师:好同学们,我们今天开始讲新课啊。可以听到声音请扣一。好的,请同学们拿出课本和步步高的大本。我们这节课的内容是第三章水溶液中的离子平衡的最后一节——沉淀溶解平衡。
我们先来看一个病例,有个病人被诊断出了肾结石,保守治疗的第一个方法是水化疗法,也就是通过大量饮水来治疗。大家思考一下,这是什么原理呢?我们知道结石难溶于水,为什么还能通过大量饮水排出呢?
进一步思考第二个问题,有没有完全不溶解的物质?我们看看以前的溶解性表,表中“溶”表示该物质可溶于水,“不”表示不溶于水,横线表示该物质不存在或者遇到水就分解。这里复习一下,铝离子和碳酸根之间画了横线,说明这个物质不存在或者遇到水就分解,这是因为铝离子和碳酸根互相促进双水解,彻底双水解,一个水解成氢氧化铝,一个水解生成二氧化碳。
那表中写着“不溶”的这些物质,是不是真的就完全不溶呢?如果把等浓度、等体积的硝酸银和氯化钠溶液混合,等浓度等体积意味着等物质的量,这两种反应物发生反应,生成氯化银和硝酸钠。生成氯化银沉淀完全反应后,溶液里还有银离子和氯离子吗?我们思考一下,如果要证明溶液中是否有银离子和氯离子,可以怎么证明呢?
我们看到,如果把氯化银固体放入烧杯的水中溶解,氯化银会不会溶解呢?假设会溶解,溶液中就会有自由移动的银离子和氯离子,就会有一定的导电性。所以我们有两个思路,一个是证明银离子和氯离子的存在,第二个思路是验证溶液的导电能力。
我们通过手持技术,采用导电率探头检测,往蒸馏水中加入氯化银固体后测量导电率,得到一幅图。观察这幅图,一开始导电率是0,也就是氯化银还没加进去时,纯水导电率基本为零。加入氯化银后,导电率逐渐增多,一开始速率比较快,随着溶解进行,速率慢慢变缓,斜率变缓,最后保持不变。
由此我们可以得到两个结论,一是导电率先变大后稳定不变,二是从斜率能看出溶解速率,刚开始增大得比较快,后面逐渐变慢。所以由这个导电率曲线图可以证明,氯化银有发生部分溶解,且溶解速率先快后慢。
大家看课本77页的资料卡片,难溶物在水中是否完全不能溶解呢?我们刚才已经证明了难溶物氯化银还是有部分溶解的。那它的溶解程度怎么样呢?可以通过溶解度来描述。氯化银的溶解度是1.5×10??克,即100克100℃的水中,可以溶解1.5×10??克的氯化银。根据初中对物质溶解度的分类,从数轴上看,氯化银溶解度小于0.01克,属于难溶性物质。
再看硝酸银,溶解度是211克,溶解度大于10克,属于易溶物质。溴化银溶解度是10??克,也是难溶。我们把难溶的物质挑出来,溶解度小于10?2克的就是难溶物,像硫化银、硫酸钡、氢氧化镁、氢氧化铁等。同学们把溶解度数轴画在课本77页空白处,把这些难溶物打个勾,这些就是难溶电解质。难溶电解质在水中还是可以发生微弱溶解的,水滴石穿嘛,世界上没有完全绝对不溶的物质,难溶物只是溶解程度非常小。
我们来找找这里边哪些是微溶的,0.01克到1克之间的是微溶。有硫酸银0.786克、氢氧化钙、硫酸钙,这三个是微溶。氢氧化钡经常有同学搞错,氢氧化钡可溶,大于1克的都叫可溶。四大强碱钾钠钡钙,钾钠钡可溶,钙是微溶,澄清石灰水我们把它当做澄清的,不打沉淀符号。
所以,难溶物在水中不是完全不能溶解,尽管溶解度小,但不是绝对不溶。我们这节课的研究对象就是难溶电解质,溶解度小于0.01克的电解质称为难溶电解质。
我们来研究难溶电解质在水溶液中的行为。把氯化银加入烧杯的蒸馏水中,虽然肉眼看不出溶解,但微观角度它发生了溶解。我们来看Flash动画,一开始上面有四份氯化银微粒发生溶解,得到4份银离子和4份氯离子,同时有一份银离子和一份氯离子结合变成沉淀。所以溶解和沉淀这两个过程同时进行,只是一开始溶解速率大于沉淀速率,体现为溶解过程。因为一开始氯化银量最大,所以溶解速率最大,随着溶解进行,溶解速率通过电导率可以看到慢慢变慢,而沉淀速率因为溶解出来的银离子和氯离子逐渐增多而逐渐增大,最后溶解速率等于沉淀速率,达到动态平衡,宏观上体现为不再溶解,但实际上是动态平衡,溶解出两份又沉淀出两份。
我们来看难溶电解质的沉淀溶解平衡的定义,当沉淀溶解速率和沉淀析出速率相等时,形成饱和溶液,达到平衡。平衡标志是固体的物质的量不再改变,溶液中离子浓度保持一定。沉淀溶解平衡有方程式,比如氯化银,注意这里是可逆符号,表示沉淀和溶解同时进行,物质状态要标出来,氯化银是s,银离子和氯离子是aq。这和第二单元讲的平衡很像,平衡都要把状态标出来,气体标g,固体标s。
既然是平衡,就会有平衡常数k,这里叫溶度积,符号为Ksp。在课本78页中间,人们把这种动态平衡称为沉淀溶解平衡。沉淀溶解之间这种动态平衡的存在,决定了银离子和氯离子的反应不能进行完全。当溶液中剩余离子浓度小于10??摩尔每升时,化学上通常认为生成沉淀的反应进行完全了,这句话后面再展开讨论。
我们接下来看溶度积,和电离平衡、水解平衡一样,难溶电解质的沉淀溶解平衡也存在平衡常数,称为溶度积常数,简称溶度积,符号为Ksp。我们这单元到现在是第四个平衡了,第一个是弱酸弱碱的电离平衡Ka和Kb,第二个是水的电离平衡Kw,第三个是盐类的水解平衡Kh,现在是沉淀溶解平衡Ksp。
