《无机化学》课程授课教案（讲义）第九章 沉淀溶解平衡

无机化学I课程（60学时）（支撑毕业要求1工程知识、4科学研究、12终身学习）课程目标：通过本课程的学习，学生达到以下目标：课程目标1.掌握化学基本概念和定律、化学两大平衡、化学热力学、化学反应速率、原子结构和元素周期系、分子结构和晶体结构等基础知识；学会使用无机化学相关知识分析一般工程中化学热力学、动力学上的问题。【毕业要求1工程知识】课程目标2.培养学生具有分析处理一般无机化学问题的初步能力以及应用参考资料自学一般无机化学书刊、获取新知识的能力；能够运用无机化学基本原理并结合文献研究，调研和分析一般工程问题的解决方案；可以分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。【毕业要求4科学研究】课程目标3.培养学生自主学习、终身学习的意识。能在化学学科及社会发展的大背景下，认识到自主和终身学习的必要性；在学习实践中培养学生的理解能力、归纳总结能力及提出问题的能力。学生能够主动进行反思，并能在反思中改进学习方法、提高学习效果，逐渐完成从中学到大学在学习方式上的过渡，同时学生在听课、查阅参考书、自学等方面都有一个突跃。【毕业要求12终身学习】第1页共18

第 1 页 共 18 页 无机化学I 课程（60学时） （支撑毕业要求 1 工程知识、4 科学研究、12 终身学习） 课程目标：通过本课程的学习，学生达到以下目标： 课程目标 1.掌握化学基本概念和定律、化学两大平衡、化学热力学、化学反应 速率、原子结构和元素周期系、分子结构和晶体结构等基础知识；学会使用无机化 学相关知识分析一般工程中化学热力学、动力学上的问题。【毕业要求 1 工程知识】 课程目标 2.培养学生具有分析处理一般无机化学问题的初步能力以及应用参考 资料自学一般无机化学书刊、获取新知识的能力；能够运用无机化学基本原理并结 合文献研究，调研和分析一般工程问题的解决方案；可以分析与解释数据、并通过 信息综合得到合理有效的结论。【毕业要求 4 科学研究】 课程目标 3.培养学生自主学习、终身学习的意识。能在化学学科及社会发展的 大背景下，认识到自主和终身学习的必要性；在学习实践中培养学生的理解能力、 归纳总结能力及提出问题的能力。学生能够主动进行反思，并能在反思中改进学习 方法、提高学习效果，逐渐完成从中学到大学在学习方式上的过渡，同时学生在听 课、查阅参考书、自学等方面都有一个突跃。【毕业要求 12 终身学习】

第九章沉淀溶解平衡【学习目标与要求】1、学习目标（1）价值目标：体验难容电解质的溶解平衡建立的过程、平衡移动的过程，激发学生学习化学的热情，培养其将化学知识应用于生产、生活实践的能力。【课程目标2】（2）知识目标：了解难容物在水中的溶解情况及沉淀溶解平衡的建立过程，能描述沉淀溶解平衡，指导沉淀转化的本质。【课程目标1】【课程目标2】（3）能力目标：通过生活中的事例，培养学生归纳思维能力：通过认识沉淀产生的意义，感受化学对生活的影响。【课程目标1】【课程目标3】2、学习要求认识难溶电解质存在沉淀溶解平衡，了解沉淀的生成、溶解与转化。具体来说，学生需要掌握难溶电解质的溶度积，沉淀的生成，分步沉淀，沉淀的溶解（包括生成弱电解质或难溶气体使沉淀溶解、通过发生氧化还原反应使沉淀溶解、生成配合物使沉淀溶解），以及沉淀的转化。此外，还应理解沉淀、溶解平衡与其它各类化学平衡之间的关系和有关计算。【课程目标1】【课程目标2】【教学重点与难点】1、教学重点(1)溶度积规则相关计算【课程目标1】(2)沉淀一溶解平衡【课程目标1】【课程目标2】2、教学难点沉淀的溶解和转化【课程目标2】【课程目标3】【教学方法】讲授法、问题式教学法、情境式教学法、案例式教学法、启发式教学法等。【课程目标1】【课程目标2】【课程目标3】【教学手段】多媒体、雨课堂。【课程目标2】第2页共18

第 2 页 共 18 页 第九章 沉淀溶解平衡 【学习目标与要求】 1、学习目标 （1）价值目标：体验难容电解质的溶解平衡建立的过程、平衡移动的过程，激 发学生学习化学的热情，培养其将化学知识应用于生产、生活实践的能力。【课程 目标2】 （2）知识目标：了解难容物在水中的溶解情况及沉淀溶解平衡的建立过程，能 描述沉淀溶解平衡，指导沉淀转化的本质。【课程目标1】【课程目标2】 （3）能力目标：通过生活中的事例，培养学生归纳思维能力；通过认识沉淀产 生的意义，感受化学对生活的影响。【课程目标1】【课程目标3】 2、学习要求 认识难溶电解质存在沉淀溶解平衡，了解沉淀的生成、溶解与转化。具体来说， 学生需要掌握难溶电解质的溶度积，沉淀的生成，分步沉淀，沉淀的溶解（包括生 成弱电解质或难溶气体使沉淀溶解、通过发生氧化还原反应使沉淀溶解、生成配合 物使沉淀溶解），以及沉淀的转化。此外，还应理解沉淀、溶解平衡与其它各类化 学平衡之间的关系和有关计算。 【课程目标 1】【课程目标 2】 【教学重点与难点】 1、教学重点 (1)溶度积规则相关计算 【课程目标 1】 (2)沉淀—溶解平衡【课程目标 1】【课程目标 2】 2、教学难点 沉淀的溶解和转化【课程目标 2】【课程目标 3】 【教学方法】讲授法、问题式教学法、情境式教学法、案例式教学法、启发式 教学法等。【课程目标 1】【课程目标 2】【课程目标 3】 【教学手段】多媒体、雨课堂。【课程目标 2】

【教学过程】第九章沉淀溶解平衡Chapter9ThePrecipitationReactions中学的化学知识中，常常用沉淀反应来鉴别一些金属离子或酸根离子，这就涉及到一些难溶电解质的沉淀和溶解问题。在含有固体的难溶电解质的饱和溶液中，存在着固体难溶电解质与溶液中相应各离子间的多相平衡。$9-1溶度积常数（SolubilityProduct）一、沉淀和溶解平衡（TheEquilibriumofPrecipitationandDissolution）1.在一定温度和一定量水中，AgCls)—Ag(a）+Cl(a)当v沉淀=V落解时，沉淀和溶解达到平衡，称为异相平衡（heterogeneousequilibrium）2.平衡表达式：K-[Agl[C][AgC][Ag][CI]=K[AgC]，把K[AgCI]记作Ksp，Ksp称为溶度积常数。3.通式：A,B㎡—nA(a)+mB(a)’[A"*]"[B"]"=K4.注意点：(1)Ksp与温度有关，但影响不大。在实际中，常用25℃时的Ksp：(2）在上述表达式中，浓度必须用体积物质的量浓度；(3）在Ksp表达式中，应该用离子活度代替离子浓度。但由于在难溶电解质的溶液中，离子浓度很小，离子的活度系数=1，所以可以用离子浓度代替离子活度。二、溶度积原理（TheSolubilityProductRule）1.对于A,Bm(s)nA(a)+mB(a）来说，在溶液中：(1)当[A"}"[B"-]"=Ksp，达到平衡;(2)当[A"]"[B"-]">Ksp，产生大量沉淀；第3页共18

第 3 页 共 18 页 【教学过程】 第九章 沉淀溶解平衡 Chapter 9 The Precipitation Reactions 中学的化学知识中，常常用沉淀反应来鉴别一些金属离子或酸根离子，这就涉及到一些难溶 电解质的沉淀和溶解问题。 在含有固体的难溶电解质的饱和溶液中，存在着固体难溶电解质与溶液中相应各离子间的多 相平衡。 §9-1 溶度积常数（Solubility Product） 一、沉淀和溶解平衡（The Equilibrium of Precipitation and Dissolution） 1．在一定温度和一定量水中， AgCl(s) Ag Cl (aq) (aq) + − + 当 v 沉淀 = v 溶解时，沉淀和溶解达到平衡，称为异相平衡（heterogeneous equilibrium）. 2．平衡表达式： [Ag ][Cl ] [AgCl] K + − = ∴ [Ag+ ][Cl－ ] = K[AgCl]，把 K[AgCl]记作 Ksp，Ksp 称为溶度积常数。 3．通式： A B n m A B (aq) (aq) m n n m + − + ， sp [A ] [B ] m n n m K + − = 4．注意点： (1) Ksp 与温度有关，但影响不大。在实际中，常用 25℃时的 Ksp； (2) 在上述表达式中，浓度必须用体积物质的量浓度； (3) 在 Ksp 表达式中，应该用离子活度代替离子浓度。但由于在难溶电解质的溶液中， 离子浓度很小，离子的活度系数 γ = 1，所以可以用离子浓度代替离子活度。 二、溶度积原理（The Solubility Product Rule） 1．对于 A B n m(s) A B (aq) (aq) m n n m + − + 来说， 在溶液中： (1) 当[Am+ ] n [Bn− ] m = Ksp，达到平衡； (2) 当[Am+ ] n [Bn− ] m ＞ Ksp，产生大量沉淀；

(3)当[A"+}"[B"-]"<Ksp，不产生沉淀。1x10-48x10O6x10Qsp>KAg+CQsp<K2×10-54×10-56×10-58×10-51×10-ConcentrationofCt(mol/L)2.在什么情况下，认为某离子已沉淀完全：对于定性分析，指溶液中某离子浓度小到10-mol·dm-3，可以认为沉淀完全；在定量分析中，指溶液中某离子浓度小到10-mol-dm-3，即可认为沉淀完全。Sample Exercise:What concentration of OH must be exceeded in a 0.010 mol-dm-3 solution ofNi(NO;)2 in order to precipitate Ni(OH), ? Ksp = 1.6×10-14 for Ni(OH)2.Solution:Fora saturated solution wehaveKsp =[Ni2+][OH]Thus if [Ni2+][OH]? >1.6x10-14, precipitation will occur.Letting [OH ]=x mol-dm-3,(0.010) x2 = 1.6x10-14x = 1.3×10-6 mol- dm-3Thus Ni(OH)2 will precipitate when concentration of OH~ in solution is 1.3x10-6 mol-dm-3orhigher.三、溶度积与溶解度的关系（TheRelationshipofSolubilityProductandSolubility）1.溶解度so(mol-dm-3)与Ksp的换算（1）由于两者都表示某一物质成为饱和溶液时所含溶质的量相同，即都是表示物质的溶解能力，故它们之间可换算。(2）换算关键：由于难溶电解质的溶解度很小，所以虽然是饱和溶液，但此饱和溶液很稀，则P溶液=P录=1，所以，也可以把摩尔溶解度换算成g/100H20。(3)%与Ksp的关系：第4页共18

第 4 页 共 18 页 (3) 当[Am+ ] n [Bn− ] m ＜ Ksp，不产生沉淀。 A B C D 2．在什么情况下，认为某离子已沉淀完全：对于定性分析，指溶液中某离子浓度小到 10−5mol·dm−3，可以认为沉淀完全；在定量分析中，指溶液中某离子浓度小到 10−6 mol·dm−3， 即可认为沉淀完全。 Sample Exercise：What concentration of OH－must be exceeded in a 0.010 mol·dm−3 solution of Ni(NO3)2 in order to precipitate Ni(OH)2 ? Ksp = 1.610−14 for Ni(OH)2. Solution：For a saturated solution we have Ksp = [Ni2+][OH－ ] 2 Thus if [Ni2+][OH－ ] 2 ＞1.610−14，precipitation will occur. Letting [OH－ ] = x mol·dm−3， (0.010) ·x 2 = 1.610−14 x = 1.310−6 mol·dm−3 Thus Ni(OH)2 will precipitate when concentration of OH－ in solution is 1.310−6 mol·dm−3or higher. 三、溶度积与溶解度的关系（The Relationship of Solubility Product and Solubility） 1．溶解度 so (mol·dm−3 )与 Ksp 的换算 (1) 由于两者都表示某一物质成为饱和溶液时所含溶质的量相同，即都是表示物质的 溶解能力，故它们之间可换算。 (2) 换算关键：由于难溶电解质的溶解度很小，所以虽然是饱和溶液，但此饱和溶液 很稀，则   = =1 溶液 水 ，所以，也可以把摩尔溶解度换算成 g / 100 H2O。 (3) so 与 Ksp 的关系：

Mg(OH)2() Mg() +20H(m)AgCla) — Ag(a) + Cl(a)2 soSoSosoKsp= soKsp= ss(2 so)2= 4s)一般式：A,Bm()— nA()+mB(ca)Ksp=(ns.)"(ms.)"=n"-m"(s)"+nSample Exercise l: Solid silver chromate is added to pure water at 25 C , some of the solid remainsundissolved at thebottom oftheflask.The mixture is stirred for several days to ensure that equilibriumis achieved between the undissolved Ag2CrO4(s) and solution. Analysis of the equilibrated solutionshows that its silver-ion concentration is 1.3x10-mol-dm-3. Calculate Ksp for Ag2CrO4.Solution:[Ag']=1.3×10-mol-dm-3: [CrO′]==[Ag ]=6.5x10~mol-dm-32Ksp=[Ag }[CrO′]=(1.3×10-) (6.5×10-) =1.1×10-12SampleExercise2：已知25℃时，AgCl的溶解度为1.92×10-g?dm-，试求该温度下AgCI的溶度积。Solution: [Ag]=[C]-1-92x10-mol dm-3=1.34×10- mol·dm-3143.4K=[Ag"][CI] =(1.34×10~)’=1.80×10-102．同一类型的难溶电解质，Ksp大的，其溶解度也大；不同类型的难溶电解质溶解度的大小不能用Ksp作比较，只能通过计算so来说明。从上面的例子可以充分说明这一点。3．难溶电解质的简单水合离子的浓度与其摩尔溶解度往往不是等同的。这是由于除了水溶液中的多相平衡之外，经常还存在着一些其它的重要因素：如水解、配位、同离子效应等。例如Ag3PO4的溶解度为s，若不考虑Ag+离子水解，则[Ag]=3s；若考虑PO’离子水解，则[PO)]≠S。，而是5。=PO]+[HPO, ]+H,PO,]+[H,PO, =[PO,]1+++]KaKaKaKaKK四、影响难溶电解质沉淀的因素（TheAffectFactorsonPrecipitationofUndissolved第5页共18

第 5 页 共 18 页 AgCl(s) Ag Cl (aq) (aq) + − + Mg(OH)2(s) 2 Mg 2OH (aq) (aq) + − + 0 s 0 s 0 s 2 0 s Ksp = 2 0 s Ksp = 0 s (2 0 s ) 2 = 3 0 4s 一般式： A B n m(s) A B (aq) (aq) m n n m + − + Ksp = (n 0 s ) n (m 0 s ) m = n n · m m ( 0 s ) m + n Sample Exercise 1：Solid silver chromate is added to pure water at 25 ℃ , some of the solid remains undissolved at the bottom of the flask.The mixture is stirred for several days to ensure that equilibrium is achieved between the undissolved Ag2CrO4(s) and solution. Analysis of the equilibrated solution shows that its silver-ion concentration is 1.310−4 mol·dm−3 . Calculate Ksp for Ag2CrO4. Solution：∵ 4 [Ag ] 1.3 10 + − =  mol·dm−3 ∴ 2 5 4 1 [CrO ] [Ag ] 6.5 10 2 − + − = =  mol·dm−3 Ksp = 2 2 4 2 5 12 4 [Ag ] [CrO ] (1.3 10 ) (6.5 10 ) 1.1 10 + − − − − =    =  Sample Exercise 2：已知 25℃时，AgCl 的溶解度为 1.9210−3 g·dm−3，试求该温度下 AgCl 的溶度 积。 Solution： 3 1.92 10 [Ag ] [Cl ] 143.4 − + −  = = mol·dm−3 5 1.34 10− =  mol·dm−3 K sp = 5 2 10 [Ag ][Cl ] (1.34 10 ) 1.80 10 + − − − =  =  2．同一类型的难溶电解质，Ksp 大的，其溶解度也大; 不同类型的难溶电解质溶解度的大小不 能用 Ksp 作比较，只能通过计算 so 来说明。从上面的例子可以充分说明这一点。 3．难溶电解质的简单水合离子的浓度与其摩尔溶解度往往不是等同的。这是由于除了水溶液 中的多相平衡之外，经常还存在着一些其它的重要因素：如水解、配位、同离子 效应等。例如 Ag3PO4 的溶解度为 0 s ，若不考虑 Ag+离子水解，则[Ag+ ] = 3 0 s ；若考虑 3 4 PO − 离子水解，则 3 4 0 [PO ] s −  ，而是 2 3 3 2 3 0 4 4 2 4 3 4 4 a3 a a a a a 2 3 1 2 3 [H ] [H ] [H ] s [PO ] [HPO ] [H PO ] [H PO ] [PO ]{1 } K K K K K K + + + − − − − = + + + = + + + 四、影响难溶电解质沉淀的因素（The Affect Factors on Precipitation of Undissolved