21难溶电解质的溶解平衡

1难溶电解质的溶解平衡【学习目标】1、掌握难溶电解质的溶解平衡及溶解平衡的应用2、运用平衡移动原理分析、解决沉淀的溶解和沉淀的转化问题【主干知识梳理】一、沉淀溶解平衡的概念1、溶解平衡的建立将固体物质(如蔗糖或食盐)溶于水中时，一方面，在水分子的作用下，分子或离子脱离固体表面进入水中，这一过程叫溶解(或扩散)过程；另一方面，溶液中的分子或离子又在未溶解的固体表面聚集成晶体，这一过程叫结晶(或析出)过程。当两个相反的过程的速率相等时，物质的溶解达到最大限度，形成饱和溶液，达到溶解平衡状态2、电解质在水中的溶解度：20℃时，电解质在水中的溶解度与溶解性存在如下关系3、沉淀溶解平衡的概念(绝对不溶解的物质是不存在的，任何难溶物质的溶解度都不为零)在一定温度下，当难溶强电解质溶于水形成饱和溶液时，难溶电解质溶解成离子的速率和离子重新结合成沉淀的速率相等，溶液中各离子的浓度保持不变的状态，叫做难溶物质的溶解平衡。AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq)①v溶解v沉淀，固体溶解②v溶解＝v沉淀，溶解平衡③v溶解v沉淀，析出晶体【易错点】AgCl(s)Ag+(aq)＋Cl－(aq)是溶解平衡而不是电离平衡4、溶解平衡的特征①逆——可逆过程②等——溶解速率和沉淀速率相等，但不等于零③动——动态平衡④定——平衡状态时，固体质量、溶液中的离子浓度保持不变⑤变——当改变外界条件时，溶解平衡发生移动，达到新的平衡状态二、沉淀溶解平衡常数——溶度积1、溶度积定义：在一定条件下，难溶电解质MmAn溶于水达到沉淀溶解平衡时，离子的浓度幂的乘积为一常数，此平衡常数称为溶度积常数或溶度积，符号为KSP2、表达式：对于沉淀溶解平衡：MmAn(s)mMn+(aq)+nAm—(aq)Ksp(AmBn)＝cm(An＋)·cn(Bm－)，式中的浓度都是平衡浓度【练习】写出AgCl(S)Ag+(aq)＋Cl—(aq)的溶度积KSP===3、意义：溶度积(KSP)反映了物质在水中的溶解能力。对于阴、阳离子个数比相同的电解质，KSP数值越大，电解质在水中的溶解能力越强；KSP越小，溶解能力越小(越难溶)如：相同条件下：KSP(AgCl)＞KSP(AgBr)＞KSP(AgI)，则S(AgCl)＞S(AgBr)＞S(AgI)，但不能比较AgCl和Ag2CrO4的溶解度大小【易错点】对于阴、阳离子个数比不同的电解质，要确定其溶解能力大小，不能直接比较KSP的数值大小，要转化为溶解度来比较4、影响KSP的因素：KSP与其他化学平衡常数一样，只与难溶电解质的性质和温度有关，而与沉淀的量和溶液中的离子浓度无关5、溶度积规则：通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积——离子积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对于沉淀溶解平衡：MmAn(s)mMn+(aq)+nAm—(aq)Qc(AmBn)＝cm(An＋)·cn(Bm－)，式中的浓度是任意浓度QcKSP，溶液过饱和，有沉淀析出Qc=KSP，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态QcKSP，溶液未饱和，沉淀溶解三、影响沉淀溶解平衡的因素1、内因：难溶物质本身的性质2、外因(1)浓度：加水冲稀，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动(溶解的溶解质增多)，但KSP不变，溶解度S不变(2)温度：绝大多数难溶盐的溶解是吸热过程，升高温度，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动(加热促进溶解)，同时KSP增大，溶解度S增大(3)同离子效应：向沉淀溶解平衡体系中加入相同的离子，使平衡向生成沉淀的方向移动，但KSP不变，溶解度S减小如：AgCl中加入KCl（S），则c(Ag+)减小、c(Cl—)增大，此时c(Ag+)≠c(Cl—)(4)其它因素：向沉淀溶解平衡体系中，加入可与体系中某些离子反应生成更难溶或气体的离子，使平衡向溶解的方向移动，但KSP不变，溶解度S增大。如：CaCO3中加入稀盐酸，盐酸电离出来的H+与结合CO32—，CO32—浓度减小，使平衡向右移动AgCl(s)Ag+(aq)＋Cl－(aq)条件平衡移动方向c(Ag+)c(Cl—)Ksp溶解度(S)升高温度加水加NaCl(s)加AgNO3(s)2四、溶度积(KSP)的应用——溶度积、溶解度和物质的量浓度之间的关系一定温度下，难溶电解质溶于水达到沉淀溶解平衡时，所形成的难溶电解质溶液一定是饱和溶液，此时饱和溶液的溶解度(S)为一定值、质量分数(w%)为一定值、物质的量浓度(c)为定值、溶液的密度(ρ)为一定值。因此，溶度积KSP、溶解度S和饱和溶液的物质的量浓度c都可以用来衡量沉淀的溶解能力或程度，它们彼此关联，可以相互换算1、单一难溶电解质的溶解度的计算(以mol/L为单位)(1)以AgCl(s)Ag+(aq)+Cl—(aq)为例，设AgCl的饱和溶液的浓度为xmol/L，KSP[AgCl]==1.8×10—10AgCl(s)Ag+(aq)+Cl—(aq)111xmol/Lxmol/Lxmol/L则：KSP==c(Ag+)·c(Cl—)==x215101034.1108.1LmolKxsp(2)以Ag2S(s)2Ag+(aq)+S2—(aq)为例，设Ag2S的饱和溶液的浓度为ymol/L，KSP[Ag2S]==6.3×10—50Ag2S(s)2Ag+(aq)+S2—(aq)121ymol/L2ymol/Lymol/L则：KSP==c(Ag+)2·c(S2—)==(2y)2·y==4y3163503101.24103.64spKy(3)以Fe(OH)3(S)Fe3+(aq)+3OH—(aq)为例，设Fe(OH)3的饱和溶液的浓度为zmol/L，KSP[Fe(OH)3]==4.0×10—38Fe(OH)3(S)Fe3+(aq)+3OH—(aq)113zmol/Lzmol/L3zmol/L则：KSP==c(Fe3+)·c(OH—)3==z·(3z)3==27z4438427100.427spKz【结论】①AgCl、AgBr、AgI都为1:1型，spKx，因此可以直接由溶度积比较其溶解度的大小②类型不同的难溶电解质的溶度积大小不能直接反映出它们的溶解度大小，因为它们溶度积与溶解度的关系式是不同的2、由饱和溶液的物质的量浓度c(mol/L)转化饱和溶液的溶解度S(g)以AgCl(S)Ag+(aq)+Cl—(aq)为例，饱和溶液的物质的浓度c==1.34×10—5mol/L即：1L溶液中含有1.34×10—5mol的AgCl溶质，也就是(1.34×10—5×143.5)g==1.92×10—3g即：1L溶液中溶解的AgCl为1.92×10—3g，由于溶液极稀，其溶液近似等于水的密度，ρ==1g/cm3即：1000g溶液中溶解了1.92x10—3g的AgCl，100g水中溶解了1.92x10—4g的AgCl即：AgCl的溶解度S(AgCl)==1.92x10—4g3、饱和溶液的溶解度S(g)转化由饱和溶液的物质的量浓度c(mol/L)转化KSP20℃时，S(AgCl)==1.5×10—4g，即：100g水中溶解了AgCl的质量为1.5×10—4g，由于溶液极稀，其溶液近似等于水的密度，ρ==1g/cm3，也即是：0.1L水中溶解了AgCl的质量为1.5×10—4g，也即是：0.1L溶液中溶解了AgCl的质量为1.5×10—4g，此时c(AgCl)==1.04×10—5mol/L，KSP=c(Ag+)·c(Cl—)=1.04×10—5·1.04x10—5=1.86×10—10【练习1】某温度下，Ca(OH)2的溶解度为0.74g，其饱和溶液密度设为1g/mL，则OH-的物质的量浓度为，溶度积Ksp[Ca(OH)2]为【练习2】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顺序是()①20mL0.01mol·L-1KCl溶液②30mL0.02mol·L-1CaCl2溶液③40mL0.03mol·L-1HCl溶液④10mL蒸馏水⑤50mL0.05mol·L-1AgNO3溶液A．①②③④⑤B．④①③②⑤C．⑤④②①③D．④③⑤②①五、沉淀溶解平衡原理的应用1、沉淀的生成(1)调节pH法：除去CuSO4溶液中少量Fe3+，可向溶液中加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，调节pH至3~4，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。离子方程式为Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋、CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O【水解法除杂实例】Cu2+(Fe3+)：CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3Mg2+(Fe3+)：MgO、Mg(OH)2、MgCO3【对离子浓度的要求】化学上通常认为当溶液中的离子浓度小于1×10—5mol/L时，沉淀就达完全(2)沉淀剂法：如用H2S沉淀Cu2＋，离子方程式为H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋2、沉淀的溶解：根据溶度积规则，当QcKSP时，沉淀就向着溶解的方向进行。因此，使沉淀溶解的总原则使离子浓度减小使之满足QcKSP。化学方法溶解沉淀的原则是：使沉淀溶解平衡向着溶解的方向移动。常用的方法有酸碱溶解法、配位溶解法、氧化还原溶解法和沉淀转化溶解法(1)酸溶解法：如CaCO3溶于盐酸，离子方程式为：CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑(2)盐溶液溶解法：如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液，离子方程式为：Mg(OH)2＋2NH＋4===Mg2＋＋2NH3·H2O(3)配位溶解法：如AgCl溶于氨水，离子方程式为：AgCl＋2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－＋2H2O3(4)氧化还原溶解法：原理是通过氧化还原反应使难溶物的离子浓度降低，使平衡向右移动而溶解。此法适用于具有明显氧化性或还原性的难溶物。如：不溶于盐酸的硫化物Ag2S溶于稀HNO33、沉淀的转化(1)定义：沉淀的转化就是由一种难溶物转化为另一种难溶物的过程(2)实质：沉淀转化的实质是离子反应和沉淀溶解平衡移动，即将溶解能力相对较强的物质转化成溶解能力相对较弱的物质。一般来说，溶解度小的转化为溶解更小的沉淀容易实现，两种沉淀的溶解度差别越大，沉淀转化越容易。对于组成类似(阴、阳离子个数比相同)的难溶电解质，KSP大的易转化为KSP小的如：AgNO3溶液溶液NaClAgCl白色沉淀溶液KIAgI黄色沉淀溶液SNa2Ag2S黑色沉淀反应的化学方程式为如：MgCl2溶液――→加入NaOHMg(OH)2――→加入FeCl3Fe(OH)3，则Ksp[Mg(OH)2]Ksp[Fe(OH)3]如：BaSO4(S)中加入饱和Na2CO3溶液使转化为BaCO3，再将BaCO3溶于盐酸【易错点】①KSP：KSP(AgCl)＞KSP(AgBr)＞KSP(AgI)＞KSP(Ag2S)，则溶解度S(AgCl)＞S(AgBr)＞S(AgI)＞S(Ag2S)沉淀转化：AgCl转化AgBr转化AgI转化Ag2S②KSP：BaCO3＞BaSO4【Ksp(BaSO4)＝1×10－10，Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9】，但两者相差不大，可以相互转化(3)沉淀转化的应用①锅炉除水垢：水垢(CaSO4)溶液32CONaCaCO3反应的化学方程式：CaSO4+Na2CO3==Na2SO4+CaCO3，CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O②防龋齿：使用含氟牙膏后，Ca2+及PO43-生成更难溶的Ca5(PO4)3F从而使牙齿变得坚固。Ca5(PO4)3OH+F—Ca5(PO4)3F+OH—③工业上的应用：在工业废水处理的过程中，用FeS等难溶物作沉淀剂除去废水中的重金属离子，其原理是重金属的离子的硫化物沉淀(如CuS)的溶解度小于FeS的溶解度④对一些自然现象的解释：在自然界中也发生着溶解度小的矿物转化为溶解度更小的矿物现象。例如：各种原生铜的硫化物经氧化、淋洗作用后可变成CuSO4溶液，并向深部渗透，遇到