第四单元 难溶电解质的沉淀溶解平衡课堂实录【1】

第3节

沉淀溶解平衡

案例探究

在化学研究领域，除了我们已经学***衡、电离平衡外，还有其他一些平衡存在。如水解平衡、氧化还原平衡、沉淀溶解平衡等。

沉淀溶解平衡的知识，实际上已经有所接触，只是没有提出这个概念。难溶电解质饱和溶液中，在固体和水合离子间存在一种平衡关系，叫做沉淀溶解平衡。如把CaCO3放入水中，即存在CaCO3（s）22Ca2+（aq）+CO3（aq）的平衡，只不过溶液中的Ca2+、CO3很少而已，实验测定25 ℃时二者浓度的乘积为8.7×10-9。

自学导引

一、沉淀溶解平衡与溶度积

实验探究1

实验步骤：1.在装有少量碘化铅黄色固体的试管中，注入约3 mL蒸馏水，充分振荡后静置。

2.待上层液体变澄清后，即得到碘化铅的饱的溶液，向其中滴加几滴0.1 mol·L-1

KI溶液，观察实验现象。

实验现象：在上层清液中滴加KI溶液后，有

产生。

结论解释：说明上层清液中有

，当加入KI溶液后，I-浓度增大，发生反应：

,从而有色的

生成。

讨论1：以PbI2溶解沉淀为例，简述沉淀溶解平衡的建立。

问题1：沉淀溶解平衡常数——溶度积

（1）定义

叫做溶度积常数或溶度积。

（2）表达式

以PbI2沉淀溶解平衡为例：

PbI2（s）Pb2+（aq）+2I-（aq）

（3）意义

溶度积（Ksp）反映了

。对于阴阳离子个数比相同的电解质，Ksp的数值越

，电解质在水中的溶解能力越

。

答案：

实验探究1

实验现象：黄色沉淀

结论解释：Pb2+

Pb2++2I-══PbI2↓

黄

PbI2沉淀

讨论1：从固体溶解平衡的角度，PbI2在溶液中存在下述两个过程：一方面在水分子作用下，少量Pb2+和I-脱离PbI2的表面溶入水中；另一方面，溶液在Pb2+和I-受PbI2表面阴阳离子的吸引，回到PbI2的表面析出沉淀，在一定温度下，当沉淀溶解和生成的速率相等时，便得到PbI2的饱和溶液，即建立下列动态平衡：PbI2（s）Pb2+（aq）+2I-（aq）。

问题1：沉淀溶解平衡常数——溶度积

（1）在一定条件下，难溶性物质的饱和溶液中，存在沉淀溶解平衡，其平衡常数

（2）

1

Ksp=［Pb2+］·［I-］2

（3）物质在水中的溶解能力

大

强

二、沉淀溶解平衡的应用

1.沉淀的溶解和生成

问题2：通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积——浓度商Qc的相对大小，可以判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解：

（1）当Qc>Ksp时，溶液

，有

析出，直至溶液

，达到

。

（2）当Qc=Ksp时，溶液

，沉淀与溶解处于

。

（3）当Qc

，无沉淀析出，若加入过量难溶电解质，沉淀

直至溶液

。

讨论2：医疗上在进行消化系统的X射线透视时，常使用BaSO4作为内服造影剂，为何不用BaCO3呢？

讨论3：误食可溶性钡盐造成钡中毒，可以用Na2SO4洗胃的原因。

2.沉淀的转化

问题3：（1）定义：

。

（2）实质：

。一般说来，溶解度小的沉淀转化成

的沉淀容易实现。

实验探究2

请你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。

实验步骤：①在一支试管中加入2 mL0.1 mol·L-1ZnSO4溶液，再滴入适量1 mol·L-1Na2S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2~3次。

③向沉淀中滴加适量0.1 mol·L-1CuSO4溶液，振荡试管，观察实验现象。

实验现象：ZnSO4溶液中滴入Na2S溶液有白色沉淀生成，沉淀中加入CuSO4溶液，白色沉淀转化为黑色沉淀。

反应的化学方程式：

Zn2++S2-══ZnS↓（白色）

ZnS+Cu2+══CuS↓（黑色）+Zn2+

（3）工业应用：在工业废水处理过程中，用FeS、MnS、H2S、Na2S等难溶物作沉淀剂除去废水中的重金属离子。

答案：

1.沉淀的溶解和生成

问题2：（1）过饱和

沉淀

饱和

新的平衡

（2）饱和

平衡状态

（3）未饱和

溶解

饱和

讨论2：碳酸钡和硫酸钡的沉淀溶解平衡分别为：

BaCO3（s）

BaSO4（s）2Ba2+（aq）+CO3（aq），Ba2+（aq）+SO2，4（aq）10sp=5.1×10sp=1.1×-92·L-2

-10mol2·L-2

2

由于胃酸的酸性很强（pH为0.9~1.5），如果服下碳酸钡，胃酸可与CO3反应生成二氧2化碳和水，使CO3的浓度降低，

Q2c＜Ksp，从而使碳酸钡的沉淀溶解平衡向右移动，使

2

Ba2+浓度增大而引起人体中毒：

所以，不能用碳酸钡作“钡餐”。而硫酸是强酸，胃液中高H+浓度对硫酸钡的沉淀溶解平衡基本没有影响，Ba2+浓度可以保持在安全浓度标准以下，因此硫酸钡可用作“钡酸”。

讨论3：如果误将可溶性钡盐（如氯化钡、硝酸钡等）当做食盐或纯碱食用，会造成钡中毒。中毒患者应尽快用5.0%Na2SO4溶液洗胃，随后导泻使钡盐尽快排出。此时，可以根据沉淀溶解平衡来分析洗胃的效果。

a.理论解释

2+

服用Na2SO4溶液后，由于Q c＞Ksp，因此SO24可与误食Ba结合生成沉淀。



Ba2-+SO24══BaSO4↓

b.计算说明

洗胃时通常需要使用较大量的Na2SO4溶液。为了计算方便，忽略Na2SO4溶液到胃中后浓度的变化以及与Ba2+生成沉淀所消耗的硫酸钠。



5.0%Na2SO4溶液中，SO2L-1，当反应达到硫酸钡的4的物质的量浓度近似为0.38 mol·沉淀溶解平衡后，由2+2+［SO2sp（BaSO4）=［Ba］·4］可得：

1.110-10 mol2L-2

［Ba］==

-10.38 molL[SO2-]4

=2.9×10-10 mol·L-1

由计算可知，误食的Ba2+可以充分转化为硫酸钡沉淀，因此服用5.0%的Na2SO4溶液可有效地除去胃中的Ba2+。

2.沉淀的转化

问题3：（1）是由一种难溶物转化为另一种难溶物的过程

（2）沉淀溶解平衡的移动

溶解度更小

实验探究2：

现象解释：硫化锌是一种难溶于水的白色固体，硫化铜为难溶于水的黑色固体，它们在水中分别存在如下沉淀溶解平衡：

-2

ZnS（s）Zn2+（aq）+S2-（aq），Ksp=1.6 ×10-24 mol2

CuS（s）Cu2+（aq）+S2-（aq），Ksp=6.3×10-36 mol2·L-2

ZnS与CuS的阴、阳离子个数比相同，因此可以用sp比较它们的溶解能力。由于Ksp（CuS）Ksp（ZnS），所以CuS的溶解能力要比ZnS差很多。当向ZnS固体中加入CuSO4溶液时，对于CuS，Qc＜Ksp，因此ZnS电离生成的S2-可与Cu2+给合生成更难溶的黑色沉淀CuS，并促进ZnS的沉淀溶解平衡向右移动，结果使ZnS沉淀逐渐转化为CuS沉淀，总反应为：

ZnS（s）+Cu2+（aq）══CuS（s）+Zn2+（aq）。

Ksp

3

【例1】

下列对沉淀溶解平衡的描述正确的是（

B

）

A. 反应开始时，溶液中各离子浓度相等

B. 沉淀溶解达到平衡时，沉淀的速率和溶解的速率相等

C. 沉淀溶解达到平衡时，溶液中溶质的离子浓度相等，且保持不变

D. 沉淀溶解达到平衡时，如果再加入难溶性的该沉淀物，将促进溶解

2.难溶电解质的溶解平衡

物质溶解性的大小是相对的，AgCl、BaSO4等的难溶也不是绝对的不溶。20 ℃时，AgCl的溶解度是1.5×10-4 g,BaSO4的溶解度是2.4×10-4g，可见绝对不溶的物质是没有的。

在AgCl的溶液中，一方面，在水分子作用下，少量Ag+和Cl-脱离AgCl的表面溶于水中AgCl══Ag++Cl-;另一方面，溶液中的Ag+和Cl-受AgCl表面正、负离子的吸引，回到AgCl的表面析出沉淀，Ag++Cl-══AgCl↓。在一定温度下，当沉淀溶解和生成的速率相等时，便得到了AgCl的饱和溶液，即建立如下动态平衡：

AgCl（s）Cl-（aq）+Ag+（aq）

难溶电解质的溶解平衡也是有条件的，条件变化，平衡破坏。如上述的沉淀和溶解平衡就受温度、浓度等的影响，通过条件的变化可以使沉淀生成、沉淀溶解，也可以使沉淀转化。

【例2】

对于难溶盐MX，其饱和溶液中M+和X-的物质的量浓度之间的关系类似于［H+］［·OH-］=KW，存在等式［M+］·［X-］=Ksp。现将足量的AgCl分别放入下列物质中，AgCl的溶解度由大到小的排列的顺序是（

B

）

①20 mL 0.01 mol·L-1

KCl溶液

②30 mL 0.02 mol·L-1

CaCl2溶液

③40 mL 0.03 mol·L-1HCl溶液

④10 mL 蒸馏水

⑤50 mL 0.05 mol·L-1 AgNO3溶液

A. ①>②>③>④>⑤

B. ④>①>③>②>⑤

C. ⑤>④>②>①>③

D. ④>③>⑤>②>①

3.沉淀溶解平衡的应用

【例3】

为了除去MgCl2溶液中的FeCl3，可在加热搅拌的条件下加入的一种试剂是（

D

）

A. NaOH

B. Na2CO3

C. 氨水

D. MgO

思路分析：要除FeCl3，实际上是除去Fe3+。除Fe3+的方法是加入某物质使之成为沉淀，过滤即可。同时该题巧妙运用了Fe（OH）3的溶解度小于Mg（OH）2的溶解度，从而可以使Fe（OH）3沉淀，而不致使Mg2+转化为沉淀而析出。

答案：D 思维启示

本题常规方法是加入化学物质直接与Fe3+反应形成沉淀，但在这里却巧妙地利用了MgO消耗FeCl3水解生成的HCl，促使FeCl3水解成Fe（OH）3，同时MgO转化成MgCl2，不引入新杂质，即使MgO过量，因为它不溶于水也不会引起二次污染。

拓展迁移

拓展点

沉淀溶解方法总结

根据溶度积规则，当Qc

常用的方法是：在难溶电解质饱和溶液中加入适当试剂使之与组成沉淀的一种构晶离子结合成另一类化合物，从而使之溶解。具体办法可采用酸碱溶解法、配位溶解法、氧化还原

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溶解法以及沉淀转化溶解法等。

1.酸碱溶解法

在实际工作中，常常会遇到需要使难溶物质溶解的问题。根据平衡移动原理，对于在水中难溶的电解质，如果能设法不断地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。例如，难溶于水的CaCO3沉淀可以溶于盐酸中：

2

在上述反应中，气体CO2的生成和逸出，使CaCO3溶解平衡体系中的CO3浓度不断减小，平衡向沉淀溶解方向移动，只要盐酸的量足够，CaCO3就可溶解完全。类似的可用强酸溶解的难溶电解质还有FeS、Al（OH）3、Cu（OH）2等。

2.发生氧化还原反应使沉淀溶解

有些金属硫化物如CuS、HgS等，其溶度积特别小，在饱和溶液中［S2-］特别小，不能溶于非氧化性强酸，只能溶于氧化性酸，减少［S2-］，从而达到沉淀溶解的目的。如：

3CuS+8HNO3══3Cu（NO3）2+3S+2NO↑+4H2O

而HgS的Ksp更小，仅用HNO3不够，只能溶于王水，使［S2-］和［Hg2+］同时减小：

3HgS+12HCl+2HNO3══3H2（HgCl4）+3S+2NO↑+4H2O

此法适用于溶解那些具有明显氧化性或还原性的难溶物。

3.生成配合物使沉淀溶解

向沉淀体系中加入适当配合剂，使溶液中某离子生成稳定的配合物，减少其离子浓度，从而使沉淀溶解。如：

此法对用酸碱法不能溶解的难溶电解质尤其具有重要意义。

4.沉淀转化溶解法

本法是将难溶物转化为能用上述三种方法之一溶解的沉淀，然后再溶解。例如BaSO4中加入饱和Na2CO3溶液使BaSO4转化为BaCO3，再将BaCO3溶于盐酸。

应当指出，沉淀溶解有的是几种方法综合的结果，例如HgS溶于水，就是氧化还原法和配位法的综合运用：

3HgS+12HCl+2HNO3══3H2（HgCl4）+3S+2NO↑+4H2O

【例题】

已知AgCl为难溶于水和酸的白色固体，Ag2S为难溶于水和酸的黑色固体。向AgCl和水的悬浊液中加入足量的Na2S溶液并振荡，结果白色固体完全转化为黑色固体：

（1）白色固体转化为黑色固体的离子方程式：

。

（2）白色固体转化为黑色固体的原因是：

。

解析：此题可运用平衡移动原理加以解释。

答案：（1）2AgCl+S2-══Ag2S+2Cl-（2）Ag2S的溶解度比AgCl的溶解度小，根据平衡移动原理，沉淀溶解平衡向离子浓度减小的方向移动

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