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模型2:沉淀的先后顺序

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 当溶液中存在多种可沉淀离子时,加入沉淀剂,溶解度小的物质先沉淀,溶解度大的后沉淀。

从哪来 本知识点是高二化学第1讲的起点,图谱中未记录前置知识点,故直接基于高中化学核心概念“难溶电解质的溶解平衡”及“溶度积常数(Ksp)”进行构建。

为什么 沉淀生成的本质是离子浓度降低。根据溶度积规则,当离子积 $Q_c > K_{sp}$ 时产生沉淀。 对于同类型的沉淀(如都是AB型或都是A2B型),$K_{sp}$ 越小,达到饱和所需的离子浓度越低,因此越容易先达到 $Q_c > K_{sp}$ 的条件而析出。 从能量角度看,生成更稳定的(溶解度更小的)沉淀能更有效地降低体系中相关离子的浓度,符合熵增原理和吉布斯自由能降低的方向。因此,沉淀总是向着溶解度更小的方向转化,即“先沉淀溶解度小的”。

类比法:排队买票** **适合学生
形象思维强、对抽象公式不敏感的学生。 讲解:把沉淀剂比作“入场券”,把不同离子比作“不同优先级的顾客”。溶解度小的离子就像VIP顾客,他们只需要很少的“入场券”(沉淀剂浓度)就能进入“沉淀区”(析出);溶解度大的离子像普通顾客,需要更多的“入场券”才能进入。所以,当你发入场券时,VIP总是先走进去,普通顾客只能等VIP走完后,剩下的票够多了才能进去。
计算推导法:临界浓度比较** **适合学生
逻辑严密、擅长数学计算的学生。 讲解:假设溶液中有 $Ag^+$ 和 $Pb^{2+}$,加入 $Cl^-$。 计算使 $AgCl$ 开始沉淀所需的 $[Cl^-]_1 = K_{sp}(AgCl) / [Ag^+]$。 计算使 $PbCl_2$ 开始沉淀所需的 $[Cl^-]_2 = \sqrt{K_{sp}(PbCl_2) / [Pb^{2+}]}$。 比较 $[Cl^-]_1$ 和 $[Cl^-]_2$ 的大小。数值小的那个先达到临界值,所以对应的沉淀先产生。这证明了“谁需要的沉淀剂浓度低,谁就先沉淀”。
实验现象法:颜色突变** **适合学生
动手能力强、喜欢观察现象的学生。 讲解:演示实验:向含有 $Cl^-$ 和 $I^-$ 的混合溶液中滴加 $AgNO_3$。 现象:首先出现黄色沉淀($AgI$),继续滴加,黄色沉淀增多,最后才出现白色沉淀($AgCl$)。 结论:虽然 $AgCl$ 和 $AgI$ 都是白色/黄色,但黄色先出现说明 $AgI$ 先沉淀。查表可知 $K_{sp}(AgI) < K_{sp}(AgCl)$。直观地看到“溶解度小的先沉淀”。
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练一道
基础题
已知 $K_{sp}(AgCl) = 1.8 \times 10^{-10}$,$K_{sp}(AgI) = 8.5 \times 10^{-17}$。在 $0.1 \, \text{mol/L}$ 的 $NaCl$ 和 $NaI$ 混合溶液中,滴加 $AgNO_3$ 溶液,哪种沉淀先析出?
变式
向含有 $0.1 \, \text{mol/L}$ $Ba^{2+}$ 和 $0.1 \, \text{mol/L}$ $Sr^{2+}$ 的混合溶液中滴加 $Na_2CO_3$。已知 $K_{sp}(BaCO_3) = 5.1 \times 10^{-9}$,$K_{sp}(SrCO_3) = 5.6 \times 10^{-10}$。问:哪种碳酸盐先沉淀?当第二种沉淀刚开始析出时,第一种离子的浓度是多少?
试试手自己判
检测题
某溶液中含有 $0.01 \, \text{mol/L}$ 的 $Mg^{2+}$ 和 $0.01 \, \text{mol/L}$ 的 $Fe^{3+}$。已知 $K_{sp}(Mg(OH)_2) = 1.8 \times 10^{-11}$,$K_{sp}(Fe(OH)_3) = 2.8 \times 10^{-39}$。向该溶液中滴加 $NaOH$ 溶液,哪种氢氧化物先沉淀?
看答案和判分标准
答案:$Fe(OH)_3$ 先沉淀。
判对标准:
1. 学生能正确写出两种沉淀所需的 $[OH^-]$ 表达式。
2. 学生能正确计算或估算出 $Fe(OH)_3$ 所需的 $[OH^-]$ 远小于 $Mg(OH)_2$ 所需的 $[OH^-]$。
- $[OH^-]_{Mg} = \sqrt{1.8 \times 10^{-11} / 0.01} \approx 4.2 \times 10^{-5} \, \text{mol/L}$
- $[OH^-]_{Fe} = \sqrt[3]{2.8 \times 10^{-39} / 0.01} \approx 6.5 \times 10^{-13} \, \text{mol/L}$
3. 结论明确:$Fe(OH)_3$ 先沉淀。
*注:若学生仅凭 $K_{sp}$ 数值小就判断 $Fe(OH)_3$ 先沉淀,且未考虑类型差异($AB_2$ vs $AB_3$)和浓度影响,但结论正确,可给部分分,但需指出其逻辑漏洞。
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