1、第四单元 沉淀溶解平衡第2课时 沉淀溶解平衡原理的应用一、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】石灰石岩层在经历了数万年的岁月侵蚀之后，会形成各种奇形异状的溶洞。你知道它是如何形成的吗？这与化学平衡又有什么关系呢？【新知讲解】【交流讨论】遇到不慎误食可溶性钡盐造成中毒的病人，应尽快用5.0%硫酸钠溶液给患者洗胃，为什么？ 【
2、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BaSO4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。（一）沉淀的生成沉淀的生成原理：要使沉淀溶解平衡向着沉淀生成的方
3、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。1.加沉淀剂法以Na2S、H2S等作沉淀剂，使Cu2+、Hg2+等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀。Cu2+S2-=CuS Cu2+H2S=CuS+2H+Hg2+S2-=HgS Hg2+H2S=HgS+2H+2.调节pH法除去氯化铵溶液中的杂质氯化铁，可以加入氨水调节pH=4。Fe3+3NH3H2O= Fe(OH)3+3NH4+【交流讨论】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
4、溶解平衡理论解释，为何钡餐药剂选择BaSO4而不是BaCO3呢？比较两种物质的溶解性BaCO3(s) Ba2+ + CO32- Ksp=5.110-9 BaSO4(s) Ba2+ + SO42- Ksp=1.110-10 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，
5、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+进入人体引起中毒。【归纳总结】沉淀溶解的原理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。（二）沉淀的溶解1.酸(碱)溶解法使沉淀转化为气体或弱电解质用强酸溶解难溶电解质，如CaCO3、Cu(OH)2、Mg(OH)2等2.盐溶液溶解法Mg(OH)2+2NH4Cl=MgCl2+2NH3H2O3.氧化
6、还原溶解法Ag2S溶于稀HNO3 3Ag2S+8H+2NO3-=6Ag+3S+2NO+4H2O4.配位溶解法AgCl溶于氨水 AgCl+2NH3H2O=Ag(NH3)2+Cl-+2H2O【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。【拓展视野】溶洞的形成溶洞是石灰岩地区的地下水长期侵蚀岩层而形成的。石灰岩的主要成分是碳酸钙。【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。离子方程式为：CaCO3 + H2O + CO2 Ca2+2H
7、CO3-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】在科学研究和工农业生产中，常常需要将某种沉淀转化为其他沉淀。那么，在什么条件下能够实现沉淀的转化呢？（三）沉淀的转化【观察思考】 完成下列实验，观察并记录实验现象，写出化学方程式。【实验1】取一支试管，向其中加入2 mL 0.01 molL-1氯化钠溶液，再逐滴加入少量硝酸银溶液。【实验2】向实验1的试管中滴加0.01 molL-1碘化钾溶液。【实验3】向实验2的试管中滴加0.01 molL-1
8、硫化钠溶液。实验操作实验现象生成白色沉淀白色沉淀转化为黄色沉淀黄色沉淀转化为黑色沉淀化学方程式NaCl+AgNO3=AgCl+NaNO3AgCl+KI=AgI+KCl2AgI+Na2S=Ag2S+2NaI实验结论AgCl沉淀可以转化为AgI沉淀；AgI沉淀又可以转化为Ag2S沉淀1.沉淀转化的原理向AgCl沉淀中滴加KI溶液时，溶液中的Ag+和I-结合生成了更难溶解的AgI，溶液中Ag+浓度减小，促使AgCl的沉淀溶解平衡向其溶解的方向移动，最终AgCl完全转化为AgI。 AgI转化为Ag2S的原理相同。 沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。 已知在20时，AgCl、AgI、Ag2S在水中的溶
9、解度分别为1.510-4g、2.110-7g、6.310-16g，你能根据它们溶解能力的差异分析上述现象产生的原因吗?三种物质的溶解能力为AgClAgIAg2S。一般来说，溶解能力相对较强的物质容易转化为溶解能力相对较弱的物质。2.沉淀转化的应用(1)水垢的去除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，还存在安全隐患，因此要定期除去锅炉水垢。有人建议，水垢中含有CaSO4，可先用Na2CO3溶液处理，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3，再用酸除去。 上述除去CaSO4水垢的方法有何理论依据? 写出除去水垢中的CaSO4的化学方程式和离子方程式。CaSO4+Na2CO
10、3CaCO3+Na2SO4CaSO4+CO32-CaCO3+SO42-CaCO3+2H+ = Ca2+H2O+CO2(2)重晶石转化为可溶性钡盐沉淀转化：虽然BaSO4比BaCO3更难溶于水，由于饱和Na2CO3溶液中的CO32-浓度较大，BaSO4电离出的Ba2+仍有部分能与CO32-结合形成 BaCO3沉淀，用饱和Na2CO3溶液多次重复处理，可使大部分BaSO4转化为BaCO3，离子方程式为 BaSO4(s)+ CO32-BaCO3(s)+ SO42-沉淀溶解：用盐酸溶解碳酸钡，使钡离子转入溶液中。BaCO3+2H+Ba2+H2O+CO2 (3)物质的提纯-除去CuSO4溶液中混有的少量
11、Fe3+由于Fe(OH)3的溶解度比Cu(OH)2小得多，向溶液中加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3,调节溶液的pH至34，Cu2+留在溶液中，Fe3+生成Fe(OH)3沉淀而除去。(4)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、PbS等沉淀。FeS(s)Hg2+ HgS(s)Fe2+【生活向导】龋齿与含氟牙膏牙齿表面由一层硬的组成为Ca5(PO4)3(OH)的矿物质保护着，它在
12、唾液中存在下列平衡：Ca5(PO4)3(OH)(s) 5Ca2+3PO43-+OH- Ksp=2.510-59进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸。生成的有机酸能中和OH-，使平衡向脱矿方向移动，羟基磷灰石溶解，最终形成龋齿。含氟牙膏中少量的氟离子能与羟基磷灰石发生反应，生成更难溶解的氟磷灰石。已知Ca5(PO4)3F的Ksp=2.810-61，比Ca5(PO4)3(OH)更坚固。Ca5(PO4)3(OH)(s) + F- Ca5(PO4)3F(s) + OH-【跨学科链接】自然界铜蓝矿的形成铜蓝是一种成分为硫化铜(CuS)的矿物，含铜量高达66%，是提炼铜的矿石。铜蓝主要产在其他铜矿床附近
13、，铜蓝矿的形成过程如下：在铜蓝矿的形成过程中，CuSO4与ZnS、PbS作用转化为CuS的过程，实质上就是沉淀的转化过程，可从ZnS和PbS的Ksp远大于CuS的Ksp得以解释。Ksp(ZnS)=2.9310-25， Ksp(PbS)=9.0410-29，Ksp(CuS)=1.2710-36【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
14、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)Cu22OH，在常温下，Ksp210-20。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)Cu22OH，其中Kspc(Cu2)c2(OH)。若要生成Cu(OH)2沉淀，则c(Cu2)c2(OH)Ksp，故c(OH)Kspc(Cu2+)molL1
15、，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 ，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(CaC
16、l2)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四、课堂小结 五、板书设计 （一）沉淀的生成1.加沉淀剂法2.调节pH法（二）沉淀的溶解1.酸(碱)溶解法2.盐溶液溶解法3.氧化还原溶解法4.配位溶解法（三）沉淀的转化1.沉淀转化的原理2.沉淀转化的应用(1)水垢的去除(2)重晶石转化为可溶性钡盐(3)物质的提纯-除去CuSO4溶液中混有的少量Fe3+(4)工业废水的处理 8 / 8
