1、第2课时 沉淀溶解平衡的应用 沉淀反应的应用 1.沉淀的生成沉淀的生成 (1)沉淀生成的应用沉淀生成的应用 在在涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中，涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中，常常 利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。 工业废水工业废水 硫化物等硫化物等 重金属离子重金属离子(如如Cu2+、Hg2+等等)转化成沉淀转化成沉淀 (2) 生成沉淀的方法生成沉淀的方法 饱和溶液析出晶体：饱和溶液析出晶体： 根据同离子效应，加入相同离子，使平衡向沉淀方向进行根据同离子效应，加入相同离子，使平衡向沉淀方向进行
2、 如：如：NaCl溶液，通入溶液，通入HCl气体，有气体，有NaCl晶体析出晶体析出 升温溶解或降温沉淀：升温溶解或降温沉淀： 升高温度，溶解度变大，晶体溶解升高温度，溶解度变大，晶体溶解 降低温度，溶解度变小，晶体沉淀降低温度，溶解度变小，晶体沉淀 如：工艺流程题中常出现：如：工艺流程题中常出现：蒸发浓缩，冷却结晶蒸发浓缩，冷却结晶的操作的操作 调节调节pH沉淀法：沉淀法： 如如：除去氯化铵中的氯化铁，加氨水调：除去氯化铵中的氯化铁，加氨水调pH值值 加氨水，加氨水，OH 浓度上升，平衡左移有利于生成沉淀 浓度上升，平衡左移有利于生成沉淀 Fe(OH)3(s) Fe3+ (aq) +3OH-
3、 (aq) Fe3+3H2O Fe(OH)3+3H+ 如如：除去氯化镁中的氯化铁，加碳酸镁、氧化镁：除去氯化镁中的氯化铁，加碳酸镁、氧化镁等调等调pH值值 消耗消耗H+，平衡右移，有利于生成沉淀，平衡右移，有利于生成沉淀 如硫酸钡在硫酸中的溶解度比在纯水中小。硫酸钡在硫酸中的溶解度比在纯水中小。 加入加入可与体系中某些离子反应可与体系中某些离子反应生成更难溶物或气体时生成更难溶物或气体时，平衡，平衡向溶解向溶解 方向方向移动。但移动。但 Ksp 不变。不变。 如如：AgCl 中中加入加入 KI(s)，AgCl 溶解，生成溶解，生成AgI. 加加沉淀剂：沉淀剂： 如沉淀如沉淀Cu2+、Hg2+等
4、，以等，以Na2S、H2S做沉淀剂做沉淀剂 同离子效应：同离子效应： 沉淀沉淀转换：转换： 例例1 计算计算298 K时使时使0.010 mol L-1 Fe3+开始沉淀和沉淀完全时溶液的开始沉淀和沉淀完全时溶液的 pH值值。(已知已知Fe(OH)3的的Ksp=2.6410-39)。 解：解： Fe(OH)3 (s) Fe3+ + 3OH- 开始沉淀开始沉淀 -39 -13-1 3 2.6410 (OH ) = 6.4210(molL ) 0.01 平 c c平 平(Fe3+)c平平(OH-)3 Ksp pOH = 13lg 6.42 = 12.19 金属氢氧化物沉淀的生成和溶解计算示例金属氢
5、氧化物沉淀的生成和溶解计算示例 pH = 14-12.19=1.81 由此可见：氢氧化物沉淀不一定在碱性环境；由此可见：氢氧化物沉淀不一定在碱性环境； 不同氢氧化物的不同氢氧化物的Ksp值不同，沉淀的值不同，沉淀的pH值也不同，因此可值也不同，因此可通过通过 控制控制pH值使金属离子沉淀或分离。值使金属离子沉淀或分离。 平平 -39 -12-1 3 -5 2.6410 (OH ) = 6.4210(molL ) 110 c c平 平(Fe3+) 10-5 mol L-1 pH = 14(12lg6.42) =2.81 (2) 完全沉淀完全沉淀 例例2：如果溶液中如果溶液中Fe3+和和Mg2+的
6、浓度均为的浓度均为0.10 mol L-1, 使使Fe3+沉沉 淀 而 使淀 而 使 Mg2+不 沉 淀 的不 沉 淀 的 pH 条 件 是 什 么条 件 是 什 么 ? ( 已 知已 知 Ksp(Fe(OH)3)=4.010-39，Ksp(Mg(OH)2)=1.810-11) 解解: Fe(OH)3 Fe3+ + 3OH- Ksp = c平 平( Fe3+) c平平(OH-)3 = 4.0 10-39 Fe3+ 沉淀完全沉淀完全时时的的c平 平(OH-)为 为 pOH = 11.1 , pH =14- pOH= 2.9 平平 平平 K c c -39 sp-12-1 3 3 3+-5 4.0
7、10 (OH ) =7.3710(molL ) (Fe )1.010 Mg2+开始沉淀开始沉淀的的pH值值为为 pOH = 4.9, pH =9.1 因此因此, 只要控制只要控制pH值在值在2.9 9.1之间即可使之间即可使Fe3+沉淀而使沉淀而使Mg2+ 不沉淀。不沉淀。 平平 平平 K c c -11 sp-5-1 3 3 2+ 1.810 (OH ) =1.310 (molL ) 0.10(Mg) (1)原理原理 设法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 解的方向移动解的方向移动 强酸强酸是常用于溶解难溶性电解质是常用于溶解
8、难溶性电解质 的试剂。如可溶解难溶氢氧化物，的试剂。如可溶解难溶氢氧化物， 难溶碳酸盐、某些难溶硫化物等。难溶碳酸盐、某些难溶硫化物等。 2. 沉淀沉淀的溶解的溶解 (2)使使沉淀溶解的沉淀溶解的方法方法 加水：加水：加水促进溶解加水促进溶解 升温：升温：升温促进溶解升温促进溶解(氢氧化钙除外氢氧化钙除外) 使沉淀转化为气体：使沉淀转化为气体：CaCO3+2H+=Ca2+H2O+CO2 使沉淀转化为更弱电解质：使沉淀转化为更弱电解质： Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O Mg(OH)2 + 2NH4Cl = MgCl2 + 2NH3 H2O 使沉淀转化为更难溶的物质使沉
9、淀转化为更难溶的物质 (原沉淀在转化过程中溶解原沉淀在转化过程中溶解) 2AgCl(s)+Na2S(aq) Ag2S(s)+2NaCl(aq) 滴加试剂滴加试剂 蒸馏水蒸馏水 盐酸盐酸 现象现象 固体无明显溶解现象固体无明显溶解现象 迅速溶解迅速溶解 用平衡移动的原理分析用平衡移动的原理分析 Mg(OH)2 溶于溶于盐酸的盐酸的原因原因 思考思考与与交流交流 解解 释释 Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O 沉淀溶解原理：沉淀溶解原理：根据平衡移动原理，对于处在水中难溶电根据平衡移动原理，对于处在水中难溶电 解质，只要不断解质，只要不断降低降低溶解平衡体系中的相应离子浓度，平溶解平衡
10、体系中的相应离子浓度，平 衡就向沉淀溶解的方向移动，从而使沉淀溶解。衡就向沉淀溶解的方向移动，从而使沉淀溶解。 生成生成弱电解质：弱电解质： a. 生成弱酸生成弱酸 CaCO3(s) +2H+ = Ca2+ + H2O + CO2 b. 生成生成弱酸盐弱酸盐 PbSO4(s) + 2Ac- Pb(Ac)2 + SO42- 生成易挥发性生成易挥发性物质：物质： FeS + 2H+ = Fe2+ + H2S (3)沉淀的溶解沉淀的溶解方法举例方法举例 加入加入的试剂能与沉淀所产生的离子发生反应，生成挥发性物质或的试剂能与沉淀所产生的离子发生反应，生成挥发性物质或 弱电解质弱电解质(弱酸、弱碱或水弱
11、酸、弱碱或水)使溶解平衡向溶解的方向移动，则沉使溶解平衡向溶解的方向移动，则沉 淀就会溶解。淀就会溶解。 发生氧化还原发生氧化还原反应：反应： 3CuS + 8HNO3(稀稀)=3Cu(NO3)2+ 3S+ 2NO+ 4H2O 生成生成络合物：络合物： AgCl + 2NH3 = Ag(NH3)2+ + Cl- Fe(OH)3(s) + 3H+ Fe3+ + 3H2O d. 生成水生成水 Mg(OH)2(s) + 2NH4+ Mg2+ + 2NH3 H2O c. 生成弱碱生成弱碱 练习：练习：牙齿牙齿表面由一层硬的、组成为表面由一层硬的、组成为 Ca5(PO4)3OH 的物质保护的物质保护 着
12、，它在唾液中存在下列平衡：着，它在唾液中存在下列平衡： Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+3PO43-+OH- 进食后，细菌和酶作用进食后，细菌和酶作用 于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是 _。 生成生成的有机酸能中和的有机酸能中和OH-，使平衡，使平衡正向移动正向移动，加速腐蚀牙齿，加速腐蚀牙齿 3. 沉淀沉淀的转化的转化 锅炉中水垢中含有锅炉中水垢中含有CaSO4 ，可先用，可先用Na2CO3溶液处理，使溶液处理，使 之转之转 化为疏松、易溶于酸的化为疏松、易溶于酸的CaCO3。 CaSO4 SO42- + Ca2+
13、+ CO32- CaCO3 应用：对于一些用酸或其他方法也不能溶解的沉淀应用：对于一些用酸或其他方法也不能溶解的沉淀,可以先将其转可以先将其转 化为另一种用酸或其他方法能溶解的沉淀化为另一种用酸或其他方法能溶解的沉淀 向向NaCl溶液中溶液中滴滴 加加AgNO3溶液溶液 生成白色沉生成白色沉 淀淀 实验实验34： 向所得固液混合向所得固液混合 物中滴物中滴加加KI溶液溶液 白色沉淀转变为白色沉淀转变为 黄色黄色 KI 向新得固液混合物向新得固液混合物 中滴加中滴加Na2S溶液溶液 黄色沉淀转变为黄色沉淀转变为 黑色黑色 Na2S 步步 骤骤 向向NaCl溶液中滴溶液中滴 加加AgNO3溶液溶液
14、 向所得固体混合物中向所得固体混合物中 滴加滴加KI溶液溶液 向新得固体混合物中向新得固体混合物中 滴加滴加Na2S溶液溶液 现现 象象 有白色沉淀析出有白色沉淀析出 白色沉淀转化为黄色白色沉淀转化为黄色 黄色沉淀转化为黑色黄色沉淀转化为黑色 步步 骤骤 Na2S 和和AgNO3 溶液混合溶液混合 向所得固液混合物中向所得固液混合物中 滴加滴加KI溶液溶液 向新得固液混合物中向新得固液混合物中 滴加滴加NaCl 溶液溶液 现现 象象 正向操作正向操作 反向操作反向操作 黑色沉淀没变化黑色沉淀没变化 黑色沉淀没变化黑色沉淀没变化 有黑色沉淀析出有黑色沉淀析出 说明：浓度相近的条件下，沉淀说明：浓
15、度相近的条件下，沉淀只能向溶解度只能向溶解度 (溶度积溶度积)更小的方向转换更小的方向转换，而不能逆向转换。，而不能逆向转换。 化学式化学式 溶解度溶解度/g AgCl 1.510-4 AgBr 8.410-6 Ag2S 1.310-16 结论：结论： 沉淀一般从沉淀一般从溶解度较大溶解度较大的向的向溶解度更小溶解度更小的方向转化，使平衡沉的方向转化，使平衡沉 淀溶解方向移动，这叫淀溶解方向移动，这叫沉淀的转化沉淀的转化。两者差别越大，转化越容易。两者差别越大，转化越容易。 步步 骤骤 向向NaCl溶液中滴溶液中滴 加加AgNO3溶液溶液 向所得固体混合物中向所得固体混合物中 滴加滴加KI溶液
16、溶液 向新得固体混合物中向新得固体混合物中 滴加滴加Na2S溶液溶液 现现 象象 有白色沉淀析出有白色沉淀析出 白色沉淀转化为黄色白色沉淀转化为黄色 黄色沉淀转化为黑色黄色沉淀转化为黑色 正向操作正向操作 Mg(OH)2向向Fe(OH)3的转化的转化 FeCl3 静置静置 Mg(OH)2 Fe(OH)3 物质物质 溶解度溶解度/g Mg(OH)2 910-4 Fe(OH)3 310-9 3Mg(OH)2(s)+2FeCl3(aq) 2Fe(OH)3(s)+3MgCl2(aq) 注意方程式书写注意方程式书写 实验实验35： (2)沉淀沉淀转化的转化的方法方法 加入可与体系中某些离子反应加入可与体
17、系中某些离子反应生成更难生成更难 溶或更难溶或更难电离或气体电离或气体的离子的离子,使平衡向溶解的方向移动。使平衡向溶解的方向移动。 (1)沉淀沉淀的转化的的转化的实质实质 使使溶液中的离子浓度更小溶液中的离子浓度更小 (3)沉淀沉淀转化的转化的应用应用 锅炉锅炉除除水垢水垢: 锅炉锅炉中水垢中含有中水垢中含有CaSO4 ，可先用可先用Na2CO3溶液处理，溶液处理，使之转化为使之转化为 疏松疏松、易溶于酸的、易溶于酸的CaCO3。 溶液除杂溶液除杂：不同：不同金属离子在溶液中完全沉淀时，所需金属离子在溶液中完全沉淀时，所需pH 不同不同。例如。例如：完全沉淀所需：完全沉淀所需pH, Fe3
18、为 为 3.7，Cu2 为 为4.4， 则则除去除去CuCl2中的中的FeCl3应选选择应选选择CuO或或CuCO3，调节溶液调节溶液 3.7pH4.4之间，从而促进之间，从而促进Fe3 完全以 完全以Fe(OH)3形式形式沉淀出沉淀出 来，并通过过滤来，并通过过滤除去除去Fe(OH)3及过量的及过量的CuO或或CuCO3。 沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。一般是沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。一般是溶溶 解解度小的度小的 沉淀会转化生成溶解度更小沉淀会转化生成溶解度更小的沉淀。的沉淀。 (4)沉淀沉淀转化的注意问题转化的注意问题 当一种试剂能沉淀溶液中几种离子时，当一种试剂能沉淀溶液
19、中几种离子时，生成沉淀所生成沉淀所 需需试剂离试剂离 子浓度越小的越先沉淀子浓度越小的越先沉淀；如果生成各种沉；如果生成各种沉 淀淀所需试剂离子的浓所需试剂离子的浓 度相差较大，就能度相差较大，就能分步沉淀分步沉淀，从而，从而达到分离离子的目的。达到分离离子的目的。 溶解度小，先沉淀溶解度小，先沉淀的规则只针对离子浓度相差不大的规则只针对离子浓度相差不大 时时，若离，若离 子浓度相差较大时，先达到溶度积的子浓度相差较大时，先达到溶度积的物质先物质先沉淀沉淀(通过计算得到通过计算得到)。 1. 石灰乳石灰乳中存在下列平衡中存在下列平衡：Ca(OH)2(s) Ca2+(aq) + 2OH (aq)
20、， 加入下列溶液，可使加入下列溶液，可使Ca(OH)2减少的是减少的是 ( ) A. Na2CO3溶液溶液 B. AlCl3溶液溶液 C. NaOH溶液溶液 D. CaCl2溶液溶液 AB 练 习 2. 现金现金属冶炼过程中存在以下三种离子，已知在起始浓度均为属冶炼过程中存在以下三种离子，已知在起始浓度均为0.1 mol L-1时时，三种物质的沉淀所需，三种物质的沉淀所需pH如表格所示。请回答以下问题：如表格所示。请回答以下问题： Fe(OH)3 Zn(OH)2 Fe(OH)2 开始沉淀开始沉淀pH 完全沉淀完全沉淀pH 开始沉淀开始沉淀pH 完全沉淀完全沉淀pH 开始沉淀开始沉淀pH 完全沉
21、淀完全沉淀pH 2.3 4.1 5.4 6.5 7.5 9.7 (1)Fe3+在在pH=3.5时，主要以时，主要以 形式存在形式存在 (2)如果如果需要分离需要分离Fe3+ 、Zn2+得到得到Zn2+ ，应控制，应控制pH范围为范围为 。 (3)如果如果需要提纯需要提纯Zn2+，应如何操作，应如何操作 先将先将Fe2+ 氧化为氧化为Fe3+，然后，然后控制：控制：4.1pH5.4 Fe(OH)3 4.1pH5.4 3. 下列下列各组离子，在水溶液中能以较高浓度大量共存的各组离子，在水溶液中能以较高浓度大量共存的是是 ( ) I ClO NO3 H K NH4 HCO3 OH SO42 SO32- Cl OH Fe3+ Cu2+ SO42 Cl H K AlO2 HSO3 Ca2 Na SO42- CO32- A B C D B 4. 在在饱和澄清石灰水中加入生石灰反应后，恢复至原来温度饱和澄清石灰水中加入生石灰反应后，恢复至原来温度 下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A. 溶液中钙离子浓度变大溶液中钙离子浓度变大 B. 溶液中氢氧化钙的质量分数增大溶液中氢氧化钙的质量分数增大 C. 溶液的溶液的pH不变不变 D. 溶液中钙离子的物质的量减少溶液中钙离子的物质的量减少 CD