‎②温度一定时，溶液中离子浓度的变化只能使溶解平衡移动但不改变溶度积。‎ ‎(3)利用浓度积（Qc）和溶度积判断沉淀的生成、溶解 ‎①Qc＜KSP ：溶液不饱和，无沉淀析出，需加入该难溶电解质直至饱和；‎ ‎②Qc=KSP ：溶液达到饱和，沉淀与溶解处于平衡状态；‎ ‎③Qc＞KSP ：溶液过饱和，有沉淀析出，直至溶液饱和，达到新的平衡。‎ 4． 溶解平衡的移动(溶解平衡属于化学平衡的一种，遵循化学平衡移动原理)‎ ‎（1）在含大量剩余AgCl沉淀的试管中，分析AgCl溶解平衡：AgCl(s)Ag+(aq)+ Cl-(aq)‎ 采取以下措施 移动方向 C(Ag+)‎ C(Cl-)‎ Ksp 温度不变 加少量水（仍有AgCl剩余）‎ 右 不变 不变 不变 温度不变 加少量NaCl固体 左 减小 增大 不变 温度不变 加少量NaBr固体 右 减小 增大 不变 温度升高 加热 右 增大 增大 增大 ‎ 注：加少量NaBr固体后，白色沉淀转化为淡黄色沉淀 ‎（2）在大量剩余固体Ca(OH)2的悬浊液中，分析溶解平衡：Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)‎ 采取以下措施 移动方向 C(Ca2+)‎ C(OH-)‎ Ksp 温度不变 加少量水（仍有沉淀剩余）‎ 右 不变 不变 不变 温度不变 CaO 左 不变 不变 不变 温度不变 少量Na2CO3溶液 右 减小 增大 不变 温度不变 CaCl2溶液 左 增大 减小 不变 温度升高 加热 左 减小 减小 减小 注：大多数固体溶解度随温度升高而升高，但固体Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低。‎ ‎（3）在大量剩余Mg(OH)2沉淀的试管中，分析溶解平衡：Mg (OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)‎ 采取以下措施 移动方向 C(Mg2+)‎ C(OH-)‎ Ksp 温度不变 加少量水（仍有沉淀剩余）‎ 右 不变 不变 不变 温度不变 加少量HClaq 右 增大 减小 不变 温度不变 加少量NH4Cl aq 右 增大 减小 不变 温度不变 加适量FeCl3 aq 右 增大 减小 不变 注：加大量NH4C l溶液，可使Mg(OH)2沉淀溶解。‎ ‎5．四大平衡的比较 平衡类型 存在条件 平衡常数 平衡移动的判断 表示形式 影响因素 化学平衡 一定条件下的可逆反应 N2＋3H22NH3‎ K 温度 均符合平衡移动原理（勒夏特列原理），即平衡始终是向减弱条件改变的方向移动 电离平衡 一定条件下的弱电解质溶液 CH3COOHCH3COO―+H+‎ Ka或Kb 温度 水解平衡 含有弱酸根或弱碱阳离子的盐 NH4++H2O NH3·H2O+H+‎ Kh=Kw/Kb 温度 溶解平衡 一定条件下难溶或微溶盐的饱和溶液 ‎　AgCl(s)Ag+(aq)+ Cl-(aq)‎ Ksp 温度 考点二、沉淀反应的应用 ‎1．沉淀的生成（方法）：利用沉淀来分离或除去某些离子 ‎（1）调节pH法：‎ 例如：除去硫酸铜溶液中混有的少量铁离子。方法：向溶液中加入氧化铜或氢氧化铜或碳酸铜或碱式碳酸铜，调节溶液的pH在3～4之间，铁离子就会转化为氢氧化铁而除去。‎ 反应如下：Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+。Cu(OH)2+ 2H+== Cu2++2 H2O，流程图为： ‎CuSO4 (aq)‎ ‎（含Fe3+）‎ CuO或Cu(OH)2‎ 调节溶液 pH=3～4‎ Cu2+‎ Fe(OH)3↓（除去Fe3+）‎ ‎（2）加沉淀剂法：‎ 如以Na2S、H2S等作沉淀剂，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，也是分离、除去杂质常用的方法。反应如下：‎ Cu2++S2―==CuS↓ Cu2++H2S==CuS↓+2H+‎ Hg2++S2―==HgS↓ Hg2++H2S==HgS↓+2H+‎ 再如，为降低硬水中钙镁离子浓度，可向溶液中加入氢氧化钙、碳酸钠溶液，离子方程式为：‎ Ca2++CO32―=CaCO3↓，Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓‎ 注：硬水是指含Ca2+、Mg2+较多的水。‎ ‎2．沉淀的转化（生成更难溶的物质）‎ ‎（1）沉淀转化的实质 沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。根据难溶物质溶解度的大小，难溶物质间可以进行转化。一般说来，溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现，两者溶解度差别越大，转化越容易。例如：‎ AgNO3AgCl（白色沉淀）AgBr（淡黄色沉淀）AgI（黄色沉淀）Ag2S（黑色沉淀）‎ 溶解度大小比较：AgCl＞AgBr＞AgI＞Ag2S ‎（2）实例探究：沉淀的转化 ‎①往ZnS的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依据沉淀转化的原理，可用FeS等难溶物作为沉淀剂除去废水中的重金属离子。‎ FeS (s)+Hg2+(aq)==HgS (s)+Fe2+(aq)‎ ‎③锅炉水垢中的CaSO4用Na2CO3转化为CaCO3， 离子方程式为：CaSO4+CO32―=CaCO3+ SO42―，‎ 溶解度：CaSO4＞CaCO3‎ ‎3．沉淀的溶解 ‎（1）沉淀溶解的原理 根据平衡移动，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地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，就可以使沉淀溶解。‎ ‎（2）溶解沉淀的试剂 ‎①主要用强酸溶解，例如：难溶于水的CaCO3沉淀可以溶于盐酸中 CaCO3Ca2++CO32－‎ ‎+H+‎ HCO3－H2CO3—→H2O+CO2↑‎ 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CO32―浓度不断减小，平衡向沉淀溶解方向移动。‎ 注：类似的可用强酸溶解的难溶电解质还有FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等。在医学上用BaSO4作“钡餐”，但不能用BaCO3，其原因是BaCO3溶于胃酸（盐酸）。‎ ‎②用某些盐溶液溶解，例如：Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液，化学方程式为：‎ Mg(OH)2+2NH4Cl==MgCl2+2NH3↑+2H2O。‎ ‎4．生活中的沉淀溶解平衡 ‎（1）溶洞里美丽的石笋、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[Ca(HCO3)2]。溶有碳酸氢钙的水从溶洞顶向溶洞底滴落时，水分蒸发、二氧化碳压强减小或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。‎ ‎（2）氟化物防龋齿的化学原理。‎ 龋齿可能是由口腔细菌在糖代谢过程中释放出来的有机酸穿透牙釉质表面使牙齿的矿物质——羟（基）磷灰石[Ca5(PO4)3OH]溶解造成的。由于细菌在牙齿表面形成一层黏附膜——齿斑（或称菌斑），这些有机酸能够长时间地跟牙齿表面密切接触，使羟（基）磷灰石溶解：‎ Ca5(PO4)3OH+4H+==5Ca2++3HPO42―+H2O 饮水、食物和牙膏里氟离子会跟羟（基）磷灰石发生沉淀转化生成氟磷灰石：‎ Ca5(PO4)3OH+F―==Ca5(PO4)3F+OH―‎ 溶解度研究证实氟磷灰石比羟磷灰石更能抵抗酸的侵蚀。这是由于氟离子体积小于氢氧根离子，在磷灰石晶结构里更匹配。此外，氟离子还能抑制口腔细菌产生酸。含氟牙膏已经使全世界千百万人减少龋齿，使人们的牙齿更健康。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一：溶解平衡 例1．把Ca(OH)2放入蒸馏水中达到平衡：Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH―(aq)，下列说法正确的是（ ）‎ A．恒温下向溶液中加CaO，溶液的pH升高 B．给溶液加热，溶液的pH升高 C．向溶液中加入少量Na2CO3固体，溶液的pH升高 D．向溶液中加入少量NaOH固体，Ca2+的物质的量浓度减小 ‎【思路点拨】大多数固体的溶解度随温度升高而升高，但Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低。‎ ‎【答案】CD ‎【解析】如果温度不变，则加入CaO后，溶液中的Ca(OH)2的浓度不变，所以pH应该不变，A错；Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低，当温度升高时，平衡会向左移动，所以pH会减小，B错；加入碳酸钠，会生成CaCO3，使得平衡右移，所以pH升高，C正确；加入NaOH，使得c(OH-)增大，平衡左移而减小Ca2+的物质的量，D正确。‎ ‎【总结升华】沉淀溶解平衡是平衡的一种，平衡移动原理仍适用于该平衡体系。在学习该部分知识时，要注意平衡移动原理对该部分知识的指导作用。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】石灰乳中存在下列平衡：Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH― (aq)，加入下列溶液，可使Ca(OH)2减少的是（ ）‎ A．Na2CO3溶液 B．AlCl3溶液 C．NaOH溶液 D．CaCl2溶液 ‎【答案】AB ‎【变式2】向AgCl饱和溶液中加水，下列叙述正确的是（ ）‎ A．AgCl的溶解度增大 B．AgCl的溶解度、Ksp均不变 C．AgCl的Ksp增大 D．AgCl的溶解度、Ksp均增大 ‎【答案】B ‎【解析】物质的溶解度和溶度积都是温度的函数，与溶液的浓度无关。所以向AgCl饱和溶液中加水，AgCl的溶解度和Ksp都不变，故B项对。‎ ‎【变式3】已知：25℃时，Ksp [Mg(OH)2]=5.61×10-12 ，Ksp[MgF2]=7.43×10-11。下列说法正确的是（ ）‎ A．25℃时，饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比，前者的c(Mg2+)大 B．25℃时，在Mg(OH)2的悬浊液中加入少量的NH4Cl固体，c(Mg2+)增大 C．25℃时，Mg(OH)2固体在20 mL 0．01 mol·L-1氨水中的Ksp比在20 mL 0．01 mol·L-1 NH4Cl溶液中的Ksp小 D．25℃时，在Mg(OH)2悬浊液中加入NaF溶液后，Mg(OH)2不可能转化为MgF2‎ ‎【答案】B ‎【解析】K[Mg(OH)2]=5.61×10-12＜K[MgF2]=7.43×10-11，因此后者的c(Mg2+)大；Mg(OH)2的悬浊液中加入少量的NH4Cl固体，NH4+会和溶液中的OH—结合成NH4·H2O，促进其溶解，c(Mg2+)增大；Mg(OH)2固体在20 mL 0.01 mol·L-1氨水中的Ksp和在20 mL 0．01 mol·L-1 NH4Cl溶液中的Ksp相等，Ksp只和温度有关；在Mg(OH)2悬浊液中加入足够大浓度的NaF溶液后会使溶液中c(Mg2+)·c(F—)2=7.43×10-11，因此可以生成MgF2　‎ 类型二：沉淀的生成和转化 例2．自然界地表层原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后变成CuSO4溶液，向地下深层渗透，遇到难溶的ZnS或pbS，慢慢转变为铜蓝(CuS)。下列分析正确的是（ ）‎ A．的溶解度大于的溶解度 B．原生铜的硫化物具有还原性，而铜蓝没有还原性 C．与反应的离子方程式是 D．整个过程涉及的反应类型有氧化还原反应和复分解反应 ‎【思路点拨】‎ 在难溶电解质的溶液中，沉淀的转化的实质是沉淀溶解平衡的移动，一般来说，沉淀的转化是向溶解度减小的方向进行。‎ ‎【答案】D ‎【解析】由于CuSO4与PbS生成CuS和PbSO4，说明CuS的溶解度小于PbS的溶解度，A项错误；原生铜的硫化物和铜蓝中的硫为—2价，处于硫的最低价态，均具有还原性，所以B项错误；CuSO4与ZnS反应的离子方程式应为：Cu2++ZnS==CuS↓+ Zn2+ ，C项错误；原生铜的硫化物转化为CuSO4为氧化还原反应，CuSO4转化为CuS为复分解反应，D项正确。‎ ‎【总结升华】本题考查沉淀的转化、离子反应等。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】以MnO2为原料制得的MnCl2溶液中常含有Cu2+、Pb2+、Cd2+等金属离子，通过添加过量难溶电解质MnS，可使这些金属离子形成硫化物沉淀，经过滤除去包括MnS在内的沉淀，再经蒸发、结晶，可得纯净的MnCl2 ，根据上述实验事实可推知MnS具有的相关性质是（ ）‎ A．具有吸附性 ‎ B．溶解度与CuS、PbS、CdS等相同 ‎ C．溶解度大于CuS、PbS、CdS ‎ D．溶解度小于CuS、PbS、CdS ‎ ‎【答案】C ‎ ‎【变式2】为除去MgCl2溶液中的FeCl3，可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是（ ）‎ A．NaOH B．Na2CO3 C．氨水 D．MgO ‎【答案】D ‎【解析】除杂不能引入新杂。反应如下：Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+，MgO+ 2H+== Mg2++ H2O。‎ ‎【变式3】已知Ksp(PbCl2)=1.6×10-5，Ksp(PbI2)=7.1×10-9，Ksp(PbS)=8.0×10-28。若沉淀过程中依次看到白色PbCl2、黄色PbI2、和黑色PbS三种沉淀，则往Pb2+溶液中滴加沉淀剂的次序是（ ）‎ A．Na2S、NaI、NaCl　　　　B．NaCl、NaI、Na2S C．NaCl、Na2S、NaI　　　　D．NaI、NaCl、Na2S ‎【答案】B ‎【变式4】已知在pH为4～5的环境中，Cu2+、Fe2+几乎不水解，而Fe3+几乎完全水解。工业上制CuCl2是将浓盐酸用蒸气加热到80℃左右，再慢慢加入粗氧化铜(含少量杂质FeO)，充分搅拌使之溶解。欲除去溶液中的杂质离子，下述方法中可行的是（ ）‎ A．加入纯Cu将Fe2+还原为Fe B．向溶液中通入H2S使Fe2+沉淀 C．向溶液中通入Cl2，再通入NH3，调节pH值为4～5‎ D．向溶液中通入Cl2，再加入纯净的CuO粉末调节pH值为4～5‎ ‎【答案】D 类型三：沉淀的溶解 例3．利用平衡移动原理解释FeS不溶于水，却溶于稀盐酸中。‎ ‎【思路点拨】FeS属难溶盐，存在溶解平衡：FeS（s） Fe2++S2-。‎ ‎【解析】向FeS的溶解平衡体系中加入稀盐酸后，发生反应：2H++ S2-=H2S，使上述溶解平衡向右移动，从而使FeS溶于稀盐酸中。‎ ‎【总结升华】本题属简答题，要注意要把文字表达与化学用语结合起来陈述原因。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】试利用平衡移动原理解释下列事实： CaCO3难溶于稀硫酸，却能溶于醋酸中。‎ ‎【答案】CaCO3 (s)CO32―(aq)+Ca2+(aq)，在稀硫酸中生成的CaSO4微溶，附着在CaCO3的表面，很难破坏CaCO3的溶解平衡，故难溶于稀H2SO4。而在醋酸中，CO32―+2CH3COOH==2CH3COO―+H2O+CO2↑，破坏了CaCO3的溶解平衡，故CaCO3能溶于醋酸。‎ ‎【变式2】Al(OH)3既溶于盐酸又溶于苛性钠溶液。‎ ‎【答案】Al(OH)3的碱式电离为Al(OH)3Al3++3OH―，加入酸溶液，由于H+与Al(OH)3电离出来的少量OH―中和生成水，使Al(OH)3的电离平衡向正方向移动而溶解；Al(OH)3的酸式电离为Al(OH)3H++AlO2―+H2O，当向Al(OH)3沉淀中加入碱溶液时，OH―与Al(OH)3电离出来的H+反应生成水，Al(OH)3的酸式电离平衡向正方向移动，沉淀溶解。‎ ‎【变式3】分别用等体积的蒸馏水和0.010 mol·L―1的硫酸洗涤BaSO4沉淀，用水洗涤造成BaSO4的损失量大于用稀硫酸洗涤造成的损失量。‎ ‎【答案】BaSO4 (s)Ba2+(aq)+SO42―(aq)，用水洗涤使BaSO4的溶解平衡向正反应方向移动，造成BaSO4的损失；而用H2SO4洗涤，SO42―的存在抑制了BaSO4的溶解，故用水洗涤造成BaSO4的损失量大于用稀H2SO4洗涤造成的损失量。‎ 类型四：有关溶度积的考查 例4．已知Ksp(Mg(OH)2)=1.8´10－11，则Mg(OH)2在pH=12.00的NaOH溶液中的溶解度为（ ）‎ A．1.8´10－7mol·L－1 B．1.0´10－5mol·L－1 ‎ C．1.0´10－7mol·L－1 D．1.8´10－9mol·L－1‎ ‎【思路点拨】由选项看出，这里Mg(OH)2的溶解度是指其在NaOH溶液中的物质的量浓度。‎ ‎【答案】A ‎【解析】Mg (OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq)‎ Ksp(Mg(OH)2)= c (Mg 2+)·c (OH—) 2= c (Mg 2+)· (10－2)2=1.8´10－11‎ c (Mg 2+)=1.8´10－7mol·L－1 ‎ ‎【总结升华】正确书写Ksp的数学表达式。对于沉淀溶解平衡：一般形式如：AmBn (s)mAn+(aq)+nBm―(aq)，Ksp=cm (An+)·cn (Bm―)，注意离子所带电荷数和其离子浓度的方次及Ksp的单位。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】铬酸银（Ag2CrO4）在298 K的溶解度为0.00445 g，求其溶度积。‎ ‎【解析】因铬酸银（Ag2CrO4）饱和溶液是极稀的，其密度可认为是1 g·mL―1。已知AgCrO4的相对分子质量为332，所以Ag2CrO4饱和溶液的物质的量浓度为。‎ 因为Ag2CrO4 (s)2Ag+(aq)+CrO42―(aq)，‎ 所以c (Ag+)=2×1.34×10―4 mol·L―1=2.68×10―4 mol·L―1，‎ c (CrO42―)=1.34×10―4 mol·L―1；‎ Ksp (Ag2CrO4)=[c (Ag+)]2·c (CrO42―)=(2.68×10－4)2×1.34×10－4=9.62×10－12。‎ ‎【答案】Ksp (Ag2CrO4)=9.62×10－12。‎ ‎【变式2】已知：Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp (AgI)＝1.5×10－16，Ksp(Ag2CrO4)＝2.0×10－12，则下列难溶盐的饱和溶液中，Ag＋浓度大小顺序正确的是（ ）‎ A． AgCl>AgI>Ag2CrO4‎ B．AgCl>Ag2CrO4>AgI C．Ag2CrO4>AgCl>AgI D．Ag2CrO4>AgI>AgCl ‎【答案】C ‎【解析】因AgCl和AgI的结构相似，由Ksp可知AgCl的c(Ag＋)大于AgI的；AgCl中的c2(Ag＋)＝Ksp＝1.8×10－10，Ag2CrO4(s) 2Ag＋(aq)＋CrO(aq)的Ksp＝c2(Ag＋)·c(CrO)＝c3(Ag＋)＝2.0×10－12，所以Ag2CrO4中c(Ag＋)大于AgCl中的c(Ag＋)。‎