1、第三节 沉淀溶解平衡第2课时 沉淀溶解平衡的应用一、教学目标证据推理与模型认知：了解沉淀的生成与溶解、沉淀的转化的原理，能利用溶度积与浓度商的关系判断沉淀的生成、溶解。科学探究与创新意识：能够设计实验探究方案，进行沉淀转化等实验探究。科学态度与社会责任：学会用沉淀溶解平衡原理解决生产、生活中的实际问题。二、教学重难点沉淀的生成、溶解和转化三、教学过程【课程引入】【联想质疑】加热可以使天然水中的Ca(HCO3)2与Mg(HCO3) 2分别分解形成CaCO3与MgCO3沉淀。有的同学可能认为水垢的成分应为CaCO3与MgCO3的混合物，但实际上水垢的主要成分却是CaCO3与Mg(OH) 2的混合物
2、，你知道其中的Mg(OH) 2是怎样生成的吗?在处理污水时，可以向其中加入FeS固体，以除去Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子。在此过程中发生了哪些化学反应? 【新知讲解】【思考讨论】利用X射线对钡元素穿透能力较差的特性，医学上在进行消化系统的X射线透视时，常采用钡盐作为内服药剂，而Ba2+有剧毒，因此选择钡餐药剂应选择难溶性的钡盐，试用沉淀溶解平衡理论解释，为何钡餐药剂选择BaSO4而不是BaCO3呢？（一）沉淀的溶解与生成1. 钡餐比较两种物质的溶解性BaCO3(s) Ba2+(aq) + CO32- (aq) Ksp=5.110-9 mol2L-2 BaSO4(s) Ba2+(aq
3、) + SO42- (aq) Ksp=1.110-10 mol2L-2 由溶度积可知，它们在饱和溶液中电离出的Ba2+的浓度相差并不是很大，但是BaCO3 不可用作钡餐，这是为什么呢？【讲解】我们再看钡盐所处的物质体系，服下钡盐后进入胃部，胃酸的酸性很强（pH值为0.9 1.5) ，含有大量H+，而BaSO4的沉淀溶解平衡，硫酸根离子是强酸的酸根离子，在溶液中难以与H+结合成硫酸分子，氢离子对BaSO4的沉淀溶解平衡没有影响。但是对于BaCO3，碳酸根离子与H+结合生成CO2和H2O，溶液中碳酸根离子浓度降低，导致BaCO3的浓度商小于溶度积，BaCO3沉淀溶解平衡向沉淀溶解的方向移动，Ba2
4、+进入人体引起中毒。【归纳总结】从这个实例中我们可以得到的启示是要使沉淀溶解平衡向着沉淀溶解的方向移动，必要条件是体系中有关离子的浓度商小于其溶度积。可以加入某种离子，降低难溶电解质沉淀溶解平衡系统中有关离子的浓度，使沉淀溶解。【思考讨论】那如何生成沉淀呢？我们来了解一下钡盐中毒的治疗方法，如果误食可溶性钡盐如BaCl2，可溶性钡盐会电离出大量的钡离子，造成钡中毒，该如何选用解毒药呢？ 2. 钡盐中毒的治疗方法【讲解】首先我们要思考如何去除Ba2+？可以把钡离子沉淀下来，排出体外。选用哪种离子与Ba2+结合生成沉淀呢？根据上一个问题的探讨，我们知道应该选用不受胃酸影响的硫酸根离子，使其形成Ba
5、SO4的沉淀。对硫酸根离子的浓度有何要求呢?为了让Ba2+与硫酸根离子形成硫酸钡的沉淀，溶液中Ba2+和硫酸根离子的乘积即浓度商必须要大于BaSO4的溶度积，也就是说，对于硫酸钡的沉淀溶解平衡，硫酸根离子的浓度必须要满足一定的要求，才能使BaSO4沉淀溶解平衡向沉淀生成的方向移动。综合其他各因素治疗钡中毒时我们选用5.0的Na2SO4溶液给患者洗胃。【归纳总结】要使沉淀溶解平衡向着沉淀生成的方向移动，必要条件是QKsp。可以增大难溶电解质沉淀溶解平衡系统中有关离子的浓度，使沉淀生成。【过渡】外出旅游时我们看到过美丽的溶洞，它的形成也与沉淀溶解平衡有关，我们一起来分析其中的原理。3. 溶洞的形成
6、【讲解】首先二氧化碳溶解在雨水中使雨水呈酸性。雨水降落到石灰岩土地上，与石灰岩的主要成分碳酸钙发生反应，形成碳酸氢钙。【提问】碳酸钙生成碳酸氢钙的化学方程式我们在初中就已经学习过，如何用沉淀溶解平衡的原理解释呢？【讲解】二氧化碳和水与碳酸钙沉淀溶解平衡中的碳酸根离子结合生成碳酸氢根离子，碳酸根离子浓度降低，使得碳酸钙的沉淀溶解平衡向着沉淀溶解的方向移动。这一步是沉淀溶解。溶有Ca(HCO3)2的水从岩洞顶滴下时，水分蒸发，二氧化碳逸出，导致CaCO3沉淀析出，形成奇形怪状的石笋和钟乳石。大自然经过长期、多次的重复上述两个过程，从而形成各种奇特壮观的溶洞。【过渡】珊瑚的形状千姿百态，颜色鲜艳美丽
7、，不仅可以作装饰品，并且还有很高的药用价值。珊瑚是如何形成的呢？4. 珊瑚的形成【讲解】珊瑚虫是海洋中的一种腔肠动物，它们可以从周围的海水中获取Ca2+和HCO 3-，经反应生成碳酸钙形成珊瑚。珊瑚周围藻类植物，需要进行光合作用，光合作用消耗了CO2，使得平衡向着CaCO3生成的方向移动。但是全球珊瑚在过去的几十年内，消失十分严重。都有哪些因素会干扰珊瑚的形成，甚至造成珊瑚虫死亡？人口增长、人类大规模砍伐森林、燃烧煤和其他化石燃料等因素，这些因素都会导致空气中的CO2含量增加，使反应向着沉淀溶解的方向进行。【观察思考】请观察以下实验的现象，并尝试用沉淀溶解平衡的原理进行解释。(1)在一支试管中
8、加入2 mL 0.1 molL-1 ZnSO4溶液，再滴入适量1 molL-1 Na2S溶液，观察沉淀的生成。(2)静置后倾去上层清液，并用蒸馏水洗涤沉淀23次。(3)向沉淀中滴加适量0.1 molL-1 CuSO4溶液，振摇试管。【现象】生成白色沉淀，向沉淀中加入CuSO4溶液后白色沉淀变为黑色【结论】白色ZnS沉淀转化为黑色CuS沉淀【思考讨论】黑色CuS沉淀是如何生成的呢？1. ZnS转化为CuS【分析】ZnS(s)Zn2+(aq) + S2-(aq) Ksp=1.610-24 mol2L-2CuS(s)Cu2+(aq) + S2-(aq) Ksp=1.310-36 mol2L-2Ksp
9、(CuS) Ksp(ZnS) CuS的溶解度远小于ZnSZnS(s) Zn2+(aq) + S2-(aq)平衡正向移动总反应：ZnS(s) + Cu2+(aq)=CuS(s) + Zn2+(aq)【总结】由此可见，沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。通常，一种沉淀可以转化为更难溶的沉淀；两种难溶物的溶解能力差别越大，这种转化的趋势就越大。 2. 工业废水的处理【思考讨论】在工业废水处理过程中为何可用FeS等作为沉淀剂除去废水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子?【讲解】FeS溶解能力远远大于CuS、HgS、PbS的溶解能力，因此可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、
10、PbS等沉淀。FeS(s)Hg2+ (aq) HgS(s)Fe2+ (aq)3. 水垢中Mg(OH)2的形成MgCO3和Mg(OH)2中阴、阳离子的个数比不同，属于不同类型的难溶电解质，它们的溶解能力不能直接用Ksp来比较，但可以通过计算各自处于沉淀溶解平衡状态的饱和溶液中的共同离子Mg2+的浓度来比较。由计算得知，Mg(OH)2饱和溶液中的Mg2+浓度比MgCO3饱和溶液中的小，表明 Mg(OH)2更难溶。天然水中含有钙盐和镁盐，在煮沸过程中可发生以下反应：Ca(HCO3)2CaCO3 + CO2 + H2OMg(HCO3)2MgCO3 + CO2 + H2O反应生成的MgCO3在水中建立起
11、以下平衡：MgCO3Mg2+ + CO32-弱酸酸根离子CO32-发生水解反应：CO32- + H2OHCO3- + OH-，使水中OH-浓度增大，对于Mg(OH)2的沉淀溶解平衡Mg(OH)2Mg2+ + 2OH-而言，QKsp，氧氧化镁沉淀生成。因此，持续加热可以使碳酸镁逐渐转化为更难溶的氧氧化镁。这样，水垢的主要成分就成为碳酸钙和氢氧化镁的混合物了。【典型例题】例1.下列化学原理的应用，主要是利用沉淀溶解平衡原理来解释的是()热纯碱溶液洗涤油污的能力强误将钡盐BaCl2、Ba(NO3)2当成食盐食用后，常用5.0%的Na2SO4溶液解毒溶洞、珊瑚的形成碳酸钡不能做“钡餐”而硫酸钡能泡沫灭
12、火器灭火的原理A B C D全部解析：热纯碱溶液的除油污能力强，是由于碳酸钠的水解程度随温度的升高而增大，使溶液的碱性增强，除油污的能力增强；泡沫灭火器灭火的原理也是盐类的水解。答案：A例2.Cu(OH)2在水中存在着沉淀溶解平衡：Cu(OH)2(s) Cu2(aq)2OH(aq)，在常温下，Ksp210-20 mol3L-3。某CuSO4溶液中，c(Cu2)0.02 molL1，在常温下如果要生成Cu(OH)2沉淀，需要向CuSO4溶液中加入碱来调节pH(溶液体积变化可忽略)，使溶液的pH大于()A2B3C4D5解析：Cu(OH)2(s)Cu2(aq)2OH(aq)，其中Kspc(Cu2)c
13、2(OH)。若要生成Cu(OH)2沉淀，则c(Cu2)c2(OH)Ksp，故c(OH)Kspc(Cu2+)molL1，故c(OH)1109 molL1，则c(H)1105 molL1，因此pH应大于5。答案：D例3.已知CaCO3的Ksp2.8109 mol2L2，现将浓度为2104 molL1的Na2CO3溶液与CaCl2溶液等体积混合，若要产生沉淀，则所用CaCl2溶液的浓度至少应大于()A2.8102 molL1B1.4105 molL1C2.8105 molL1D5.6105 molL1解析：由沉淀形成的条件可知，要产生沉淀必须满足Qc(Ca2)c(CO)2.8109 mol2L2，因
14、两种溶液等体积混合后c(CO)1104 molL1，故混合后溶液中c(Ca2)应大于2.8105 molL1，则混合前c(CaCl2)至少应大于5.6105 molL1。答案：D例4.向ZnSO4溶液中加入Na2S溶液，得到白色沉淀，然后向白色沉淀中滴加CuSO4溶液，发现沉淀变为黑色，则下列说法不正确的是()A白色沉淀为ZnS，黑色沉淀为CuSB上述现象说明ZnS的Ksp小于CuS的KspC利用该原理可实现一种沉淀转化为更难溶的沉淀D该过程破坏了ZnS的溶解平衡解析：由题意可知ZnS转化为CuS，则Ksp(ZnS)Ksp(CuS)。答案：B六、课堂小结 七、板书设计（一）沉淀的溶解与生成1. 钡餐沉淀溶解的原理：必要条件是 QKsp2. 钡盐中毒的治疗方法沉淀生成的原理：必要条件是 QKsp3. 溶洞的形成4. 珊瑚的形成（二）溶度积1. ZnS转化为CuS2. 工业废水的处理3. 水垢中Mg(OH)2的形成 7 / 7
