高考专题沉淀溶解平衡

知识点1介绍：沉淀溶解平衡1．物质的溶解性电解质在水中的溶解度，有的很大，有的很小，但仍有度。在20℃时溶解性与溶解度的关系如下：溶解性易溶可溶微溶难溶溶解度＞10g1g～10g0.01g～1g＜0.01g说明：物质在水中“溶”与“不溶”是相对的，“不溶”是指难溶，没有绝对不溶的物质。2．难溶物的溶解平衡难溶电解质的溶解速率和沉淀速率相等，溶液里的离子处于饱和及固态电解质的量保持不变的状态，叫做难溶电解质的沉淀溶解平衡状态，简称沉淀溶解平衡。例如：AgCl(s)Ag+(aq)+Cl―(aq)未溶解的固体溶液中的离子PbI2(s)Pb2+(aq)+2I―(aq)未溶解的固体溶液中的离子3．溶解平衡特征（1）“动”——动态平衡，溶解的速率和沉淀的速率都不为0；（2）“等”——v溶解=v沉淀；（3）“定”——达到平衡时，溶液中离子的浓度保持不变；（4）“变”——当改变外界条件时，溶解平衡将发生移动，达到新的平衡。例1：(2011年海南模拟)下列有关AgCl沉淀的溶解平衡的说法中，不正确的是(B)A．AgCl沉淀生成和溶解不断进行，但速率相等B．AgCl难溶于水，溶液中没有Ag＋和Cl－C．升高温度，AgCl沉淀的溶解度增大D．向AgCl沉淀中加入NaCl固体，AgCl沉淀的溶解度降低解析：AgCl固体在溶液中达到溶解平衡后，溶解与沉淀速率相等，但不为0，A项正确；AgCl难溶于水，但溶解的部分电离出Ag＋和Cl－，B项错误；一般来说，升高温度有利于固体物质的溶解，C项正确；向AgCl沉淀中加入NaCl固体，增大了Cl－浓度，促使溶解平衡向左移动，降低了AgCl的溶解度，D项正确。4．沉淀溶解平衡常数——溶度积（1）定义：在一定条件下，难溶强电解质AmBn溶于水形成饱和溶液时，溶质的离子与该固态物质之间建立动态平衡，叫做沉淀溶解平衡。这时，离子浓度幂的乘积为一常数，叫做溶度积Ksp。（2）表达式：AmBn(s)mAn+(aq)+nBm―(aq)Ksp=[c(An+)]m·[c(Bm―)]n注意：溶度积（Ksp）的大小只与难溶电解质的性质和温度有关，与浓度无关。（3）溶度积规则：通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积——离子积Qc的相对大小，可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解；Qc＞Ksp，溶液过饱和，有沉淀析出，直至溶液饱和，达到新的平衡；Qc＝Ksp，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态；Qc＜Ksp，溶液未饱和，无沉淀析出，若加入过量难溶电解质，难溶电解质溶解直至溶液饱和。注意：（1）对同种类型物质，Ksp越小其溶解度越小，越容易转化为沉淀。（2）对于化学式中阴、阳离子个数比不同的难溶电解质，不能直接比较Ksp的大小来确定其溶解能力的大小，需转化为溶解度来计算。（3）溶液中的各离子浓度的变化只能使沉淀溶解平衡移动，并不改变溶度积。例2：若在1L蒸馏水中加入1滴(约0.05mL)0.1mol·L－1的NaCl溶液，搅拌均匀后再滴入1滴0.1mol·L－1AgNO3溶液，请估算是否会产生沉淀(已知AgCl的Ksp＝1.8×10－10)(A)A．否B．是C．可能是D．以上都不正确解析：c(Cl－)＝0.05×10－3L×0.1mol·L－1/1L＝5×10－6mol·L－1c(Ag＋)＝0.05×10－3L×0.1mol·L－1/1L＝5×10－6mol·L－1Qc＝c(Cl－)·c(Ag＋)＝2.5×10－11Ksp，所以不会产生沉淀。2．溶度积的计算(1)已知溶度积求溶解度以Ag＋(aq)＋Cl－(aq)为例，已知Ksp，则饱和溶液中c(Ag＋)＝c(Cl－)＝，结合溶液体积即求出溶解的AgCl的质量，利用公式即可求出溶解度。(2)已知溶解度求溶度积已知溶解度S(因为溶液中溶解的电解质很少，所以溶液的密度可视为1g·cm－3)，则100g水即0.1L溶液中溶解的电解质的质量m为已知，则1L溶液中所含离子的物质的量(即离子的物质的量浓度)便求出，利用公式即求出Ksp。(3)两溶液混合是否会产生沉淀或同一溶液中可能会产生多种沉淀时判断产生沉淀先后顺序的问题，均可利用溶度积的计算公式或离子积与溶度积的关系式加以判断。例3：(2010年山东理综)某温度下，Fe(OH)3(s)、Cu(OH)2(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后，改变溶液pH，金属阳离子浓度的变化如图所示。据图分析，下列判断错误的是(B)A．Ksp[Fe(OH)3]Ksp[Cu(OH)2]B．加适量NH4Cl固体可使溶液由a点变到b点C．c、d两点代表的溶液中c(H＋)与c(OH－)乘积相等D．Fe(OH)3、Cu(OH)2分别在b、c两点代表的溶液中达到饱和【解析】本题考查沉淀溶解平衡知识，意在考查考生分析图形的能力和实际运用知识的能力。Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，Ksp[Cu(OH)2]＝c(Cu2＋)·c2(OH－)，Fe3＋、Cu2＋浓度相等(b、c点)时，Fe3＋对应的pH小，c(H＋)较大，则c(OH－)较小，又知Ksp仅与温度有关，则Ksp[Fe(OH)3]Ksp[Cu(OH)2]，A选项正确；存在沉淀溶解平衡：Fe(OH)3Fe3＋(aq)＋3OH－(aq)，加入NH4Cl固体，因为NH4＋水解产生H＋，H＋与OH－反应使平衡正向移动，c(Fe3＋)增大，B选项错误；c(H＋)和c(OH－)的乘积为KW，KW仅与温度有关，则C选项正确；由题意和题图知D选项正确。5．影响沉淀溶解平衡的因素内因：难溶电解质本身的性质。外因：（1）浓度：加水冲稀，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动，但Ksp不变。（2）温度：多数难溶电解质溶解于水是吸热的，所以升高温度，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动，同时Ksp变大。（3）同离子效应：向沉淀溶解平衡体系中，加入相同的离子，使平衡向沉淀方向移动，但Ksp不变。（4）其他：向沉淀溶解平衡体系中，加入可与体系中某些离子反应生成更难溶的沉淀或气体，使平衡向溶解的方向移动，Ksp不变。注意：溶解度随温度升高而增大的难溶电解质，升高温度后，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动；溶解度随温度升高而减小的难溶电解质，升高温度后，沉淀溶解平衡向沉淀的方向移动。例4：(2010年温州模拟)为了除去MgCl2溶液中的FeCl3，可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是(D)A．NaOHB．Na2CO3C．氨水D．MgO解析：本题常规方法是加入化学物质直接与Fe3＋反应形成沉淀，但在这里却巧妙地利用了MgO消耗FeCl3水解生成的HCl促使FeCl3水解成Fe(OH)3，同时MgO转化成MgCl2，不引入新杂质，即使MgO过量，但它不溶于水，不会引起二次污染。知识点2介绍：沉淀溶解平衡的应用难溶电解质的沉淀溶解平衡在生产、科研和环保等领域有着许多应用。沉淀溶解平衡是一个动态平衡，当条件发生改变时，平衡也会相应地发生移动。我们在生产、生活中经常根据平衡移动原理，选择适当的条件，使平衡向着需要的方向移动。1．沉淀的生成（1）沉淀的方法：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：向溶液中加入氢氧化铜或碱式碳酸铜，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。流程图：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+（2）不同沉淀方法的应用①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。②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。③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。④氧化还原法：改变某离子的存在形式，促进其转变为溶解度更小的难溶电解质便于分离除去。注意：（1）在涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中，常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。（2）沉淀法工艺流程示意图如图：2．沉淀的溶解根据溶度积规则，当Qc＜Ksp时，沉淀就向溶解的方向进行。因此，使沉淀溶解的总原则就是设法使构晶离子的浓度减小使之满足Qc＜Ksp。常用的方法是：在难溶电解质饱和溶液中加入适当试剂使之与组成沉淀的一种构晶离子结合成另一类化合物，从而使之溶解。具体办法可采用酸碱溶解法、配位溶解法、氧化还原溶解法以及沉淀转化溶解法等。（1）酸碱溶解法例如：难溶于水的CaCO3沉淀可以溶于盐酸中在上述反应中，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。注意：①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。②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）盐溶解法如Mg(OH)2可溶于NH4Cl溶液。Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH―(aq)当加入NH4Cl溶液时，NH4++OH―NH3·H2O，使c(OH―)减小，使Mg(OH)2溶解平衡向右移动，直至沉淀完全溶解，总反应式为：Mg(OH)2+2NH4Cl＝MgCl2+2NH3·H2O（3）氧化还原法有些金属硫化物如CuS、HgS等，其溶度积很小，在饱和溶液中c(S2―)特别小，不能溶于非氧化性强酸，只能溶于氧化性酸，减小c(S2―)，从而达到沉淀溶解的目的。如：3CuS+8HNO3＝3Cu(NO3)2+3S↓+2NO↑+4H2O此法适用于溶解那些具有明显氧化性或还原性的难溶物。（4）生成配合物使沉淀溶解向沉淀体系中加入适当配合剂，使溶液中某离子生成稳定的配合物，减小其离子浓度，从而使沉淀溶解。如：AgCl可溶于NH3·H2O此法对用酸碱性不能溶解的难溶电解质具有重要意义。（5）沉淀转化溶解法此法是将难溶物转化为能被前三种方法溶解的沉淀，然后再溶解。例如：重晶石（BaSO4）23NaCO饱和BaCO3总反应的离子方程式为：BaSO4+CO32―BaCO3+SO42―注意：虽然BaSO4比BaCO3更难溶于水，但在CO32―浓度较大的溶液中，BaSO4溶解在水中的Ba2+能与CO32―结合形成BaCO3溶液。转化过程是用饱和Na2CO3溶液处理BaSO4溶液，待达到平衡后，移走上层溶液；再加入饱和Na2CO3溶液，重复处理多次，使绝大部分BaSO4转化为BaCO3；最后加入盐酸，Ba2+即转入到溶液中。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl－(aq)NH3·H2O[Ag(NH3)2]+BaSO4Ba2++SO42－CO32－BaCO3(s)3．沉淀的转化根据难溶物质溶解度的大小，难溶物质间可以进行转化，例如：AgNO3溶液和NaCl溶液反应，生成AgCl沉淀。当向体系中滴加KI溶液时，溶液中的Ag+和I―结合生成了更难溶解的AgI，由于溶液中Ag+浓度减小，促进了AgCl的溶解，最终AgCl全部转化为AgI。同样，由于硫化银的溶解度比碘化银的溶解度更小，因此向体系中滴加硫化钠溶液时，碘化银转化为硫化银。注意：（1）沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。一般地，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。（2）沉淀的转化在生产、生活中的应用较多，如用FeS、MnS、H2S等除去废水中的重金属离子（Hg2+、Pb2+等）：FeS(s)+Hg2+(aq)＝HgS(s)+Fe2+(aq)例5：(2010年北京高考)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(D)A．CuS的溶解度大于PbS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．CuSO4与ZnS反应的离子方程式是Cu2＋＋S2－===CuS↓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【解析】A项，应为CuS的溶解度小于PbS的溶解度，所以有PbS＋Cu2