沉淀溶解平衡

1.沉淀溶解平衡

（1）不同的固体物质在水中的溶解度不同，有的很大，有的很小，但无论大小，都有一定的溶解度。在20℃时，物质的溶解度与溶解性的关系如下：

下列物质，属于易溶物质的是①②③，属于微溶物质的是④⑤⑥，属于难溶物质的是⑦⑧⑨。

①NaCl、②NaOH、③H₂SO₄、④MgCO₃、⑤CaSO₄、⑥Ca(OH)₂、⑦CaCO₃、⑧BaSO₄、⑨Mg(OH)₂

(2)沉淀溶解平衡含义

在一定温度下，当难溶电解质的饱和溶液时，固体溶解的速率与溶液中离子生成沉淀的速率相等时，即达到沉淀的溶解平衡状态。 

(3)建立过程

固体溶质溶解溶液中的离子v溶解<v沉淀，析出沉淀(v溶解＝v沉淀，溶解平衡)

 (4)特点

(5)表示方法(方程式)

AgCl在水溶液中的电离方程式为AgCl$\rightleftharpoons$Ag^＋＋Cl^－。

AgCl的溶解平衡方程式为AgCl(s)⇌Ag^＋(aq)＋Cl^－(aq)。

(6)影响因素

①内因

难溶电解质本身的性质。

溶度积(K_sp)反映难溶电解质在水中的溶解能力。对同类型的电解质而言，K_sp数值越大，电解质在水中溶解度越大；K_sp数值越小，难溶电解质的溶解度也越小。

②外因

a．浓度：加水稀释，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动，但K_sp不变。

b．温度：多数难溶电解质的溶解过程是吸热的，所以升高温度，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动，同时K_sp变大。（Ca(OH)₂刚好相反，升高温度，溶解度降低）

c．同离子效应：向沉淀溶解平衡体系中，加入相同的离子，使平衡向沉淀方向移动，但K_sp不变。

d．其他：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，K_sp不变。

如AgCl(s)⇌Ag^＋(aq)＋Cl^－(aq)　ΔH>0：

2.溶度积和离子积

以A mB_n(s)⇌mA^n＋(aq)＋nB^m－(aq)为例：

【注意】 

(1)难溶电解质不一定是弱电解质，如BaSO₄、AgCl等都是强电解质。

(2)K_sp只与难溶电解质的性质和温度有关，与沉淀的量无关。

(3)只有组成相似的物质(如AgCl与AgI、CaCO₃与BaCO₃)，才能用K_sp的相对大小来判断物质溶解度的相对大小。

(4)K_sp小的难溶电解质也能向K_sp大的难溶电解质转化，需看溶液中生成沉淀的离子浓度的大小。

(5)用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去。一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10^－5 mol·L^－1时，沉淀已经完全。

溶度积与沉淀溶解应用

1.溶度积K_sp的计算

(1)已知溶度积求溶液中的某种离子的浓度，如K_sp＝a的饱和AgCl溶液中c(Ag^＋)＝ mol·L^－1。

(2)已知溶度积、溶液中某离子的浓度，求溶液中的另一种离子的浓度，如某温度下AgCl的K_sp＝a，在0.1 mol·L^－1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体，达到平衡后c(Ag^＋)＝10a mol·L^－1。

(3)计算反应的平衡常数，如对于反应Cu^2＋(aq)＋MnS(s)⇌CuS(s)＋Mn^2＋，K_sp(MnS)＝c(Mn^2＋)·c(S^2－)，K_sp(CuS)＝c(Cu^2＋)·c(S^2－)，而平衡常数K＝c(Cu^2＋)(c(Mn^2＋))＝Ksp(CuS)(Ksp(MnS))。

（4）溶度积与溶解度互换 

如：已知常温下硫酸钡的溶度积Ksp=10^-10，求该温度下硫酸钡的溶解度。

BaSO₄（s）⇌Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）

             x          x

Ksp=C（Ba²⁺） C（SO4^2-）=10^-10 即 x²=10 ^-10

x=10^-5 mol/L

即溶解的硫酸钡浓度为10^-5 mol/L

硫酸钡相对分子质量为 233g/mol

也就是说1000g水中溶解了2.33×10^-3g硫酸钡，100g水中溶解了硫酸钡2.33×10^-4g

即得：硫酸钡的溶解度为2.33×10^-4g。

2.沉淀溶解平衡的应用

(1)沉淀的生成

①原理：当Q_c>K_sp时，难溶电解质的溶解平衡向左移动，就会生成沉淀。

②方法：

a．调节pH法

如除去CuCl₂溶液中的杂质FeCl₃，可以向溶液中加入CuO，调节溶液的pH，使Fe^3＋形成Fe(OH)₃沉淀而除去。离子方程式为Fe^3＋＋3H₂O⇌Fe(OH)₃＋3H^＋，CuO＋2H^＋=Cu^2＋＋H₂O。

b．加沉淀剂法

如以Na₂S、H₂S等作沉淀剂，使金属离子如Cu^2＋、Hg^2＋等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等，也是分离、除杂常用的方法。反应的离子方程式为Cu^2＋＋S^2－=CuS↓，Cu^2＋＋H₂S=CuS↓＋2H^＋；Hg^2＋＋S^2－=HgS↓，Hg^2＋＋H₂S=HgS↓＋2H^＋。

(2)沉淀的溶解

①原理：当Q_c<K_sp时，难溶电解质的溶解平衡向右移动，沉淀就会溶解。

②方法：

a．酸溶法：如CaCO₃溶于盐酸，离子方程式为CaCO₃＋2H^＋=Ca^2＋＋CO₂↑＋H₂O。

b．碱溶法：如用NaOH溶液溶解Al(OH)₃，化学方程式为NaOH＋Al(OH)₃=NaAlO₂＋2H₂O。

c．盐溶法：如Mg(OH)₂溶于NH₄Cl溶液，离子方程式为Mg(OH)₂＋2NH₄^＋=Mg^2＋＋2NH₃·H₂O。

d．配位溶解法：

在难溶物中加入配位剂，因形成配合物而降低难溶物的某种离子浓度，使平衡右移，沉淀溶解。如AgCl可溶于NH₃·H₂O中：AgCl＋2NH₃·H₂O=[Ag(NH₃)₂]^＋＋Cl^－＋2H₂O。

 e．氧化还原溶解法：有些金属硫化物(CuS、HgS等)不溶于非氧化性酸，只能溶于氧化性酸，通过减小c(S^2－)而达到沉淀溶解的目的。如3CuS＋8HNO₃(稀)=3Cu(NO₃)₂＋3S↓＋2NO↑＋4H₂O。

(3)沉淀的转化

  ①实质：沉淀溶解平衡的移动。

②特征

a．一般说来，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现。

如：AgNO₃$ \stackrel {NaCl} {→ } $AgCl$ \stackrel {KI} {→ } $)AgI$ \stackrel {Na_{2}S} {→ } $Ag₂S。

b．沉淀的溶解度差别越大，越容易转化。

③应用

a．锅炉除水垢：水垢中含有的CaSO₄难溶于酸，可先用Na₂CO₃溶液处理，使其转化为疏松的、易溶于酸的CaCO₃，而后用酸溶解除去。反应的方程式为CaSO₄＋Na₂CO₃⇌CaCO₃＋Na₂SO₄，CaCO₃＋2H^＋=Ca^2＋＋CO₂↑＋H₂O。

b．矿物转化：用饱和Na₂CO₃处理重晶石(BaSO₄)制备可溶性钡盐的离子方程式为BaSO₄＋CO₃^2－⇌BaCO₃↓＋SO₄^2－；BaCO₃＋2H^＋=Ba^2＋＋H₂O＋CO₂↑。

c．解释自然现象：在自然界中也存在溶解度小的矿物向溶解度更小的矿物转化的现象。如各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变成CuSO₄溶液，并向地下深层渗透，当与深层的闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)接触后，便慢慢转化为铜蓝(CuS)。其反应的方程式为CuSO_4（aq）＋ZnS（s）⇌CuS（s）＋ZnSO_4（aq）。