第三节 沉淀溶解平衡-叶昌明

(鲁科版)化学反应原理(选修)

第三节

沉淀溶解平衡

宁德市高级中学 叶昌明

联想· 质疑 (1)加热硬水Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2会转化为 CaCO3和Mg(OH)2,你知道它们是怎样生成的吗？ (2)处理污水时，向其中加入FeS固体,以除去Cu2+、 Hg2+、Pb2+等重金属离子，发生了那些化学反应？

CaCO3、FeS、Mg(OH)2等碱和盐是难溶电解质， 尽管难溶电解质难溶于水，但在水中也会建立一动 态平衡——沉淀溶解平衡。

一、沉淀溶解平衡与溶度积观察 思考

取有PbI2沉淀的饱和溶液中上层清液， 即PbI2的饱和溶液滴加几滴KI溶液，观察 现象。你能解释观察到的现象吗？

1、沉淀溶解平衡：尽管PbI2固体难溶于水，但仍有部分Pb2+和I-离 开固体表面进入溶液，同时进入溶液的Pb2+和I-又会 在固体表面沉淀下来，当这两个过程速率相等时， Pb2+和I-的沉淀与PbI2固体的溶解达到平衡状态即达 到沉淀溶解平衡状态.PbI2固体在水中的沉淀溶解平 衡可表示为：PbI2 (s) Pb2+ + 2I2、溶度积常数或溶度积(Ksp ):

难溶固体在溶液中达到沉淀溶解平衡状态时， 离子浓度保持不变(或一定)。其离子浓度的方次 的乘积为一个常数这个常数称之为溶度积常数简称 为溶度积，用Ksp表示。

PbI2(s)

Pb2+ + 2I-

25℃时， Ksp = [Pb2+][I-]2 = 7.1×10-9 mol3 L-3 3、溶度积(Ksp )的性质 溶度积(Ksp )的大小与难溶电解质性质和温度有

关，与沉淀的量无关.离子浓度的改变可使平衡发生移动,而不能改变溶度积.不同的难溶电解质在相同温 度下Ksp不同。

几种难熔电解质在25℃时的溶解平衡和溶度积：AgCl(s) AgBr(s) AgI(s) Mg(OH)2(s) Ag+ + ClAg+ + BrAg+ + IKsp= [Ag+][Cl-] = 1.8×10-10mol2 L-2 Ksp= [Ag+][Br-] = 5.0×10-13mol2 L-2 Ksp= [Ag+][Br-] = 8.3×10-17mol2 L-2

Mg2++2OH- Ksp= [Mg2+][OH-] 2 = 5.6×10-12mol3 L-3

相同类型的难溶电解质的Ksp越小，溶解度越小，越 难溶。

如: Ksp (AgCl) > Ksp (AgBr) > Ksp (AgI)溶解度:AgCl) > Ksp (AgBr) > Ksp (AgI)

二、沉淀溶解平衡的应用1、沉淀的溶解与生成 离子的浓度商Qc和离子积Ksp的关系：

(1).当 Qc > Ksp时是过饱和溶液，离子生成沉淀即反应 向生成沉淀方向进行，直到平衡状态(饱和为止)。(2).当 Qc = Ksp时是饱和溶液，已达到沉淀溶解平衡状 态。 (3).当 Qc < Ksp时是不饱和溶液，沉淀溶解即反应向沉 淀溶解的方向进行，直到平衡状态(饱和为止)。以上规则称为溶度积规则。沉淀的生成和溶解这两个相反的 过程它们相互转化的条件是离子浓度的大小，控制离子浓度的 大小，可以使反应向所需要的方向转化。

(1)沉淀的溶解 思考：为什么医学上常用BaSO4作为内服造影剂“钡 餐”,而不用BaCO3作为内服造影剂“钡餐”? BaSO4 和B

aCO3的沉淀溶解平衡分别为： BaSO4 Ba2+ + SO42Ksp=1.1×10-10mol2 L-2

BaCO3

Ba2+ + CO32-

Ksp=5.1×10-9mol2 L-2

由于人体内胃酸的酸性较强(pH0.9-1.5),如果服下 BaCO3,胃酸会与CO32-反应生成CO2和水，使CO32-离 子浓度降低，使Qc < Ksp,使BaCO3的沉淀溶解平衡 向右移动，使体内的Ba2+浓度增大而引起人体中毒。

BaCO3

所以，不能用 BaCO3作为内服 CO2+H2O 造影剂“钡餐”。而SO42-不与H+结合生成硫酸，胃酸中的H+对

Ba2+ + CO32+ H+

BaSO4的溶解平衡没有影响，Ba2+浓度保持在安全浓度标准下，所以用BaSO4 作“钡餐”。

交流 研讨

1.溶洞里美丽的石笋、钟乳是如何形成的？ 2.海洋中的多彩珊瑚又是怎样生长形成的？

2.沉淀的转化 观察 思考 ZnS沉淀转化为CuS沉淀

(1)在1试管中加入ZnSO4溶液，再滴入Na2S溶液，观察现象(2)静置后倾去上层清液，蒸馏水洗涤沉淀2-3次 (3)向沉淀中滴加适量的CuSO4溶液，观察现象

实验现象：有白色沉淀出现，白色沉淀转化成为黑色沉淀为什么白色的ZnS沉淀会转化成为黑色的CuS沉淀？

ZnS在水中存在沉淀溶解平衡：ZnS(s) CuS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq) Ksp=1.6×10-24mol2 L-2 Cu2+(aq)+S2-(aq) Ksp=1.3×10-36mol2 L-2 CuS在水中存在沉淀溶解平衡： ZnS与CuS是同类难溶物，Ksp(ZnS) >Ksp(CuS),CuS 的溶解度远小于ZnS的溶解度。 (1)ZnS沉淀转化为CuS沉淀的定性解释当向ZnS沉淀上滴加CuSO4溶液时， ZnS溶解产生的S2与 CuSO4溶液中的Cu2+足以满足Qc>Ksp(CuS)的条件， S2-与Cu2+结合产生CuS沉淀并建立沉淀溶解平衡。 CuS沉 淀的生成，使得S2-的浓度降低，导致S2-与Zn2+的 Qc<Ksp(ZnS),使得ZnS不断的溶解，结果是ZnS沉淀逐渐 转化成为CuS沉淀。

ZnS(s)

Zn2+(aq)

+

S2-(aq) + Cu2+(aq)

平衡向右移动

ZnS沉淀转化为CuS沉淀的总反应： CuS(s)

ZnS(s) + Cu2+(aq)

= CuS(s) + Zn2+

沉淀转化的实质：沉淀溶解平衡的移动。一种沉淀 可转化为更难溶的沉淀，难溶物的溶解度相差越大， 这种转化的趋势越大。 如：在AgCl(s)中加入NaI溶液可转化为AgI(s)沉淀。在 CaSO4(s)加入Na2CO3溶液可转化为CaCO3(s)沉淀。

水垢中的Mg(OH)2是怎样生成的?硬水:是含有较多Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-和SO42-的水加热时： Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3 +CO2 + H2O Mg2+ + 2HCO3- = MgCO3 +CO2 + H2O MgCO3+ H2O = Mg(OH)2 +CO2 为什么在水垢中镁主要以Mg(OH)2沉淀形式存 在，而不是以MgCO3沉淀的形式存在？比较它们饱 和时[Mg2+]的大小。

因为Qc > Ksp(Mg(OH)2),所以有Mg(OH)2沉淀析出。即加热后，MgCO3沉淀转化为Mg(OH)2。 硬水加热后的水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2 而不是CaCO3 和MgCO3。 洗涤水垢的方法：除出水垢中的CaCO3和Mg(OH)2 用食醋。

CaCO3+2CH3COOH=(CH3COO)2Ca +CO2 +H2OMg(OH)2+2CH3COOH= (CH3COO)2Mg+2H2O