1 第九章沉淀溶解平衡习题课 化学学院陈维林 2 本章内容小结教材P260例9 7书后习题 3 本章内容小结 溶度积常数Ksp 溶度积原理同离子效应和盐效应沉淀的生成和溶解分步沉淀沉淀的转化 4 溶度积常数Ksp AaBb s aAb bBa Ksp Ab a Ba b as a bs b aabb sa bs 溶解度注意 溶度积常数表达式中的浓度项应为相对浓度 c c 但为书写简便 用浓度代替相对浓度 见教材P239页底注解 5 溶度积常数Ksp Ksp 大小与浓度无关 随温度变化而改变 溶度积和溶解度s之间可进行相互换算 但溶解度必须用物质的量浓度 即mol dm 3 来表示 6 溶度积原理Qi Ksp 沉淀从溶液中析出 Qi Ksp 饱和溶液与沉淀物平衡 Qi Ksp 不饱和溶液 若有沉淀物则发生溶解 7 3 同离子效应和盐效应同离子效应 在难溶电解质饱和溶液中 加入与其具有相同离子的强电解质 使难溶电解质溶解度减小 盐效应 在难溶电解质饱和溶液中 加入与其不具有相同离子的强电解质 使难溶电解质溶解度增大 同离子效应一般比盐效应大得多 8 4 沉淀的生成和溶解沉淀的生成 创造条件使有关离子浓度增大 造成Qi Ksp 常用方法 加入沉淀剂 应用同离子效应 控制溶液pH值 2 沉淀的溶解 创造条件使有关离子浓度减小 造成Qi Ksp 常用方法 酸溶解 生成弱电解质 发生氧化还原反应 生成配合物 9 MS型沉淀的酸溶解计算公式 MS 2H M2 H2S 10 可溶于稀盐酸 0 3mol L 1 的硫化物沉淀 FeS 黑色 CoS 黑色 NiS 黑色 ZnS 白色 MnS 肉红色 Al2S3 白色 Cr2S3 黑色 注 Al2S3和Cr2S3在水中完全水解 分别生成白色的Al OH 3和灰绿色的Cr OH 3 金属硫化物的酸溶性 11 金属硫化物的酸溶性 不溶于稀盐酸的硫化物沉淀 SnS 褐色 Sb2S3 桔红色 PbS 黑色 CdS 黄色 Bi2S3 棕黑色 As2S3 黄色 CuS 黑色 Ag2S 黑色 HgS 黑色 可溶于浓盐酸 不溶于浓盐酸 可溶于硝酸 在浓盐酸和硝酸中均不溶解 只溶于王水 V浓HCl V浓HNO3 3 1 12 M OH n型沉淀的酸溶解计算公式 M OH n nH Mn nH2O 13 酸溶平衡常数 用酸溶解难溶电解质的反应统称酸溶反应 难溶弱酸盐和难溶的金属氢氧化物都有可能溶解在强弱不同的酸中 而决定酸溶反应能否自发进行的重要因素是反应的平衡常数 称为酸溶平衡常数 14 酸溶平衡常数 决定酸溶反应能否发生的因素还有反应速率和沉淀物的结构 反应速率很慢的酸溶反应实际上难以实现 某些加热过的金属氢氧化物 如Al OH 3 Al2O3 难溶于任何酸 15 酸溶平衡常数 根据酸溶平衡常数K 判断酸溶反应能否发生的经验规律 当K 107 相当于 rGm 40kJ mol 1 时 酸溶反应能自发进行 而且进行得较彻底 如MnS s 可溶于盐酸中 K 2 7 107 16 酸溶平衡常数 当K 40kJ mol 1 时 酸溶反应不能自发进行 如CuS s 不溶于盐酸中 K 5 5 10 16 只能溶解在有氧化性的HNO3中 当10 7 K 107 相当于 40kJ mol 1 rGm 40kJ mol 1 时 需根据具体情况来判断 有时可通过提高H 浓度使沉淀溶解 17 5 分步沉淀溶液中含有几种离子 加入某沉淀剂均可生成沉淀 则沉淀生成的先后按Q值大于Ksp 的先后顺序分步沉淀 一般溶液中被沉淀离子浓度小于10 5mol L 1时 认为已沉淀完全 6 沉淀的转化一般由溶解度大的沉淀向溶解度小的沉淀转化 18 教材P244例9 7 使0 01molZnS溶于1dm3盐酸中 求所需盐酸的最低浓度 已知Ksp ZnS 2 5 10 22 H2S的K1 1 1 10 7 K2 1 3 10 13 19 教材P244例9 7解 解法一 分步计算 当0 01mol的ZnS全部溶解于1dm3盐酸时 生成的 Zn2 0 01mol dm 3 与Zn2 相平衡的 S2 可由沉淀溶解平衡求出 ZnS Zn2 S2 Ksp ZnS Zn2 S2 S2 Ksp ZnS Zn2 2 5 10 22 0 01 2 5 10 20 20 解法一 当0 01mol的ZnS全部溶解时 产生的S2 将与盐酸中的H 结合生成H2S 且假设S2 全部生成H2S 则溶液中 H2S 0 01mol dm 3 根据H2S的解离平衡 由 S2 和 H2S 可求出与之平衡的 H 教材P244例9 7解 H2S 2H S2 21 教材P244例9 7解 解法一 此浓度为平衡浓度 原来的盐酸中的H 与0 01molS2 结合生成H2S时消耗掉0 02mol 故所需盐酸的起始浓度为 0 076 0 02 mol dm 3 0 096mol dm 3 22 解法二 可通过ZnS溶解反应的总的反应方程式来计算 ZnS 2H H2S Zn2 起始相对浓度c000平衡相对浓度c0 0 020 010 01 教材P244例9 7解 23 教材P244例9 7解 解法二 24 P2489 8 室温下测得AgCl饱和溶液中 Ag 和 Cl 的浓度均约为1 3 10 5mol dm 3 试求反应 的 rGm 值 书后习题 25 P2489 8解 Ksp Ag Cl 1 3 10 5 1 3 10 5 1 69 10 10 rGm RTlnKsp 8 314J mol 1 K 1 298K ln 1 69 10 10 55 7kJ mol 1 26 P2489 9 某溶液中Ba2 和Sr2 的浓度均为0 01mol dm 3 向其中滴加Na2CrO4溶液 通过计算说明 当SrCrO4开始生成时 Ba2 是否已经被沉淀完全 已知BaCrO4的Ksp 1 2 10 10 SrCrO4的Ksp 2 2 10 5 27 P2489 9解 SrCrO4 Sr2 CrO42 Ksp SrCrO4 Sr2 CrO42 CrO42 Ksp SrCrO4 Sr2 2 2 10 5 0 010 2 2 10 3即 当 CrO42 2 2 10 3mol dm 3时 开始生成SrCrO4沉淀 28 BaCrO4 Ba2 CrO42 Ksp BaCrO4 Ba2 CrO42 Ba2 Ksp BaCrO4 CrO42 1 2 10 10 2 2 10 3 5 5 10 8所以 当SrCrO4开始生成时 Ba2 5 5 10 8mol dm 3 1 0 10 5mol dm 3 Ba2 已经被沉淀完全 P2489 9解 29 P2489 10 Ba2 和Sr2 的混合溶液中 二者的浓度均为0 10mol dm 3 将极稀的Na2SO4溶液滴加到混合溶液中 已知BaSO4的Ksp 1 1 10 10 SrSO4的Ksp 3 4 10 7 试求 1 当Ba2 已有99 沉淀为BaSO4时的 Sr2 2 当Ba2 已有99 99 沉淀为BaSO4时 Sr2 已经转化为SrSO4的百分数 30 P2489 10解 浓度为0 10mol dm 3的Ba2 已沉淀99 这时体系中 Ba2 0 10 1 99 1 0 10 3mol dm 3BaSO4 Ba2 SO42 Ksp Ba2 SO42 31 Q SrSO4 Sr2 SO42 0 10 1 1 10 7 1 1 10 8由于Q SrSO4 Ksp SrSO4 故此时尚未生成SrSO4沉淀 因而 Sr2 仍为起始浓度0 10mol dm 3 P2489 10解 32 2 浓度为0 10mol dm 3的Ba2 已沉淀99 99 这时体系中 Ba2 0 10 1 99 99 1 0 10 5mol dm 3BaSO4Ba2 SO42 Ksp BaSO4 Ba2 SO42 P2489 10解 33 Ksp SrSO4 Sr2 SO42 Sr2 已经转化成SrSO4的百分数为69 P2489 10解 34 P2489 12 已知AgCl的Ksp 1 8 10 10 试求AgCl饱和溶液中 Ag 若加入盐酸 使溶液的pH值 3 0 再求溶液中的 Ag 35 P2489 12解 Ksp Ag Cl 1 8 10 10在AgCl饱和溶液中 Ag Cl 故 Ag 1 3 10 5mol dm 3加入盐酸 体系pH 3 0 则 HCl 1 0 10 3mol dm 3所以 Cl 1 0 10 3mol dm 3 36 P2489 13 向0 50mol dm 3的FeCl2溶液通H2S气体至饱和 若控制不析出FeS沉淀 试求溶液pH的范围 已知FeS的Ksp 6 3 10 18 H2S的Ka 1 3 10 20 37 P2489 13解 pH应小于1 99 38 P2489 14 在1 0mol dm 3CuCl2溶液中含有10 0mol dm 3HCl 通入H2S至饱和 试求已达到平衡时 溶液中的 H 和 Cu2 39 P2489 14解 反应过程中涉及两个平衡H2S 2H S2 CuS Cu2 S2 两式相减即得Cu2 H2S CuS 2H 40 1 0mol dm 3的Cu2 完全与H2S反应后 将生成2mol dm 3的H 故体系中 H 10 0 2 0 mol dm 3 12mol dm 3 依题设H2S饱和 故 H2S 0 1mol dm 3 即 Cu2 7 0 10 13mol dm 3 41 P2489 15 采用加入KBr溶液的方法 将AgCl沉淀转化为AgBr 试求Br 的浓度必须保持大于Cl 的浓度的多少倍 已知AgCl的Ksp 1 8 10 10 AgBr的Ksp 5 4 10 13 42 P2489 15解 沉淀的转化过程涉及两个沉淀 溶解平衡 两式相减即得AgCl转化为AgBr的反应式 43 故必须保持 Br 3 0 10 3 Cl 即 Br 大于 Cl 的3 0 10 3倍 44 P2489 16 将足量ZnS置于1dm3盐酸中 收集到0 10molH2S气体 试求溶液中 H 和 Cl 已知ZnS的Ksp 2 5 10 22 H2S的Ka 1 3 10 20 45 P2489 16 解 ZnS 2H Zn2 H2S依题意收集到0 10molH2S气体 这说明四个问题 溶液已饱和 其中 H2S 0 10mol dm 3 逸出的和存在于饱和溶液中的H2S共0 20mol 生成0 20molH2S 同时有0 20molZn2 存在于溶液中 即 Zn2 0 20mol dm 3 生成0 20molH2S 同时将有0 40molCl 存在于溶液中 即此部分 Cl 0 40mol dm 3 46 溶液中 H 1 02mol dm 3 同时也将因此有1 02mol dm 3的Cl 存在于溶液中 故溶液中 Cl 1 02 0 40 mol dm 3 1 42mol dm 3 47 习题册习题 P1068 5下列化合物中 在氨水中溶解度最小的是 A Ag3PO4 B AgCl C AgBr D AgI 已知 Ksp AgCl 1 77 10 10 Ksp AgBr 5 35 10 13 Ksp AgI 8 52 10 17 Ksp Ag3PO4 8 89 10 17 答案为 D AgI 48 解题分析 含银沉淀一般可与氨水发生配位反应 生成Ag NH3 2 配离子 方程式如下 AgX 2NH3 H2O Ag NH3 2 X 2H2O所以 含银沉淀在氨水中的溶解度将大于其在水中的溶解度 而它们在水中的溶解度越大 解离出的Ag 就越多 则其在氨水中的溶解度越大 因而只需通过Ksp 计算出各沉淀在水中的溶解度 即可得知其在氨水中的溶解度顺序 P1068 5 49 P1068 5解 因为从AgCl至AgI Ksp 逐渐减小 其在水中的溶解度也逐渐减小 所以在氨水中溶解度最小的是AgI AgI在水中的溶解度s AgI Ksp AgI 1 2 9 23 10 9mol