对高中化学难溶电解质沉淀转化的一点教学思考

对高中化学难溶电解质沉淀转化的一点教学思考

黄健

迪庆藏族自治州民族中学，云南省香格里拉市， 674499

摘要：难溶电解质的转化是高中化学教学的一个重难点。溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀，教材以实验的形式进行了突破，学生对此也是比较容易接受的，可是学生就会产生疑问，溶解度更小的沉淀就不会转化为溶解度小的沉淀吗？基于这样的疑问，从平衡常数和溶度积常数的概念出发，发现对于溶解度相差不大的沉淀，溶解度更小的沉淀也会转化为溶解度小的沉淀。

关键字：难溶电解质 沉淀转化 溶度积

在高中教材化学选修四《化学反应原理》(人教版)第三章第四节难溶电解质的溶解平衡里有一句意味深长的话，“一般说来，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现，例如CaCO₃和CaSO₄的溶解度分别为1.5x10^-3g(25℃)和2.1x10^-1g,Ag₂S、AgI和AgCl的溶解度分别为1.3x10^-16g、3x10^-7g和1.5x10^-4g；两者差别越大，转化越容易。”

难溶的电解质转化为更难溶的电解质是比较容易做到的，并且两者溶解度差别越大转化越容易。对于这一点，教材以AgCl转化为AgI，再转化为Ag₂S为例子做了实验，还做了相应的解释。可是都只是从定性的角度做出了解释，说服力不强，很容易让学生产生迷糊之感。能不能从定量的角度，找出更有说服力的证据呢？我们学了溶度积常数、平衡常数的概念之后，从这两方面入手，就可以轻松找到答案。下面以AgCl转化为Ag₂S为例来加以解释。

已知：25℃，Ksp(AgCl) =1.77x10^-10

Ksp(Ag₂S) =6.69x10^-50

若AgCl可转化为Ag₂S，则必然存在如下方程式：

2AgCl_（s）+S^2-_(aq) Ag₂S_（s）+2Cl^--_(aq)

由上可知，正向反应的平衡常数是比较大的，远远超过10⁶，正向反应趋于完全。当C（s^2-）≥ 1/4.68 X10^-29 C²(Cl^-)（即C（s^2-）≥2.14X10^-30C²(Cl^-)）的时候，只需C(s^2-)很小就可以实现上述正向反应的转化。反过来，逆向反应的平衡常数就很小了，k=1/4.68x 10^-29（即k=2.14X10^-30)远远小于10^-6，正向反应几乎不发生，只有当C(Cl^-)≥ 时，才能实现上述逆向反应的转化。很显然C(Cl^-)的这种浓度是无法达到的。因此我们可以看到，对于溶解度差别较大的难溶电解质，要实现溶解度极小的沉淀转化为溶解度小的沉淀，这几乎是不可能。那么学生就会产生这样的疑惑，“溶解度更小的沉淀就一定不能转化为溶解度小的沉淀吗？”其实答案就隐藏在课文中“一般说来，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现、、、、、、两者差别越大，转化越容易。”这句话不难理解，如果把它反过来就是另一番天地。我们来解读一下，“溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现”反过来就是溶解度更小的沉淀转化为溶解度小的沉淀不容易实现。那什么叫不容易实现？它有两层含义，其一，不能实现。其二，难实现，实现需要条件。前面的情况，我们在前面推导过了。对于溶解度差别较大的难溶电解质，要实现溶解度极小的沉淀转化为溶解度小的沉淀，这几乎是不可能的。对于后一种情况，那就是溶解度更小的沉淀转化为溶解度小的沉淀还是有可能的，只是需要条件。那么学生的问题又来了，在什么条件下溶解度更小的沉淀才能转化为溶解度小的沉淀呢？其实上面的示例已经为我们给出了方法，下面以重晶石（BaSO₄）转化为毒重石（BaCO₃）为例来进行探究。

已知：25℃，Ksp(BaSO₄)=1.07x10^-10

Ksp(BaCO₃) =2.58x10^-9

很显然，在相同的温度下，BaCO₃的溶解度大于BaSO₄，那么假使BaSO₄能转化BaCO₃，则必然存在如下方程式：

BaSO_4（s）+CO₃^2-_(aq) BaCO_3（s）+ SO₄^{2 -}_(aq)

由上述数据可知：正向反应的平衡常数是很小的，但是也是可以发生转化的，当C(CO₃^2-) ≥ 1/4.15 X 10²C(SO₄^{2 -})（即C(CO₃^2-) ≥ 24 C(SO₄^{2 -})）的时候，就可以发生上述转化，很显然本条件下的C(CO₃^2-)是可以达到。因此对于溶解度差别不大的难溶电解质，由溶解度更小的沉淀转化为溶解度小的沉淀还是有可能实现的。可见我们的课本文字是何等的精妙，这就是汉字的伟大之处!到这里，有的同学又会生出一些疑问，这样的操作有何意义，有价值吗？其实通过初高中化学知识的学习，大家都知道BaSO₄不溶于水，也不溶于一般的酸（如硫酸、硝酸、盐酸），因此我们无法很好的利用重晶石中的钡元素，可是如果把重晶石转化为毒重石之后，就可以利用毒重石制备很多可溶性的钡盐。这是多么有工业价值的一个反应啊!同学们一听，这好像和课本的某个例子是很相似的—锅炉除水垢（CaSO

₄转化为CaCO₃），不过这两者蕴含的规律却是天差地别的，锅炉除水垢是溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀，而重晶石转化为毒重石却是溶解度更小的沉淀转化为溶解度小的沉淀。不过从意图上来看，都是把难溶于酸的沉淀转化为易溶于酸的沉淀。这样一对比，孩子们的认识又得到了升华。

本节课，我们从课本的教材升华到了沉淀转化的更深的一个点，通过数据计算，给沉淀的转化找到了定量的依据，同时还讲解了该知识在工业上的运用，在这个过程中就落实了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任等学科核心素养。

参考文献

[1]无机化学(上册）（第四版）[M].北京师范大学等校编，北京：高等教育出版社，2002：419

[2]胡宗球主编.无机化学(上册）[M].北京：科学教育出版社，2013：85

[3]宋心琦主编.化学反应原理（第三版）[M].北京: 人们教育出版社,2016:64—65

作者简介：黄健（1985年9月），男，汉族，云南大理宾川，大学本科，一级教师，化学教育教学研究