5-4难溶电解质的多相离子平衡电子教案

模块五气体溶液和胶体授课题目难溶电解质的多相离子平衡教学对象2014级工业分析与检验2014级应用化工技术1、2、3班教学时数2授课时间课前提问1．提出问题并解答2．课程导入主要教学内容1．难溶电解质的溶解度和溶度积常数的概念，二者之间的关系2．溶度积规则3．沉淀的生成、溶解和及其计算教学目标1．掌握握难溶电解质的溶解度和溶度积常数的概念，二者之间的关系2．理解溶度积规则及其应用3.．掌握沉淀的生成、溶解和转化的条件及有关计算教学重点溶度积常数的概念；溶度积规则及其应用教学方法启发、互动教学，培养自主学习能力1．通过设问来引导学生深入思考、激发兴趣2．通过讲授、讨论解决问题3.通过练习加强学生对知识的理解和掌握复习思考题课后部分习题预习要点理想气体方程式课后记载加强练习和指导，以示例讲解，改善教学效果备注学生应该具备一定的数学计算能力难溶电解质的多相离子平衡引言根据溶解度的大小，可将电解质分为易溶电解质、微溶电解质、难溶电解质。难溶不代表绝对不溶，一般把溶解度小于0.01g的电解质叫做难溶电解质，下面主要讨论难溶电解质包括微溶电解质在水溶液中的特性和规律。新课一、溶度积1、溶度积AgCl（s）=Ag++Cl-Ksp（AgCl）=[Ag+][Cl-]（Ksp：溶度积常数）BaSO4（s）=Ba2++SO42-Ksp（BaSO4）=[Ba2+][SO42-]Ag2CrO4（s）=2Ag++CrO42-Ksp（Ag2CrO4）=[Ag+]2-[CrO42-]即通式：AmBn（s）=mAn++mBm-Ksp（AmBn）=[An+]m[Bm-]n（m、n、A、B：离子的化学计量数）一定温度下，难溶电解质饱和溶液中以化学计量数为指数的离子浓度的乘积为一常数，称为溶度积常数，简称溶度积。溶度积仅适用于难溶的强电解质：即：①溶解度小于0.01g/100g水②溶解后全部以离子状态存在，而溶液中没有未离解的分子(MA)或离子对(M+A-)，也没有显著水解。2、溶度积与溶解度的相互换算两者都可以表示物质的溶解能力，相互可以换算，但要注意浓度单位。Ksp的浓度以mol/L表示溶解度S：g/L，g/100g水，mol/L例1：已知25℃时，AgCl的溶解度为1.92×10-3g/L，求Ksp（AgCl）解：S=1.92×10-3/143.4=1.34×10-5mol/LAgCl（S）=Ag++Cl-C平衡1.34×10-51.34×10-5Ksp（AgCl）=[Ag+][Cl-]=1.34×10-5×1.34×10-5=1.80×10-10例2：已知：Ksp（AgCl）=1.80×10-10，Ksp（Ag2Cr2O7）=1.1×10-12，求溶解度。解：AgCl（S）=Ag++Cl-C平衡SSKsp(AgCl)=S2=1.80×10-10解得：S=1.34×10-5mol/LAB型：Ag2CrO4（S）=2Ag++CrO42-C平衡SSKsp(Ag2CrO4)=(2S)2×S=1.1×10-12解得：S=6.5×10-5mol/LAB型：（1）同类型的能溶化合物，可由其Ksp比较其溶解能力。AB型溶解度S（mol/L）AgCl，BaSO4，CaCO3AgBr，BaCO3，CaSO4AB2或A2B型PbI2，Ag2SMn(OH)2，Ag2CrO4AB3或A3B型Fe(OH)3，Ag3PO4Cr(OH)3，Li3PO4（2）不同类型的电解质，不能直接由Ksp比较溶解能力的大小；如AgCl与Ag2CrO4溶解度（mol/L）Ksp（AgCl）=1.8×10-10=1.3×10-5Ksp（Ag2CrO4）=1.1×10-12=6.510-5二、溶度积规则及其应用1、溶度积规则判断沉淀生成和溶解的准则当不同浓度的试剂混合，[Ag+]+[Cl-][Ag+][Cl-]＜Ksp（AgCl），未饱和，无沉淀[Ag+][Cl-]＝Ksp（AgCl），饱和，无沉淀[Ag+][Cl-]＞Ksp（AgCl），有沉淀析出，达饱和规定[Ag+][Cl-]=离子积Q2、沉淀的形成（1）沉淀生成的条件：Q＞Ksp例1：[CaCl2]=0.02mol/L，与[Na2CO3]=0.02mol/L等体积混合，是否有沉淀生成？解：混合后，[Ca2+]=0.01mol/L，[CO32-]=0.01mol/LQ=[Ca2+][CO32-]=1×10-4查表：Ksp（CaCO3）=4.7×10-9Q＞Ksp，∴有CaCO3沉淀生成。例2：向0.50L的0.10mol/L的氨水中加入等体积的0.50mol/L的MgCl2，问：（1）是否有Mg(OH)2的沉淀生成？（2）欲控制Mg(OH)2沉淀不产生，问至少需加入多少克固体NH4Cl（设加入固体NH4Cl后溶液体积不变）？解：（1）刚混合时：[Mg2+]=0.5/2=0.25mol/L[NH3]=0.10/2=0.05mol/L（一元弱碱：NH3·H2O=NH4++OH-）Q=[Mg2+][OH-]2=0.25×（9.5×10-4）2=2.3×10-7查表：Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11Q＞Ksp，∴有Mg（OH）2沉淀生成。（2）方法1：加入固体NH4Cl，由于同离子效应，使NH3·H2O=NH4++OH-平衡向左移动，从而减少[OH-],使Q≤Ksp∴根据Ksp计算所允许[OH-]max,W(NH4Cl)=0.11×1×53.5=5.9g方法2：还可以理解为沉淀后加入NH4+，使平衡移动。Mg(OH)2(S)+2NH4+=Mg2++2NH3·H2O代入数据：解得：[NH4+]=0.11mol/L（2）沉淀的程度在一定温度下，Ksp为一常数，故溶液中没有一种离子的浓度等于0，即没有一种沉淀反应是绝对完全的。分析化学中，认为残留在溶液中离子浓度＜10-5mol/L，可认为沉淀完全。例3：欲分析溶液中Ba2+离子含量，常加入SO42-离子作为沉淀剂。问在下面两种情况下溶液中Ba2+是否沉淀完全？（1）将0.10L的0.020mol/L的BaCl2与0.10L的0.020mol/L的Na2SO4溶液混合；（2）将0.10L0.020mol/L的BaCl2与0.10L0.040mol/L的Na2SO4溶液混合。解：(1)0.10L0.020mol/L的BaCl2+0.10L0.020mol/L的Na2SO4混合后[Ba2+]=0.010mol/L，[SO42-]=0.010mol/LBa2+与SO42-的mol数相等，生成沉淀后Ba2+和SO42-全部由BaSO4溶解得到。生成沉淀后：[Ba2+]=[SO42-]==1.05×10-5mol/L＞1.0×10-5mol/L∴未沉淀完全。(2)0.10L0.020mol/L的BaCl2+0.10L0.040mol/L的Na2SO4SO42-过量，反应后[SO42-]=0.010mol/LBaSO4(S)=Ba2++SO42-XX+0.01≈0.01[Ba2+]=Ksp/[SO42-]=1.1×10-10/0.01=1.1×10-8mol/L＜1.0×10-5mol/L∴沉淀完全。∴可通过加入过量沉淀剂,使沉淀完全。解得：（1）[Ba2+]=1.05×10-5mol/L＞1.0×10-5mol/L∴未沉淀完全。（2）[Ba2+]=1.1×10-8mol/L＜1.0×10-5mol/L∴沉淀完全。例4：要使Mn2+沉淀完全，应控制溶液的PH值为多少？解：可使Mn2+生成Mn(OH)2沉淀，即只要求出[OH-]查表得：Ksp（Mn(OH)2）=1.9×10-13要使Mn2+沉淀完全，即要使[Mn2+]≤10-5mol/L当[Mn2+][OH-]2=Ksp时，沉淀完全。∴PH≥10.34解得：PH≥10.34（3）盐效应并不是沉淀剂加入越多越好。在含有沉淀的溶液中，有过量易溶电解质存在，会使该沉淀的溶解度稍有增大，这种现象叫盐效应。AgCl在NaNO3中的溶解度比在纯水中要大，AgNO3+NaCl=AgCl↓+NaNO3这是由于离子间相互作用，使离子与沉淀表面碰撞次数减少，沉淀速率减小，平衡向左移动。三、分步沉淀利用分步沉淀达到离子的分离例6：P115：13解：沉淀Ba2+需[SO42-]≥Ksp(BaSO4)/[Ba2+]=1.1×10-10/0.1=1.1×10-9mol/L沉淀Ag+需[SO42-]≥Ksp(Ag2SO4)/[Ag+]2=1.4×10-5/0.12=1.4×10-3mol/L∴Ba2+先沉淀。当第二种离子即Ag+析出时，[SO42-]应达到1.4×10-3mol/L，此时溶液浓度符合两个平衡：Ag2SO4（s）=2Ag++SO42-BaSO4（s）=Ba2++SO42-则此时残留在溶液中：[Ba2+]=Ksp(BaSO4)/[SO42-]=1.1×10-10/（1.4×10-3）=7.9×10-8mol/L＜10-8mol/L∴此时Ba2+沉淀完全。∴这两种离子可以用分步沉淀法分离。解得：Ba2+先沉淀这两种离子可以用分步沉淀法分离。四、沉淀的溶解根据溶度积规则，要使沉淀溶解，Q＜Ksp1、转化成弱电解质①生成弱酸：FeS（s）=Fe2++S2-2HCl→2Cl-+2H+S2-+2H+→2H2S↑FeS（s）+2HCl=FeCl2+H2S↑②生成弱碱：Mg(OH)2（s）Mg2++2OH-2NH4Cl=2NH4++2Cl-2OH-+2NH+=NH3·H2OMg(OH)2（s）+2NH4Cl→MgCl2+2NH3·H2O③生成H2OMg(OH)2（s）+2HCl→MgCl2+H2O2、发生氧化还原反应3CuS+8HNO3→3Cu(NO3)2+3S↓+2NO↑+4H2O3、生成难解离的配离子AgBr+2S2O32-→[Ag(S2O3)2]3-+Br-4、转化为另一种沉淀再行溶解（当上述方法都不溶时）CaCO3（s）+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑CaSO4（s）+CO32-=CaCO3（s）+SO42-Ksp9.1×10-62.8×10-9