浅谈溶解平衡中溶度积在新课程中的应用

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  摘 要:溶解平衡是新课改增添的新的考点, 溶度积常数在溶解平衡中的常见应用有判断所给体系是否形成沉淀;判断体系相关离子的在溶液中浓度所能达到的最大值;判断沉淀时所要控制PH值的取值范围;沉淀转化的相关计算及图像读解
  关键词:溶度积 沉淀溶解平衡 新的考点 沉淀转化
  中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1672-8882(2013)03-078-02
  溶解平衡是新课改增添的新的考点,它的定义是什么?对这个新增考点如何理解?下面我们以硫酸钡为例进行研究。
  BaSO4是难溶的强电解质,在一定温度下,当把BaSO4固体放入水中一定时间后,体系达到动态平衡, 这时体系中存在如下平衡:
  BaSO4 Ba2+ + SO42-
  此时的溶液称为饱和溶液,这种平衡是在固相和液相内达成的,称为多相体系的沉淀溶解平衡。
  其平衡常数:K平 = [Ba2+][SO42-] = Ksp
  式中Ksp叫溶度积常数,简称溶度积。
  对于一般的难溶强电解质AmBn,其沉淀溶解平衡为:
  难溶电解质的溶解平衡与化学平衡一样遵循勒夏特列原理,并且与生产、生活、科研联系较为密切,作为新课标新增加内容,在近几年高考中频繁出现,考察内容主要是溶度积的应用,怎样将其?运用到具体的题型中?
  Ksp只与难容电解质的性质、温度有关,而与沉淀的量无关,并且溶液中的离子浓度的变化只能使平衡移动,并不改变溶度积。以下是溶度积常数在溶解平衡中的常见的几种应用。
  一、根据所给溶度积的数值判断所给体系是否形成沉淀
  因为容度积常数是沉淀溶解平衡是具有的常数关系,平衡是在固相和液相内达成的,可通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积——离子积(Qc)的相对大小,判断难溶电解质在给的条件下沉淀能否生成或溶解:
  1.Qc>Ksp,溶液过饱和,既有沉淀析出,直到溶液饱和,达到新的平衡;
  2.Qc=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态;
  3.Qc  例:将4×10-3mol·L-1的AgNO3溶液与4×10-3mol·L-1的NaCl溶液等体积混合能否有沉淀析出?Ksp(AgCl)= 1.8×10-10mol2·L-2
  解:只有当 Qc > Ksp时,离子才能生成沉淀。
  混合后:[Ag+]=2 ×10-3mol·L-1,[Cl-]= 2 ×10-3mol·L-1
  Qc=[Ag+][Cl-]=2 ×10-3mol·L-1×2 ×10-3mol·L-1
  =4.0 ×10-6mol2·L-2 >1.8×10-10mol2·L-2
  Qc>Ksp,所以有AgCl沉淀析出。
  二、判断体系相关离子的在溶液中浓度所能达到的最大值
  在某一特定沉淀溶解平衡体系中,当在温度一定时,溶度积为一定值,应用这一特点可确定相关离子在溶液中浓度所能达到的最大值。
  例:已知常温时Ksp(AgCl)=1.8×10-10 mol2·L-2,则在0.1mol/LAlCl3溶液中,Ag+]的物质的量浓度最大可达到
  解:溶液中要求C(Cl-)=0.3mol/L
  根据Ksp(AgCl)=1.8×10-10 mol2·L-2= C(Ag+)C(Cl-)
  可知C(Ag+)=6.0×10-10 mol/L
  三、根据相关溶度积判断沉淀时所要控制PH值的取值范围
  例:有关资料:
  实验过程中,若要确保Mg2+完全除尽,用广泛pH试纸测定溶液的pH应
  ≥ (若离子浓度小于10-5mol·L-1可视作已被完全除尽)(答案:12)
  解析: 根据溶度积常数表达式可知
  Ksp 〔Mg(OH)〕=C(Mg2+)·C2(OH—),根据沉淀完全除尽的要求,可知C(Mg2+)=10-5mol·L-1,求得C(OH—),再由Kw= C(H+)· C(OH—)得到C(H+),最后有PH计算公式求出PH
  三、利用相关数值进行沉淀转化的相关计算。
  沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。一般来说,溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀。如NaCl溶液和AgNO3溶液混合后会有白色沉淀AgCl生成,向该混合溶液中加入KI溶液后,白色沉淀就转化为黄色沉淀AgI,再向该混合液中加入Na2S溶液,黄色沉淀又转化为黑色Ag2S沉淀。有关转化的方程式:
  AgCl + KI === AgI↓+ KCl 2AgI + Na2S = Ag2S↓+ 2NaI
  上述转化说明溶解度的大小关系是: AgCl>AgI>Ag2S
  例:硫酸锶(SrSO4)在水中的深沉溶解平衡曲线如下。下列说法正确的是
  A. 温度一定时,Ksp(SrSO4)随c(SO42-)的增大而减小
  B. 三个不同温度中,313K时Ksp(SrSO4)最大
  C. 283K时,图中a点对应的溶液是不饱和溶液
  D. 283K下的SrSO4饱和溶液升温到363K后变为不饱和溶液
  解析:平衡常数只与温度有关,与物质的浓度无关,A错误;温度一定时Ksp=[Sr2+][SO42-],由图像可知:在相同条件下,温度越低,c(SO42-)·c(Sr2-)越大,Ksp(SrSO42-)越大,B正确;a点在283K的下方,Qc小于Ksp(283K),属于不饱和溶液,C正确;283K下的SrSO4饱和溶液升温到363K后会有晶体析出,还是属于饱和溶液,D错。答案:BC   在计算时,同时还要注意图像的解读及数型结合考查溶度积常数。
  例:某温度下,Fe(OH)3(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后,改变溶液pH,金属阳离子浓度的变化如图所示。据图分析,下列判断错误的是
  A. Ksp[Fe(OH)3]  B. 加适量NH4Cl固体可使溶液由a点变到b点
  C. c、d两点代表的溶液中c(H+)与c(OH-)乘积相等
  D.Fe(OH)3、Cu(OH)2分别在b、c两点代表的溶液中达到饱和
  解析:b、c两点金属阳离子的浓度相等,都设为x,c(OH-)c=10-9.6,c(OH-)b=10-12.7,则Ksp[Fe(OH)3]=x×(10-12.7)3,Ksp[Cu(OH)2]=x×(10-9.6)2,故Ksp[Fe(OH)3]K,沉淀要析出,故D正确。答案:B
  溶度积常数的意义是:在一定的温度下,难溶电解质的饱和溶液中离子浓度的系数次方之积为一常数。溶度积在一定情况下可表示难溶强电解质在溶液中的溶解能力的大小。
  溶度积和溶解度都可以表示物质的溶解能力,但它们是两个既有联系又有区别的不同概念。一定温度下100克水中最多能溶解溶质的克数,也就是该溶质在此温度下的溶解度。上式表示了溶度积和溶解度间的相互关系,它们之间可以通过相关公式进行相互换算.
  能否说Ksp越小,难溶电解质的溶解度就越小呢?对于同类型纯化合物,如AgCl,AgBr,AgI等1:1型化合物,则Ksp越小,溶解能力就越小;而对于不同类型的化合物,如AgCl与Ag2CrO4,就不能直接从Ksp比较它们溶解能力的大小。
  例: 已知常温下:KSP (AgCl) = 1.8×10-10 mol2·L-2,KSP (Ag2CrO4) = 1.9×10-12 mol3·L-3 , 下列叙述正确的是
  A.AgCl在饱和NaCl溶液中的 KSP 比在纯水中的 KSP 小
  B.向AgCl的悬浊液中加入NaBr溶液,白色沉淀转化为淡黄色,说明
  KSP (AgCl) < KSP (AgI)
  C.将0.001 mol·L-1的AgNO3 溶液滴入0.001 mol·L-1的KCl和0.001 mol·L-1 的K2CrO4 溶液中先产生Ag2CrO4 沉淀
  D.向AgCl的悬浊液中滴加浓氨水,沉淀溶解,说明AgCl的溶解平衡向右移动
  解析:Ksp仅与温度有过,所以A项错误;对于同类型纯化合物,如AgCl,AgBr,AgI等1:1型化合物,则Ksp越小,溶解能力就越小, 所以B项错误;C项中,根据计算产生沉淀时,AgCl 比Ag2CrO4所需要的AgNO3的量更少及C项错误,正确答案为D。
  “沉淀溶解平衡”是“继化学平衡、电离平衡、水解平衡”之后的又一个动态平衡,有了前面的学习基础,学生的认知水平明显提高,有“实验探究”的过程,学生学习积极性和参与程度都较高。但部分学生对某些因素(如某些离子)对沉淀溶解平衡的影响仍然不理解总之,对于溶度积常数掌握,可关注以下几个方面①概念定性分析②定量计算,尤其要注意溶液混合导致浓度的改变③图表的分析。
  参考文献;
  [1]汪洪强.溶度积常数Ksp的理解和应用[J.]新课程学习,2012,(6)
  [2]胡 冰.溶度积常数的灵活应用[J]新高考(物理化学生物),2009,(10)
  [3]叶金祥主编.黄冈高考经典点亮高考化学第一轮.长江出版社,2011.5
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