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模型1:沉淀生成判断

难溶电解质的溶解平衡 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 依据溶度积常数($K_{sp}$)与离子积($Q_c$)的大小关系,判断难溶电解质是否生成沉淀或溶解。

从哪来 本节为高二化学水溶液平衡章节的起点,无前置知识点记录,直接基于高中化学必修阶段已掌握的“离子反应”及“难溶电解质的溶解平衡”概念展开。

为什么 沉淀生成的本质是动态平衡的移动。难溶电解质在水中存在溶解平衡 $M_mA_n(s) \rightleftharpoons mM^{n+}(aq) + nA^{m-}(aq)$。 当溶液中离子浓度乘积(离子积 $Q_c = c^m(M^{n+}) \cdot c^n(A^{m-})$)大于该温度下的溶度积常数($K_{sp}$)时,说明溶液中离子浓度过高,超过了饱和状态,平衡向生成沉淀的方向移动(逆向移动),从而析出沉淀。反之,若 $Q_c < K_{sp}$,溶液未饱和,无沉淀生成;若 $Q_c = K_{sp}$,溶液恰好饱和,处于平衡状态。这是勒夏特列原理在沉淀溶解平衡中的具体应用。

类比法:拥挤的房间** **适合学生类型
形象思维强、对抽象公式感到困难的学生。 讲解逻辑: 把溶液想象成一个房间,$K_{sp}$ 是房间的最大容纳人数(饱和极限)。 1. $Q_c < K_{sp}$:房间里人很少,大家坐得很舒服,还能继续进来人(不饱和,无沉淀)。 2. $Q_c = K_{sp}$:房间刚好坐满,进一个出一个人,动态平衡(饱和溶液)。 3. $Q_c > K_{sp}$:人太多,挤爆了,必须有人被“赶出去”(生成沉淀),直到人数回到 $K_{sp}$ 的水平。 通过这种“超载”的比喻,让学生直观理解为什么 $Q_c > K_{sp}$ 会沉淀。
数据推导法:从平衡常数出发** **适合学生类型
逻辑严密、擅长数学推导、喜欢探究原理的学生。 讲解逻辑: 1. 写出溶解平衡方程式:$AgCl(s) \rightleftharpoons Ag^+(aq) + Cl^-(aq)$。 2. 根据平衡常数定义,$K_{sp} = c(Ag^+) \cdot c(Cl^-)$(注意:固体浓度为1,不写入表达式)。 3. 引入任意时刻的离子积 $Q_c = c(Ag^+) \cdot c(Cl^-)$。 4. 比较 $Q_c$ 与 $K_{sp}$: * 若 $Q_c > K_{sp}$,说明当前离子浓度乘积超过了平衡常数允许的最大值,反应商 $Q > K$,平衡逆向移动,生成 $AgCl$ 沉淀。 * 强调 $K_{sp}$ 是特定温度下的定值,而 $Q_c$ 随浓度变化。
实验现象反推法:混合即反应** **适合学生类型
动手能力强、对实验现象敏感、偏好直观结论的学生。 讲解逻辑: 1. 展示实验:向 $NaCl$ 溶液中滴加 $AgNO_3$ 溶液,立即产生白色沉淀。 2. 提问:为什么混合瞬间就沉淀了?是因为 $Ag^+$ 和 $Cl^-$ 一见面就“抱团”了吗? 3. 引导:其实是因为混合后,局部或整体的 $c(Ag^+) \cdot c(Cl^-)$ 迅速超过了 $AgCl$ 的 $K_{sp}$(约 $1.8 \times 10^{-10}$)。 4. 对比:如果 $Ag^+$ 和 $Cl^-$ 浓度极低(如 $10^{-6} mol/L$),混合后 $Q_c = 10^{-12} < K_{sp}$,则无沉淀。 通过对比“有沉淀”和“无沉淀”的实验条件,让学生意识到沉淀生成是有“门槛”的,这个门槛就是 $K_{sp}$。
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练一道
基础题
已知 $25^\circ C$ 时,$BaSO_4$ 的 $K_{sp} = 1.1 \times 10^{-10}$。将 $0.01 mol/L$ 的 $BaCl_2$ 溶液与 $0.01 mol/L$ 的 $Na_2SO_4$ 溶液等体积混合,判断是否有沉淀生成。
变式
已知 $25^\circ C$ 时,$Mg(OH)_2$ 的 $K_{sp} = 1.8 \times 10^{-11}$。在 $0.1 mol/L$ 的 $MgCl_2$ 溶液中,要使 $Mg^{2+}$ 开始沉淀,溶液的 $pH$ 至少应为多少?(提示:$K_w = 1.0 \times 10^{-14}$)
看解答过程
1. 计算混合后离子浓度: 等体积混合后,体积加倍,浓度减半。 $c(Ba^{2+}) = \frac{0.01}{2} = 0.005 mol/L$ $c(SO_4^{2-}) = \frac{0.01}{2} = 0.005 mol/L$ 2. 计算离子积 $Q_c$: $Q_c = c(Ba^{2+}) \cdot c(SO_4^{2-}) = 0.005 \times 0.005 = 2.5 \times 10^{-5}$ 3. 比较 $Q_c$ 与 $K_{sp}$: $Q_c = 2.5 \times 10^{-5}$ $K_{sp} = 1.1 \times 10^{-10}$ 因为 $2.5 \times 10^{-5} > 1.1 \times 10^{-10}$,即 $Q_c > K_{sp}$。 4. 结论:有 $BaSO_4$ 沉淀生成。
试试手自己判
检测题
向含有 $0.01 mol/L$ $Ag^+$ 和 $0.01 mol/L$ $Pb^{2+}$ 的混合溶液中,逐滴加入 $NaCl$ 溶液。已知 $K_{sp}(AgCl) = 1.8 \times 10^{-10}$,$K_{sp}(PbCl_2) = 1.7 \times 10^{-16}$。 问:哪种离子先沉淀?当第二种离子刚开始沉淀时,第一种离子的浓度是多少?(假设体积变化忽略不计)
看答案和判分标准
答案:1. 判断谁先沉淀: * $AgCl$ 开始沉淀所需 $c(Cl^-) = \frac{K_{sp}(AgCl)}{c(Ag^+)} = \frac{1.8 \times 10^{-10}}{0.01} = 1.8 \times 10^{-8} mol/L$ * $PbCl_2$ 开始沉淀所需 $c(Cl^-) = \sqrt{\frac{K_{sp}(PbCl_2)}{c(Pb^{2+})}} = \sqrt{\frac{1.7 \times 10^{-16}}{0.01}} = \sqrt{1.7 \times 10^{-14}} \approx 1.3 \times 10^{-7} mol/L$ * 因为 $1.8 \times 10^{-8} < 1.3 \times 10^{-7}$,所以 $Ag^+$ 先沉淀。 2. 计算 $Ag^+$ 浓度: * 当 $Pb^{2+}$ 刚开始沉淀时,溶液中 $c(Cl^-) \approx 1.3 \times 10^{-7} mol/L$。 * 此时 $Ag^+$ 仍满足 $K_{sp}(AgCl)$: $c(Ag^+) = \frac{K_{sp}(AgCl)}{c(Cl^-)} = \frac{1.8 \times 10^{-10}}{1.3 \times 10^{-7}} \approx 1.38 \times 10^{-3} mol/L$
判对标准:
1. 正确判断出 $Ag^+$ 先沉淀(2分)。
2. 正确计算两种沉淀所需的 $Cl^-$ 浓度(2分)。
3. 正确利用 $PbCl_2$ 的 $K_{sp}$ 求出临界 $Cl^-$ 浓度(2分)。
4. 正确利用该 $Cl^-$ 浓度和 $AgCl$ 的 $K_{sp}$ 求出 $Ag^+$ 浓度(2分)。
5. 数值计算基本准确(2分)。
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