定量突破《难溶电解质的溶解平衡》复习中的若干疑惑点

陕西 葛秋萍 李歆瑞

难溶电解质的溶解平衡是化学平衡的延续，是用化学平衡理论来解释化工生产过程中沉淀的生成、溶解或转化等问题。从实际教学来看，学生从开始学习到高三复习，一些常见错误重复出现，难以纠正过来。究其原因，化工生产中的实际现象及结论与学生的“前概念”认知发生了较大的冲突，出现了知识负迁移，使学生难以从定性的角度思考和理解这些问题。为此，在高三复习时，教师不妨换一个角度来复习，引导学生从定量的角度探析《难溶电解质的溶解平衡》这部分知识中的一些疑惑点，揭示实际现象或结论的本质和规律，提高学生的认知能力，真正促使学生的“前概念”发生转变。

一、沉淀的生成

【例1】在学习盐酸的化学性质时，小明和小芳两位同学分别做了碳酸钠溶液和稀盐酸反应的化学实验(如图)。

小明的实验中有气泡冒出，小芳的实验中无气泡冒出，对此现象，两位同学进行了如下探究：

【提出问题】小芳的实验中为什么没有明显现象？

②碳酸氢钠与氯化钙溶液混合不发生反应；而碳酸钠溶液与氯化钙溶液反应生成沉淀。

【设计实验】证明小芳实验的溶液中含有碳酸氢钠。

实验步骤实验现象实验结论①取上述溶液少量于试管中,加入足量(写化学式)溶液产生白色沉淀②取步骤①所得上层清液少量,滴加小芳实验的溶液中含有碳酸氢钠

写出步骤①反应的化学方程式：_________________

【实验反思】

(1)Na2CO3和盐酸反应的生成物受盐酸量的影响，稀盐酸________(填“过量”或“不足”)时才有气泡冒出。

(2)由此可见，当反应物的量不同时，产物可能不同，试另举一例来说明：_________________

【拓展延伸】

(3)欲鉴定某敞口试剂瓶中氢氧化钠溶液是否变质，甲同学取5 mL该液体，滴加少量稀盐酸，发现无气泡冒出，由此得出氢氧化钠溶液没有变质的结论。他的结论是否可靠？________(填“可靠”或“不可靠”)。

【查阅资料】氢氧化钠溶液和氯化钙溶液混合，会产生白色沉淀(浓度较大时)请你另选其他合适的试剂探究该氢氧化钠溶液是否变质？

实验步骤实验现象实验结论

【问题1】CaCl2溶液与NaHCO3溶液混合，真的不会产生白色沉淀吗？

(1)学生预测：学生无一例外地认为不会产生白色沉淀。

产生这样的预测结果，是因为学生受前概念“Ca(HCO3)2为可溶性盐”和“资料②”的影响，认为CaCl2溶液与NaHCO3溶液混合时不会发生反应。

(2)实验事实：向2 mL 0.1 mol/L CaCl2溶液中加入2 mL 0.1 mol/L NaHCO3溶液(pH=8.31)，结果产生了白色沉淀。

(3)提出问题：试通过定量计算说明产生沉淀的原因。[已知：常温下，H2CO3的电离常数Ka1=4.5×10-7，Ka2=4.7×10-11，Ksp(CaCO3)=2.8×10-9。]

(4)定量计算：NaHCO3溶液中存在电离平衡：

因为Qc>Ksp(CaCO3)，所以有白色沉淀生成。

【问题2】向CaCl2溶液中通入CO2气体，会产生白色沉淀吗？

(1)学生预测：许多学生认为会产生白色沉淀。

产生这样的预测结果，是因为学生的一些错误前概念非常顽固，尽管教师再三强调：“较强酸可制备较弱酸”，“向CaCl2溶液中通入二氧化碳气体不会生成白色沉淀”，但许多学生并没有真正实现概念的转变，导致一段时间后，之前的错误前概念又出现了。

(2)实验事实：向2 mL 0.1 mol/L CaCl2溶液中通入CO2气体至饱和，却未见沉淀。

(3)提出问题：试通过定量计算说明产生这一现象的原因。[已知：常温常压下，饱和CO2水溶液的pH=5.60，c(H2CO3)=1×10-5mol/L。H2CO3的电离常数Ka1=4.5×10-7，Ka2=4.7×10-11，Ksp(CaCO3)=2.8×10-9。]

(4)定量计算：碳酸溶液中存在电离平衡：

因为Qc

同理可知：向BaCl2溶液中通入CO2气体，不会产生白色沉淀。

实验反思：(1)过量 (2)碳充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳；

拓展延伸：(3)不可靠；

实验探究：取该溶液少许放入试管中，滴加2～3滴氯化钡溶液 产生白色沉淀 该氢氧化钠溶液变质

【解析】由题目的信息可知，设计实验中，①取上述溶液少量于试管中，加入足量CaCl2溶液，产生白色沉淀，除去试管中的碳酸钠；②取步骤①所得上层清液少量，滴加足量的稀盐酸，有气泡冒出，小芳实验的溶液中含有碳酸氢钠。

实验反思中，Na2CO3和盐酸反应的生成物受盐酸量的影响，稀盐酸过量时才有气泡冒出；由此可见，当反应物的量不同时，产物可能不同，试另举一例来说明：碳充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳。

拓展延伸中，欲鉴定某敞口试剂瓶中氢氧化钠溶液是否变质，甲同学取5 mL该液体，滴加少量稀盐酸，发现无气泡冒出，由此得出氢氧化钠溶液没有变质的结论；他的结论不可靠，因为加入的盐酸比较少，盐酸先与氢氧化钠反应。

探究该氢氧化钠溶液是否变质：取该溶液少许放入试管中，滴加2～3滴氯化钡溶液；产生白色沉淀，证明该氢氧化钠溶液变质。

【例2】下列实验中，对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是

( )

【问题3】向CuSO4溶液中通入H2S气体，会产生黑色沉淀吗？

(1)学生预测：许多学生认为不会产生黑色沉淀。

产生这样的预测结果，是因为学生受前概念“较强酸可制备较弱酸”的影响，认为CuSO4溶液不能与较弱的H2S发生反应生成较强的H2SO4。

(2)实验事实：向2 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液中通入H2S气体，立即出现黑色沉淀。

(3)提出问题：假设通入H2S气体至饱和，试通过定量计算说明产生沉淀的原因。[已知：常温下，饱和H2S的浓度为0.1 mol/L，H2S的电离常数Ka1=1.3×10-7，Ka2=7.1×10-15，Ksp(CuS)=6.3×10-36。]

(4)定量计算：0.1 mol/L CuSO4溶液与H2S气体完全反应后，溶液中c(H+)≈0.2 mol/L，c(Cu2+)=0.1 mol/L。饱和氢硫酸溶液中存在电离平衡：

Qc=c(Cu2+)×c(S2-)=0.1×2.3×10-21=2.3×10-22

因为Qc>Ksp(CuS)，所以有黑色沉淀生成。实现了“较弱酸制较强酸”，这就是矛盾普遍性和特殊性。同时，也有力地说明了CuS不溶于硫酸或盐酸。

【答案】D

【解析】黑色沉淀为CuS，该反应发生原因是CuS不溶于硫酸，不是强酸制弱酸，实际上H2S的酸性比H2SO4弱，故A错误；向蔗糖中加入浓硫酸，并不断用玻璃棒搅拌，变黑，体积膨胀，放出刺激性气体，反应中生成碳、二氧化硫等，可说明浓硫酸具有脱水性和强氧化性，故B错误；FeCl3与SO2发生氧化还原反应生成硫酸根离子和亚铁离子，硫酸根离子与钡离子反应，生成白色沉淀BaSO4，故C错误；滴入NaOH溶液至过量，先生成氢氧化铝沉淀，后生成偏铝酸钠，然后通入CO2气体，又生成氢氧化铝沉淀，则先出现白色沉淀，后沉淀消失，最后又出现白色沉淀，可知Al(OH)3是两性氢氧化物，但不能溶解在某些弱酸中，故D正确。

通过对问题1、2、3的定量计算分析，引导学生抓住问题的实质，构建认知模型：当Qc>Ksp时，有沉淀生成；当Qc

二、沉淀的溶解

【例3】已知CuS不溶于醋酸、浓盐酸、浓硫酸，但在浓硝酸中溶解，溶液变蓝并有红棕色刺激性气体产生。下列结论及原因解释正确的是

( )

A.CuS不溶于弱酸，能溶于强酸

B.CuS不溶于非氧化性酸，能溶于氧化性酸

C.CuS溶于硝酸，是因为硝酸氧化性强于硫酸，S2-被氧化，使沉淀溶解平衡往溶解方向移动

D.CuS溶于硝酸，是因为硝酸的酸性大于硫酸和盐酸的酸性，S2-结合H+，放出H2S气体，使沉淀溶解平衡往溶解方向移动

【问题4】CuS能溶于硝酸吗？

(1)学生预测：许多学生认为CuS不溶于硝酸。

产生这样的预测结果，是因为学生受前概念“CuS不溶于硫酸或盐酸”的影响，认为CuS不与硝酸反应。

(2)实验事实：将0.1 mol CuS投入一定量的稀硝酸中，试管内析出淡黄色沉淀，溶液变为蓝色，产生的无色气体，该气体在试管口变为红棕色。

(4)定量计算：CuS在水溶液中存在溶解平衡：

由计算结果可知，CuS能溶于硝酸，这是因为CuS与硝酸发生氧化还原反应，c(S2-)减小，使Qc

【答案】C

【解析】浓硫酸是强酸，但CuS不溶于浓硫酸，故A错误；浓硫酸、硝酸均是强氧化性的酸，但硫化铜不溶于浓硫酸，故B错误；CuS溶于硝酸的过程是硫离子被硝酸氧化的过程，S2-被氧化，浓度减小，所以硫化铜的沉淀溶解平衡正移，使得硫化铜溶于硝酸中，故C正确；CuS溶于硝酸的过程是硫离子被硝酸氧化的过程，S2-被氧化，浓度减小，所以硫化铜的沉淀溶解平衡右移，使得硫化铜溶于硝酸中，故D错误。

【例4】化学学科中运用平衡理论研究的内容主要包括：化学平衡、电离平衡、水解平衡和溶解平衡四种。请回答下列问题：

已知Mg(OH)2能溶于浓度均为3 mol·L-1的NH4Cl溶液和CH3COONH4溶液(中性)。

①请结合平衡原理和必要的文字解释Mg(OH)2能溶于NH4C1溶液的原因_________________

②将等体积、等浓度的盐酸和CH3COONH4溶液混合，所得溶液中离子浓度由大到小的顺序为_________________

【问题5】Mg(OH)2能溶于CH3COONH4溶液吗？

(1)学生预测：许多学生认为Mg(OH)2不能溶于CH3COONH4溶液。

产生这样的预测结果，是因为学生受前概念“Mg(OH)2能溶于酸”的影响，认为Mg(OH)2不溶于CH3COONH4溶液。

(2)实验事实：向Mg(OH)2中加入足量饱和CH3COONH4溶液，Mg(OH)2完全溶解。

(3)提出问题：试通过定量计算说明Mg(OH)2溶解的原因。[已知：常温下，Kb(NH3·H2O)=1.75×10-5，Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11；当K>10-7时，调节反应物或生成物浓度可使反应发生。]

(4)定量计算：由实验事实可推知，Mg(OH)2溶于CH3COONH4溶液时，可能发生反应：

由于K≫1.0×10-7，所以Mg(OH)2能溶于饱和CH3COONH4溶液。

通过对问题4、5的定量计算分析，引导学生理清现象的本质，构建认知模型：通过调节反应物或生成物浓度，使Qc

三、沉淀的转化

【例5】如果在1.0 L Na2CO3溶液中将0.01 mol BaSO4全部转化为BaCO3。试计算所需Na2CO3溶液的初始浓度。[已知：Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，Ksp(BaCO3)=2.6×10-9。]

【问题6】BaSO4在Na2CO3溶液中能转化为BaCO3吗？

(1)学生预测：许多学生认为BaSO4不能转化为BaCO3。

产生这样的预测结果，是因为学生受前概念“溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现”的影响，认为BaSO4不能转化为BaCO3。

(2)实验事实：在分析化学中常常先将难溶强酸盐转化为难溶弱酸盐，然后用酸溶解，使阳离子进入溶液。

(3)定量计算：体系中存在平衡：

平衡浓度(mol/L)x0.10

Na2CO3溶液的初始浓度为0.01+0.24=0.25 mol/L。

【答案】0.25 mol/L

饱和Na2CO3溶液的浓度为1.7 mol/L，所以一般用饱和碳酸钠溶液浸泡BaSO4，经过多次重复，可得到BaCO3，实现了从溶解度小的沉淀向溶解度大的沉淀转化，这就是矛盾普遍性和特殊性。

【例6】已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10，Ksp(AgI)=1.0×10-16。下列关于不溶物之间转化的说法中错误的是

( )

A.向AgI中加一定浓度、一定体积的NaCl溶液，AgI可转化为AgCl

C.AgI比AgCl更难溶于水，AgCl可以转化为AgI

D.向c(Ag+)=1.8×10-4mol/L的溶液中加入等体积NaCl溶液，开始出现AgCl沉淀，则原NaCl溶液浓度应大于4.0×10-6mol/L

【问题7】AgI在浓度足够大的NaCl溶液中能转化为AgCl吗？

(1)学生预测：部分学生认为AgI能转化为AgCl。

产生这样的预测结果，是因为学生受前概念“BaSO4在饱和Na2CO3溶液中能转化为BaCO3”的影响，认为AgI也能转化为AgCl。

(2)实验事实：向AgI中加入饱和NaCl溶液，未出现白色沉淀。

(3)提出问题：如果在1.0 L NaCl溶液中将0.01 mol AgI全部转化为AgCl。试计算所需NaCl溶液的初始浓度。[已知：Ksp(AgI)=8.3×10-17，Ksp(AgCl)=1.8×10-10。]

(4)定量计算：体系中存在平衡：

平衡浓度(mol/L)x0.01

NaCl溶液的初始浓度为：0.01+2.17×104≈2.17×104mol/L

而饱和NaCl溶液的浓度为5.0 mol/L，所以AgI不可能在饱和NaCl溶液中转化为AgCl。

【答案】A

通过对问题6、7的定量计算分析，引导学生从本质上明确产生现象的原因，构建认知模型：溶解度相差不大的沉淀虽然可以相互转化，但从溶解度较小的沉淀向溶解度较大的沉淀转化时，转化溶液的浓度必须足够大，才能转化完全。如果两种沉淀的溶解度相差很大，则溶解度小的沉淀实际上不可能完全转化为溶解度较大的沉淀。

以上所有实验事实都与学生的前概念产生了认知上的冲突，出现了知识负迁移。复习时，教师可引导学生通过微观解释和定量分析来获取可靠的证据，构建化学核心观念和认知模型，让学生明确沉淀的生成、溶解、转化实质上就是外界条件变化引起Qc变化，通过比较Qc与Ksp的大小，可得到正确的结论并做出合理的解释。这样的复习方式，不仅能及时转变学生错误的“前概念”，还能有效培养学生的宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、科学探究与创新意识、证据推理及严谨的科学态度等化学核心素养，真正使化学核心素养落地生根。