沉淀的溶解平衡及其应用-高考化学专题

考点48沉淀的溶解平衡及其应用一、沉淀溶解平衡及其影响因素1．沉淀溶解平衡的概念在一定温度下，当难溶强电解质溶于水形成饱和溶液时，溶解速率和生成沉淀的速率相等的状态。2．沉淀溶解平衡的建立3．沉淀溶解平衡的特征4．影响沉淀溶解平衡的因素（1）内因难溶电解质本身的性质。（2）外因①浓度：加水稀释，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动，但Ksp不变。②温度：多数难溶电解质的溶解过程是吸热的，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或气体的离子，使平衡向溶解的方向移动，Ksp不变。以AgCl(s)垐?噲?Ag+(aq)+Cl－(aq)ΔH＞0为例：外界条件移动方向平衡后c(Ag+)平衡后c(Cl－)Ksp升高温度正向增大增大增大加水稀释正向不变不变不变加入少量AgNO3逆向增大减小不变通入HCl逆向减小增大不变通入H2S正向减小增大不变二、溶度积的相关计算及应用1．溶度积的相关计算（1）溶度积和离子积以AmBn(s)mAn+(aq)+nBm－(aq)为例：溶度积离子积概念沉淀溶解的平衡常数溶液中有关离子浓度幂的乘积符号KspQc表达式Ksp(AmBn)=cm(An+)·cn(Bm－)，式中的浓度都是平衡浓度Qc(AmBn)=cm(An+)·cn(Bm－)，式中的浓度是任意浓度应用判断在一定条件下沉淀能否生成或溶解：①QcKsp：溶液过饱和，有沉淀析出；②Qc=Ksp：溶液饱和，处于平衡状态；③QcKsp：溶液未饱和，无沉淀析出。（2）已知溶度积求溶解度以AgCl(s)Ag+(aq)+Cl−(aq)为例，已知Ksp，则饱和溶液中c(Ag+)=c(Cl−)=spK，结合溶液体积即可求出溶解的AgCl的质量，利用公式S100g=)((mm质)剂即可求出溶解度。（3）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（离子的物质的量浓度）便可求出，利用公式即可求出Ksp。（4）两溶液混合是否会产生沉淀或同一溶液中可能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浓度积的关系加以判断。2．溶度积的应用（1）沉淀的生成原理：当Qc＞Ksp时，难溶电解质的溶解平衡向左移动，就会生成沉淀。方法：①调节pH法。如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，使其溶解于水中，再加入氨水调节pH至7~8，可使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。反应的离子方程式为Fe3++3NH3·H2OFe(OH)3↓+3+4NH。②加沉淀剂法。如以Na2S、H2S等作沉淀剂，使金属离子如Cu2+、Hg2+等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等，也是分离、除杂常用的方法。反应的离子方程式为Cu2++S2−CuS↓，Cu2++H2SCuS↓+2H+；Hg2++S2−HgS↓，Hg2++H2SHgS↓+2H+。（2）沉淀的溶解原理：当Qc＜Ksp时，难溶电解质的溶解平衡向右移动，沉淀就会溶解。化学方法溶解沉淀的原理是：使沉淀溶解平衡向着溶解的方向移动。常用的方法有：①碱溶解法。如用NaOH溶液溶解Al(OH)3，化学方程式为NaOH+Al(OH)3NaAlO2+2H2O。②盐溶解法。除了酸、碱可以溶解难溶电解质，某些盐溶液也可用来溶解沉淀。如NH4Cl溶液可溶解Mg(OH)2。③配位溶解法。在难溶物中加入配位剂，因形成配合物而降低难溶物的某种离子浓度，使平衡右移，沉淀溶解。④氧化还原溶解法。有些金属硫化物(CuS、HgS等)不溶于非氧化性酸，只能溶于氧化性酸，通过减小c(S2−)而达到沉淀溶解的目的。如3CuS+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+3S↓+2NO↑+4H2O。（3）沉淀的转化实质：沉淀溶解平衡的移动。条件：两种沉淀的溶度积不同，溶度积大的可以转化为溶度积小的。应用：锅炉除垢、矿物转化等。溶度积使用时的注意事项（1）Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关，与沉淀的量无关。（2）溶液中离子浓度的变化只能使平衡移动，并不能改变溶度积。（3）沉淀的生成和溶解这两个相反过程相互转化的条件是离子浓度的大小，改变反应所需的离子浓度，可使反应向着所需的方向转化。（4）只有组成相似的物质（如AgCl与AgI、CaCO3与BaCO3），才能用Ksp的相对大小来判断物质溶解度的相对大小。（5）Ksp小的难溶电解质也能向Ksp大的难溶电解质转化，需看溶液中生成沉淀的离子浓度的大小。三、沉淀溶解平衡图像分析1．第一步：明确图像中纵、横坐标的含义纵、横坐标通常是难溶物溶解后电离出的离子浓度。2．第二步：理解图像中线上点、线外点的含义（1）以氯化银为例，在该沉淀溶解平衡图像上，曲线上任意一点都达到了沉淀溶解平衡状态，此时Qc=Ksp。在温度不变时，无论改变哪种离子的浓度，另一种离子的浓度只能在曲线上变化，不会出现在曲线外的点。（2）曲线上方区域的点均为过饱和溶液，此时Qc＞Ksp。（3）曲线下方区域的点均为不饱和溶液，此时Qc＜Ksp。3．第三步：抓住Ksp的特点，结合选项分析判断（1）溶液在蒸发时，离子浓度的变化分两种情况：①原溶液不饱和时，离子浓度要增大都增大；②原溶液饱和时，离子浓度都不变。（2）溶度积常数只是温度的函数，与溶液中溶质的离子浓度无关，在同一曲线上的点，溶度积常数相同。考向一沉淀溶解平衡及其影响因素典例1将足量BaCO3固体分别加入：①30mL水；②10mL0.2mol·L－1Na2CO3溶液；③50mL0.01mol·L－1BaCl2溶液；④100mL0.01mol·L－1盐酸中溶解至溶液饱和。请确定各溶液中c（Ba2＋）由大到小的顺序为A．①②③④B．③④①②C．④③①②D．②①④③【解析】BaCO3在水中存在溶解平衡：BaCO3（s）Ba2＋（aq）＋CO2－3（aq），Na2CO3溶液中c（CO2－3）较大，促使BaCO3的溶解平衡逆向移动，则Na2CO3溶液中c（Ba2＋）比水中小；0.01mol·L－1BaCl2溶液中c（Ba2＋）＝0.01mol·L－1，BaCO3的溶解平衡逆向移动，但溶液中c（Ba2＋）≈0.01mol·L－1；0.01mol·L－1盐酸中CO2－3与H＋反应生成CO2，促使BaCO3的溶解平衡正向移动，最终溶液中c（Ba2＋）≈0.005mol·L－1，故四种溶液中c（Ba2＋）的大小顺序为③＞④＞①＞②。【答案】B1．下列说法正确的是①难溶电解质达到沉淀溶解平衡时，溶液中各种离子的溶解(或沉淀)速率都相等②难溶电解质达到沉淀溶解平衡时，增加难溶电解质的量，平衡向溶解方向移动③向Na2SO4溶液中加入过量的BaCl2溶液，则24SO沉淀完全，溶液中只含Ba2+、Na+和Cl−，不含24SO④Ksp小的物质其溶解能力一定比Ksp大的物质的溶解能力小⑤为减少洗涤过程中固体的损耗，最好选用稀H2SO4代替H2O来洗涤BaSO4沉淀⑥洗涤沉淀时，洗涤次数越多越好A．①②③B．①②③④⑤⑥C．⑤D．①⑤⑥沉淀溶解平衡及其影响因素的理解（1）沉淀溶解平衡是化学平衡的一种，沉淀溶解平衡的移动也同样遵循勒夏特列原理。（2）沉淀溶解达到平衡时，再加入该难溶物对平衡无影响。（3）难溶电解质的溶解过程有的是吸热过程，有的是放热过程。（4）由于沉淀的生成取决于Qc与Ksp的相对大小，而溶解度与相对分子质量有关，有可能溶解度大的转化为溶解度小的。（5）用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去。一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10−5mol·L−1时，沉淀已经完全。考向二沉淀溶解平衡的应用典例1往锅炉注入Na2CO3溶液浸泡，将水垢中的CaSO4转化为CaCO3，再用盐酸去除，下列叙述中正确的是A．温度升高，Na2CO3溶液的Kw和c(H＋)均会增大B．CaSO4能转化为CaCO3，说明Ksp(CaCO3)Ksp(CaSO4)C．CaCO3溶解于盐酸而CaSO4不溶，是因为硫酸酸性强于盐酸D．沉淀转化的离子方程式为CO2－3(aq)＋CaSO4(s)CaCO3(s)＋SO2－4(aq)【解析】温度升高，水的电离平衡正向移动，Kw增大；温度升高，Na2CO3的水解平衡正向移动，c(OH－)增大，c(H＋)减小，A项错误。Ksp(CaCO3)Ksp(CaSO4)，B项错误。CaCO3与盐酸反应生成可溶性的氯化钙、水和二氧化碳，CaSO4与盐酸不满足复分解反应发生的条件，与酸性强弱无关，C项错误。硫酸钙较为致密，可转化为较为疏松且溶解度更小的碳酸钙，反应的离子方程式为CaSO4(s)＋CO2－3(aq)CaCO3(s)＋SO2－4(aq)，D项正确。【答案】D2．化工生产中含Cu2+的废水常用MnS(s)作沉淀剂，其反应原理为Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq)。一定温度下，下列有关该反应的推理正确的是A．该反应达到平衡时c(Cu2+)=c(Mn2+)B．平衡体系中加入少量CuS(s)后，c(Mn2+)变小C．平衡体系中加入少量Cu(NO3)2(s)后，c(Mn2+)变大D．该反应的平衡常数K=spsp(CuS)(MnS)KK考向三溶度积常数的应用及计算典例1常温下，Ksp（AgCl）＝1.8×10－10，Ksp（AgI）＝1.0×10－16。将等体积的AgCl和AgI的饱和溶液的清液混合，再向其中加入一定量的AgNO3固体，下列说法正确的是A．两溶液混合，AgCl和AgI都沉淀B．若AgNO3足量，AgCl和AgI都可沉淀，但以AgCl为主C．向AgI清液加入AgNO3，c（Ag＋）增大，Ksp（AgI）也增大D．若取0.1435gAgCl固体放入100mL水中（忽略体积变化），c（Cl－）为0.01mol·L【解析】饱和AgCl溶液中c（Ag＋）＝c（Cl－）＝1.342×10－5mol·L－1；饱和的AgI溶液中c（Ag＋）＝c（I－）＝1.0×10－8mol·L－1；等体积混合后，浓度减半，c（Cl－）＝6.71×10－6mol·L－1、c（I－）＝5.0×10－9mol·L－1、c（Ag＋）＝6.71×10－6mol·L－1，此时Qc（AgCl）＝c（Cl－）·c（Ag＋）＝6.71×10－6mol·L－1×6.71×10－6mol·L－1≈4.5×10－11＜Ksp（AgCl），Qc（AgI）＝c（I－）·c（Ag＋）＝5.0×10－9mol·L－1×6.71×10－6mol·L－1≈3.4×10－14＞Ksp（AgI），故生成AgI沉淀，不产生AgCl沉淀，A错误。由于c（Cl－）≫c（I－），故AgNO3足量时，两种沉淀都生成，但以AgCl为主，B正确。AgI清液中加入AgNO3，c（Ag＋）增大，但Ksp（AgI）只与温度有关，温度不变，Ksp（AgI）不变，C错误。0.1435gAgCl固体放入100mL水中，只有部分溶解，此时溶液c（Cl－）＝1.342×10－5mol·L－1，D错误。【答案】B3．相关物质的溶度积常数见下表(25℃)：物质Mg(OH)2CH3COOAgAgClAg2CrO4Ksp1.1×10－112.3×10－31.8×10－101.9×10－12下列有关说法中不正确的是A．浓度均为0.2mol·L－1的AgNO3溶液和CH3COONa溶液等体积混合一定产生CH3COOAg沉淀B．将0.001mol·L－1AgNO3溶液滴入0.001mol·L－1KCl和0.001mol·L－1K2CrO4的混合溶液中，先产生Ag2CrO4沉淀C．向浓度为0.11mol·L－1的MgCl2溶液中加入氨水产生Mg(OH)2沉淀时溶液的pH为9D．在其他条件不变的情况下，向饱和AgCl溶液中加入NaCl溶液，Ksp(AgCl)不变溶度积Ksp的计算类型（1）已知溶度积求溶液中