高中化学 33 沉淀溶解平衡

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沉淀溶解平衡的概念

在一定温度下，当难溶强电解质溶于水形成饱和溶液时，溶解速率和生成沉淀的速率相等的状态，称为沉淀溶解平衡。例如，\(AgCl\)在水中存在沉淀溶解平衡：\(AgCl(s)\rightleftharpoons Ag^{+}(aq)+Cl^{-}(aq)\)。

沉淀溶解平衡的特征

动：沉淀溶解平衡是一种动态平衡，溶解和沉淀的过程仍在进行，只是速率相等。

等：\(v_{溶解}=v_{沉淀}\)。

定：达到平衡时，溶液中各离子的浓度保持不变。

变：当外界条件改变时，沉淀溶解平衡会发生移动，直至建立新的平衡。

溶度积常数\(K_{sp}\)

定义：在一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中，各离子浓度幂之积为一常数，称为溶度积常数，简称溶度积，用\(K_{sp}\)表示。对于\(A_{m}B_{n}\)型难溶电解质，其\(K_{sp}=[A^{n + }]^{m}[B^{m - }]^{n}\)。例如，\(AgCl\)的\(K_{sp}=c(Ag^{+})\cdot c(Cl^{-})\)，\(Fe(OH)_{3}\)的\(K_{sp}=c(Fe^{3 + })\cdot c^{3}(OH^{-})\)。

意义：\(K_{sp}\)反映了难溶电解质在水中的溶解能力。相同类型的难溶电解质，\(K_{sp}\)越小，其溶解度越小，越难溶解。

影响因素：\(K_{sp}\)只与难溶电解质的性质和温度有关，与沉淀的量和溶液中离子的浓度无关。

沉淀溶解平衡的影响因素

内因：难溶电解质本身的性质，不同的难溶电解质其\(K_{sp}\)不同，溶解能力不同。

外因：

温度：多数难溶电解质的溶解是吸热过程，升高温度，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动，\(K_{sp}\)增大。

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。增大或减小难溶电解质离子的浓度，沉淀溶解平衡会发生移动，但\(K_{sp}\)不变。

同离子效应：向难溶电解质的饱和溶液中加入含有相同离子的强电解质，沉淀溶解平衡向生成沉淀的方向移动，溶解度减小。例如，在\(AgCl\)的饱和溶液中加入\(NaCl\)溶液，\(Cl^{-}\)浓度增大，平衡向生成\(AgCl\)沉淀的方向移动，\(AgCl\)的溶解度减小。

其他反应：加入能与难溶电解质溶解产生的离子发生反应的物质，沉淀溶解平衡向溶解的方向移动。例如，\(Mg(OH)_{2}\)沉淀中加入盐酸，\(H^{+}\)与\(OH^{-}\)反应，使\(c(OH^{-})\)减小，平衡向溶解的方向移动，\(Mg(OH)_{2}\)逐渐溶解。

沉淀溶解平衡的应用

沉淀的生成：

原理：根据溶度积规则，当\(Q_{c}>K_{sp}\)时，溶液过饱和，有沉淀生成。

应用：在工业生产和化学实验中，常利用沉淀反应来除去溶液中的某些杂质离子。例如，在粗盐提纯中，加入稍过量的\(Na_{2}CO_{3}\)溶液，可将溶液中的\(Ca^{2 + }\)转化为\(CaCO_{3}\)沉淀而除去。

沉淀的溶解：

原理：当\(Q_{c}<K_{sp}\)时，溶液不饱和，沉淀会溶解。

方法：可通过加入酸、碱、盐等物质，与沉淀溶解产生的离子发生反应，降低离子浓度，使沉淀溶解。例如，\(CaCO_{3}\)沉淀可溶于盐酸，其反应的离子方程式为\(CaCO_{3}+2H^{+}=\!=\!=Ca^{2 + }+H_{2}O + CO_{2}\uparrow\)。

沉淀的转化：

原理：由一种沉淀转化为另一种更难溶的沉淀的过程。一般来说，溶解度小的沉淀容易转化为溶解度更小的沉淀。

应用：在工业废水处理中，常利用沉淀转化的原理，将废水中的重金属离子转化为更难溶的硫化物沉淀而除去。例如，向含有\(Hg^{2 + }\)的废水中加入\(Na_{2}S\)溶液，可将\(Hg^{2 + }\)转化为\(HgS\)沉淀而除去，反应的离子方程式为\(Hg^{2 + } + S^{2 - }=\!=\!=HgS\downarrow\)。

沉淀溶解平衡图像问题

沉淀溶解平衡图像通常以离子浓度的对数或负对数为坐标，考查溶度积常数的计算、沉淀的生成与溶解等知识点。解决此类问题的关键是要理解图像中各点所代表的意义，以及曲线变化的趋势和原因。例如，在\(Ca(OH)_{2}\)的沉淀溶解平衡图像中，横坐标表示\(Ca^{2 + }\)浓度的对数，纵坐标表示\(OH^{-}\)浓度的对数，根据图像中的数据和曲线的变化，可以计算\(Ca(OH)_{2}\)的溶度积常数，判断溶液中是否有沉淀生成等。