高2下册鲁科版化学 第三章 第3节 沉淀溶解平衡 第1课时 逐字稿-4,678字

  师:同学们好,上一节课我们学习了水溶液中的两大平衡,即弱电解质的电离平衡和盐类的水解平衡。这节课我们将学习水溶液中的第三大平衡——沉淀溶解平衡。什么是沉淀溶解平衡呢?我们先来看两幅图片。第一幅是溶洞的图片,同学们见过溶洞吗?知道溶洞是怎么形成的吗?再看第二幅关于牙齿的图片,大家知道有一种牙病叫龋齿吗?为什么吃完糖后不刷牙容易导致龋齿呢?这些问题的解决都需要我们今天所学的沉淀溶解平衡的相关知识。

  到底什么是沉淀溶解平衡呢?沉淀在水溶液中真的会溶解吗?带着这个问题,我们来看教材中的一个实验,这个实验是证明难溶电解质在水中是否溶解,主要有两步。第一步,在装有少量难溶的碘化铅黄色固体的试管中加入约3毫升蒸馏水,充分振荡后静置。我们会发现,静置后难溶的碘化铅沉在底部。

  充分振荡后进行第二步,待上层液体变澄清后,向其中滴加几滴0.1摩每升的碘化钾溶液,然后观察实验现象。大家看到了什么现象呢?现象很明显,在上层清液中滴加碘化钾溶液后,出现了黄色沉淀。这能得出什么结论呢?结论就是上层清液中有铅离子存在,铅离子从哪里来的呢?很显然是碘化铅溶解产生的,既然有铅离子,上层清液里当然也会有碘离子。

  究其原因,研究表明,尽管碘化铅黄色固体难溶于水,但仍有部分碘离子和铅离子离开碘化铅固体进入溶液,这就是溶解过程。进入溶液中的碘离子和铅离子也会重新形成沉淀沉积下来。当沉淀和溶解的速率相等时,铅离子和碘离子的浓度不再增加,碘化铅固体的量也不再减少,就形成了碘化铅的饱和溶液,此时体系达到平衡状态,我们把这样的平衡称之为沉淀溶解平衡,这就是水溶液中的第三大平衡。

  下面我们给沉淀溶解平衡下一个定义:在一定温度下,当沉淀溶解速率和离子生成沉淀的速率相等时,形成电解质的饱和溶液,各组分浓度保持不变,这样的平衡状态就叫做沉淀溶解平衡。它的表示方法是,以碘化铅沉淀溶解平衡为例,在可逆符号左边用碘化铅固体(s)表示,右边用铅离子和碘离子(aq,稀溶液状态,一般可省略不写)表示。如果是通式,比如沉淀是(A_mB_n),左边就是(A_mB_n)固体,右边是(mA^{n + })离子和(nB^{m - })离子,计量数分别是(m)和(n)。

  我们来看碳酸钙和氢氧化铁沉淀的溶解平衡表达式。根据刚才所说,碳酸钙的沉淀溶解平衡表达式,左边是碳酸钙固体,右边是钙离子和碳酸根离子;氢氧化铁的,可逆符号左边是氢氧化铁固体,右边是铁离子和氢氧根离子。这里要强调一下,表达式中固体状态不能省略,可逆符号右边离子的溶液状态(aq)一般可以不写。

  第三个要点,沉淀平衡属于化学平衡的范畴,化学平衡有五大特征,沉淀溶解平衡也有,即“逆、等、定、动、变”。“逆”说明这个过程是可逆的;“等”是溶解速率等于沉淀速率;“定”指条件一定时,沉淀溶解达到平衡状态,溶液中各微粒浓度保持不变;“动”是动态平衡,沉淀和溶解速率虽相等但不为零;“变”是外界条件改变时,平衡状态会发生改变。也就是说,沉淀溶解平衡和化学平衡、电离平衡、水解平衡一样,符合平衡的基本特征,满足平衡变化的基本规律。

  第四个问题,影响沉淀平衡有哪些因素呢?影响沉淀溶解平衡的因素主要包括内因和外因。内因主要取决于物质本身的性质,这是主要决定因素。不同沉淀的溶解能力不同,比如碳酸盐中,碳酸钙难溶,碳酸镁微溶;硫酸盐中,硫酸钡难溶,硫酸钙微溶。

  对于同一个沉淀溶解平衡,主要受外在条件影响。在化学平衡里,外在因素有温度、浓度、压强,而沉淀溶解平衡是水溶液中的平衡,压强一般不予考虑。首先看温度,大多数沉淀溶解是吸热过程,升高温度,多数沉淀溶解平衡向溶解方向移动。当然也有少数沉淀溶解是放热过程,升高温度,平衡向沉淀方向移动,比如氢氧化钙,其溶解是放热的,升高温度,平衡逆向移动。

  第二个外在条件是浓度。在化学平衡中,增大反应物浓度、减小生成物浓度,平衡正向移动;增大生成物浓度、减小反应物浓度,平衡逆向移动。在沉淀溶解平衡中,虽然不是化学反应,是溶解过程,但增大离子浓度,平衡逆向移动;减小离子浓度,平衡正向移动。例如在碳酸钙的溶解平衡中,加入氯化钙,相当于增加钙离子浓度,平衡向左(逆向)移动;加入碳酸钠,碳酸根离子浓度增大,平衡也向左移动;加水,钙离子和碳酸根离子浓度都减小,平衡向右移动;通入氯化氢气体,相当于加入酸,氢离子结合碳酸根离子,使碳酸根离子浓度减小,平衡向右移动。小结一下,浓度对沉淀溶解平衡的影响就是,增大相同离子浓度,平衡向左移动;减小相同离子浓度,平衡向右移动;加水,平衡右移。

  以上是定性描述沉淀溶解平衡,沉淀溶解平衡既然属于化学平衡范畴,在化学平衡里可以用化学平衡常数定量描述平衡,沉淀溶解平衡也可以。沉淀溶解平衡常数,有个特殊名称叫溶度积常数,简称为溶度积,用符号(K_{sp})表示。它的定义是:在一定温度下,沉淀在溶液中达到沉淀溶解平衡状态时,其离子浓度的幂次方的乘积是一个常数,这个常数就是溶度积常数。比如碘化铅沉淀溶解平衡,它的溶度积常数(K_{sp}(PbI_2)=c(Pb^{2 + })×c^2(I^ - ));如果是(A_mB_n)这种类型,(K_{sp}=c^m(A^{n + })×c^n(B^{m - })),也就是离子浓度的系数次方乘积。

  那么(K_{sp})有哪些影响因素呢?首先,在一定温度下,(K_{sp})大小与沉淀本身的性质有关。其次,影响(K_{sp})大小的外在条件和化学平衡常数一样,只与温度有关,与沉淀的量、离子浓度改变无关,它只是温度的函数。研究(K_{sp})的意义在于,一定温度下,(K_{sp})大小反映了沉淀在水中的溶解能力,就像化学平衡常数反映化学反应的限度一样,(K_{sp})可以判断沉淀在水中的溶解能力。下面来看(K_{sp})的应用。

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