沉淀溶解平衡的应用(公开课用)

选修四化学反应原理专题三溶液中的离子反应第四单元沉淀溶解平衡沉淀溶解平衡的应用认识1：生成沉淀的离子反应之所以能够发生，在于生成物的溶解度很小。认识2：溶解度小于0.01g的电解质称为难溶电解质，溶解度尽管很小，但不会为0。认识3：残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5mol·L－1,就认为反应完全了。沉淀溶解平衡溶度积规则:MmAn的饱和溶液溶度积Ksp=[c(Mn+)]m·[c(Am-)]n离子积Qc=c(Mn+)m·c(Am-)nQcKsp,溶液处于过饱和溶液状态,生成沉淀.Qc=Ksp,沉淀和溶解达到平衡,溶液为饱和溶液.QcKsp,溶液未达饱和,沉淀发生溶解.例：将4×10-3mol.L-1的AgNO3溶液与4×10-3mol.L-1的NaCl溶液等体积混合能否有沉淀析出？Ksp(AgCl)=1.8×10-10C(Ag+)=2×10-3,c(Cl-)=2×10-3Qc=2×10-3×2×10-3=4.0×10-61.8×10-10QcKsp,所以有AgCl沉淀析出。解：问题解决沉淀溶解平衡的应用之一沉淀的生成加入沉淀剂、应用同离子效应、控制溶液的pH，当Qc＞Ksp时有沉淀生成.运用溶度积规则解释以下事实.1.如果误食可溶性钡盐，造成钡中毒，应尽快用5.0％的硫酸钠溶液给患者洗胃.2.精制食盐水时，可加入适量的氢氧化钠溶液除去氯化钠溶液中的镁离子.增大c(OH-)，使Qc＞Ksp以产生Mg(OH)2沉淀.增大c(SO42-)，使Qc＞Ksp以产生BaSO4沉淀.Mg(OH)2(s)⇌Mg2＋(aq)+2OH－(aq)BaSO4(S)Ba2++SO42-3.将溶液的pH调节到3－4，就可以除去硫酸铜溶液中的铁离子。沉淀溶解平衡的应用之一沉淀的生成Fe(OH)3Ksp=2.6×10-39、Cu(OH)2Ksp=5.6×10-20设溶液中铜离子浓度和铁离子浓度均为0.1mol.L-1对于氢氧化铜来说，KSP=C(Cu2+)C2(OH-)=5.6×10-20,则铜离子开始沉淀时的C(OH-)=7.5×10-10，即PH=4.8；铜离子完全沉淀时的C(OH-)=2.4×10-7，即PH=6.6。对于氢氧化铁来说，KSP=C(Fe3+)C3(OH-)=2.6×10-39,则铁离子开始沉淀时的C(OH-)=2.9×10-13，即PH=1.4；铁离子完全沉淀时的C(OH-)=1.38×10-11，即PH=2.8。从理论上说，当PH=2.7时，铁离子已完全沉淀，而当PH=4.7时，铜离子才开始转化为沉淀。因此，在实际操作中常调节PH到3—4就可以出去硫酸铜溶液中的铁离子1、如果要除去某溶液中的SO42-，你选择加入钡盐还是钙盐？为什么？加入钡盐，因为BaSO4比CaSO4更难溶，使用钡盐可使SO42-沉淀更完全2、以你现有的知识，你认为判断沉淀能否生成可从哪方面考虑？是否可能使要除去的离子通过沉淀反应全部除去？说明原因。从溶解度方面可判断沉淀能否生成不可能使要除去的离子通过沉淀完全除去沉淀的生成问题解决沉淀溶解平衡的应用之二沉淀的溶解根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能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，就可以使沉淀溶解。【案例一】医院中进行钡餐透视时，用BaSO4做内服造影剂，为什么不用BaCO3做内服造影剂？信息：1.Ksp(BaSO4)=1.1×10-10mol2·L-2；Ksp(BaCO3)=5.1×10-9mol2·L-22.Ba2+有剧毒，；3.胃酸的酸性很强，pH约为0.9～1.5；沉淀溶解平衡的应用之二沉淀的溶解由于人体内胃酸的酸性较强(pH0.9-1.5)，如果服下BaCO3,胃酸会与CO32-反应生成CO2和水，使CO32-离子浓度降低，使BaCO3的沉淀溶解平衡向右移动，使体内的Ba2+浓度增大而引起人体中毒。BaCO3Ba2++CO32-+2H+CO2+H2O所以，不能用BaCO3作为内服造影剂“钡餐”。而SO42-不与H+结合生成硫酸，胃酸中的H+对BaSO4的溶解平衡没有影响，Ba2+浓度保持在安全浓度标准下，所以用BaSO4作“钡餐”。沉淀溶解平衡的应用之二沉淀的溶解沉淀的溶解【案例二】吃糖后不刷牙容易形成蛀牙。为什么？•信息：1.牙齿表面的牙釉质起着保护牙齿的作用，其主要成分为Ca5(PO4)3OH（羟基磷酸钙）,它是一种难溶电解质，Ksp=2.5×10-59mol9·L-9；2.残留在牙齿上的糖发酵会产生H+；沉淀溶解平衡的应用之二Ca5（PO4）3OH（S）5Ca2+（ag）+3PO43-（ag）+OH-（ag）糖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。已知Ｆ－会与难溶于水的羟基磷酸钙[Ca5(PO4)3(OH)]反应生成更难溶且耐酸的氟磷酸钙[Ca5(PO4)3F]。请解释含氟牙膏使牙齿变坚固原因并写出此离子反应方程式。沉淀溶解平衡的应用之二沉淀的溶解生成的氟磷酸钙覆盖在牙齿表面，抵抗Ｈ+的侵袭Ca5(PO4)3OH+F－＝Ca5(PO4)3F+OH-沉淀转化的实质：沉淀转化的条件：沉淀溶解平衡的移动难溶电解质转化成更加难溶的物质溶解度大的沉淀：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溶解平衡的应用之三沉淀的转化观察P82活动与探究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AgCl+I-AgI+Cl-黄色沉淀转化为黑色2AgI+S2-Ag2S+2I-沉淀溶解平衡的应用之三沉淀的转化分步沉淀在相同浓度的Cl-、Br-、I-的溶液中逐滴加入AgNO3溶液，AgI最先沉淀，其次是AgBr,最后是AgCl。沉淀溶解平衡的应用之三沉淀的转化沉淀的转化示意图KI=I-+K+AgCl(S)Ag++Cl-+AgI(S)AgCl(S)+I-AgI(S)+Cl-KSP(AgCl)=1.8*10-10KSP(AgI)=8.3*10-17沉淀溶解平衡的应用之三沉淀的转化（1）已知25℃时AgCl、AgI、Ag2S的溶解度分别是1.5×10-4g、2.1×10-7g、1.3×10-16g，分析上述实验现象的产生原因。（2）已知AgCl、AgI和Ag2S的KSP分别为1.8×10-10mol2•L-2、8.3×10-17mol2•L-2、1.6×10-49mol3•L-3，分析沉淀转化的方向。讨论K差值越大，沉淀转化越彻底。即生成的沉淀Ksp越小，转化越彻底。沉淀转化方向：AgCl→AgBr→AgI情景：锅炉水垢既会降低燃料的利用率，造成能源浪费，也会影响锅炉的使用寿命，造成安全隐患，因此要定期清除。锅炉水垢的主要成分为CaCO3、Mg(OH)2、CaSO4，在处理水垢时，通常先加入饱和Na2CO3溶液浸泡，然后再向处理后的水垢中加入NH4Cl溶液，请你思考：1.加入饱和Na2CO3溶液后，水垢的成分发生了什么变化？说明理由。2.NH4Cl溶液的作用是什么？请描述所发生的变化。数据：1.几种物质的溶度积常数(Ksp)2.Mg(OH)2饱和溶液中，[Mg2+]=1.1×10-4mol/LMgCO3饱和溶液中，[Mg2+]=2.6×10-3mol/L物质CaSO4CaCO3Mg(OH)2MgCO3Ksp7.1×10-52.8×10-95.6×10-126.8×10-6沉淀溶解平衡的应用之三沉淀的转化化学法除锅炉水垢的流程图CaSO4+CO32-CaCO3+SO42-CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2OMg(OH)2+2H+=Mg2++2H2O水垢成分CaCO3Mg(OH)2CaSO4用饱和Na2CO3溶液浸泡数天疏松的水垢CaCO3Mg(OH)2写出除去水垢过程中发生的所有离子方程式用盐酸或饱氯化铵液除去水垢沉淀溶解平衡的应用之三沉淀的转化重晶石（主要成分是BaSO4）是制备钡化合物的重要原料；BaSO4不溶于酸，但为什么可以用饱和Na2CO3溶液处理转化为易溶于酸的BaCO3问题解决BaSO4Ba2++SO42-+BaCO3(s)BaSO4+CO32-BaCO3+SO42-①饱和Na2CO3溶液②移走上层溶液H+BaSO4、BaCO3Ba2+BaSO4……BaCO3Na2CO3CO32-+2Na+（重复①②操作）水滴石穿滴水成石溶洞的形成：CaCO3Ca2++CO32-+2HCO3-H2O+CO2溶洞的形成：CaCO3+H2O+CO2+2HCO3-Ca2+水滴石穿CaCO3+H2O+CO2Ca（HCO3）2滴水成石溶洞的形成：“看到”微粒解决沉淀溶解平衡问题的一般思路：“找到”平衡“想到”移动依据数据例：在1mol·L-1CuSO4溶液中含有少量的Fe3+杂质，pH值控制在什么范围才能除去Fe3+?[使c(Fe3+)≤10-5mol·L-1]解：Fe(OH)3的Ksp=2.6×10-39，Cu(OH)2的Ksp=5.6×10-20Fe(OH)3Fe3++3OH–Ksp=c(Fe3+)c3(OH–)=2.6×10-39353933391010621062.)Fe(c.)OH(c)Lmol(.1121046pH=2.8pH2.8Cu(OH)2Cu2++2OH–Ksp=c(Cu2+)c2(OH–)=5.6×10-2011065106520220.)Cu(c.)OH(c)Lmol(.1101042pH=4.4控制pH：2.8~4.4.