溶液,其平衡常數就叫溶度積。
【關鍵詞】溶度積 Ksp 沉淀溶解平衡Ksp 即沉淀平衡常數(solubility product),簡稱溶度積。
一般該知識點在新課標以來的理綜高考試卷中會出現一到兩
格的計算或者判斷。也是許多學生必須掌握的得分點。有相
當一部分基礎較弱的學生在化學試卷中一看到計算都采取直
接跳過,或者產生不明確的抵觸心理。其實溶度積(Ksp)
并沒有實際想象的那樣困難,只要通過系統的學習,大部分
學生還是可以掌握的,以下是筆者整理的溶度積(Ksp)在
高考中的幾個表現形式 :
一、溶度積(Ksp)的性質應用
溶度積(Ksp)的大小與難溶電解質性質和溫度有關,
與沉淀的量無關。離子濃度的改變可使平衡發生移動,卻不
能改變溶度積。不同的難溶電解質在相同溫度下 Ksp 不同。
例如:在25℃時,以下幾種難溶電解質的溶解平衡和溶度積:
Ksp=[Ag + ][Cl - ]=1.8×10 -10 mol2L -2
Ksp=[Ag + ][Br - ]=5.0×10 -13 mol2L -2
Ksp=[Ag + ][Br - ]=8.3×10 -17 mol2L -2
Ksp=[Mg 2+ ][OH - ] 2 =5.6×10 -12 mol 3 L -3
在這個環節中主要是要讓學生抓住兩個考點 :①對某一
難溶性物質而言,它所對應的 Ksp 只隨溫度的改變而改變 ;
②相同類型的難溶電解質的 Ksp 越小,溶解度越小,越難溶。
如 :Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI),即該溫度下它
們對應的溶解度 :S(AgCl)>S(AgBr)>S(AgI)
二、沉淀轉化的原理應用
首先,先讓學生理解一個 :Qc(濃度商),指在化學反
應任意時刻,產物濃度系數次方的乘積與反應物濃度系數次
方的乘積之比稱為濃度商,如果反應達到平衡狀態時,Qc=K
(平衡常數)。
(一)沉淀的生成 :當 Qc > Ksp 時。可通過調節溶液
PH 或加入某些沉淀劑 ;
(二)沉淀的溶解 :當 Qc < Ksp 時 :①生成弱電解質。
如生成弱酸、弱堿、水或微溶氣體使沉淀溶解。難溶物的
Ksp 越大、生成的弱電解質越弱,沉淀越易溶解。如 CuS、
HgS、As2S3等 Ksp 太小即使加入濃鹽酸也不能有效降低 S2-
的濃度使其溶解。②發生氧化還原反應,即利用發生氧化還
原反應降低電解質離子濃度的方法使沉淀溶解。③生成難電
離的配離子,指利用絡合反應降低電解質離子濃度的方法使
沉淀溶解。
(三)沉淀的轉化 :在含有沉淀的溶液中加入另一種沉淀
劑,使其與溶液中某一離子結合成更難溶的物質,引起一種
沉淀轉變成另一種沉淀。
例如 :CaSO 4 (s)+Na 2 CO 3 =CaCO 3 (s)+Na 2 SO 4
等三個方面展開教學。例如 :
【 例 1】 在 1L 含 1.0×10 -3 molL -1 的 SO 4 2- 溶 液 中, 注 入
0.01molBaCl 2 溶液(假設溶液體積不變)能否有效除去 SO 4 2- ?
已知 :Ksp(BaSO 4 )=4×10 -10 mol 2 L -2 。
解 :c(Ba 2+ )=0.01mol/L,c(SO 4 2- )=0.001mol/
L,生成 BaSO 4 沉淀后,Ba 2+ 過量,剩余的即 [Ba 2+ ]=0.01-
0.001=0.009mol/L.
[SO 4 2- ]=Ksp/[Ba 2+ ]=1.1×10-10/9.0×10-3=1.2×10 -8 (mol/L)
因為,剩余的即 [SO 4 2- ]=1.2×10 -8 mol/L<1.0×10 -5 mol/L
所以,SO42- 已沉淀完全,即有效除去了 SO42-。
三、溶解度 S 與溶度積 Ksp 的換算
溶度積(Ksp)和溶解度(S)都可用來衡量某難溶物質
的溶解能力,它們之間可以互相換算。例如 :
【例2】已知25℃時 KSP(AgCl)=1.8×10 -10 ,把足量的
AgCl 放入1L1.0mol/L 的鹽酸溶液中溶解度是多少?(g/L)
解 :設 AgCl 在鹽酸中的溶解度為 S(mol/L),
AgCl(s)⇋ Ag + (aq)+Cl - (aq)
平衡 S S + 1 ≈1
教師可以自行準備一些相關的有梯度的例題展開教學。
四、沉淀溶解平衡與其他平衡的綜合
關于沉淀溶解平衡與其他平衡的關系應用,我們可以直
接從2011福建理綜卷的這道題型中發現 Kw 在其中的引入。
【例3】四氯化鈦(TiCl 4 )是制取航天航空工業材料鈦合
金的重要原料由鈦鐵礦(主要成分是 FeTiO 3 )制備 TiCl 4 等
產品的一種工藝流程示意圖 :
若把③中制得的固體 TiO 2 •n H 2 O 用酸清洗除去其中的 Fe
(OH) 3 雜質,還可制得鈦白粉。已知25℃時,Ksp[Fe(OH) 3 ]
=2.79×10 -39 ,該溫度下反應 Fe (OH) 3 +3H
+ Fe 3+ +
H 2 O 的平衡常數 K=_____。
五、情景問題解析
其實掌握了溶度積及其相關計算之后,還要學會應用溶
度積來分析一些現象背后的本質原理。
【例4】為什么醫學上常用 BaSO 4 作為內服造影劑“鋇餐”,
而不用 BaCO 3 作為內服造影劑“鋇餐”? BaSO 4 和 BaCO 3 的
沉淀溶解平衡分別為 :
BaSO 4 ⇋ Ba 2+ + SO 4 2- Ksp=1.1×10 -10 mol 2 L -2
BaCO 3 ⇋ Ba 2+ + CO 3 2- Ksp=5.1×10 -9 mol 2 L -2
由于人體內胃酸的酸性較強(pH 在0.9-1.5之間),如果
服下 BaCO 3 ,胃酸會與 CO 3 2- 反應生成 CO 2 和水,使 CO 3 2- 離
子濃度降低,使 Qc < Ksp,使 BaCO 3 的沉淀溶解平衡向右移
動,使體內的 Ba 2+ 濃度增大而引起人體中毒。
總之,所謂師者 :傳道授業解惑也。作為教師,如何更有
條理地把一些抽象的、數據的問題歸納成一個系統有序的網
絡讓學生在這張知識網塊中形成認知,并最終達到內化和應
用,正是當前教學的一種模式的體現,也是作為理科的一個
必備手段。
參考文獻
[1]2013年廈門教科院編輯《高考第一輪復習80課時》
[2]2001年02期《貴州教育學院學報》《關于溶度積與溶解度
相互關系的探討》作者:郭曉青,何靜
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