师：同学们，今天我们一起学习高二 2019 人教版化学选择性必修一第三章第四节沉淀溶解平衡第二课时——沉淀溶解平衡的应用。希望通过本节课，大家能了解沉淀的生成、溶解与转化，能用化学平衡理论解释这些现象，还能知晓它们在生产生活科研中的应用，并结合相关理论分析和解决实际问题。
上节课我们学习了沉淀溶解平衡的基本概念和溶度积常数 KSP 的定义及应用。先来回顾一下，如何利用 q 与 KSP 的关系判断沉淀生成还是溶解呢？
生：q 大于 KSP 时会析出沉淀；二者相等时处于沉淀溶解平衡状态；q 小于 KSP 时不会析出沉淀。
师：非常好。今天我们将学习沉淀溶解平衡在日常生活、工业生产中的应用。有时在生活中，我们需要将某些离子以难溶电解质的形式沉淀下来，实现除杂、富集等目的。比如在无机物的制备和提纯、废水处理等领域，常利用生成沉淀进行分离或除杂。生成沉淀最直接的方式就是加入沉淀剂。
大家看 PPT 上这幅工业上用化学沉淀法处理废水的工艺流程示意图。废水进入预处理设备后，加入作为沉淀剂的药剂，废水中的污染离子经沉淀反应生成沉淀，沉淀物再经处理排出。大家仔细观察，反应沉淀步骤后面还有个部分回流工艺，就是 PPT 上红色的这几个字。为什么会有这个工艺呢？
生：因为有些沉淀反应进行一次后并不能反应得很完全，反应沉淀步骤后的溶液中可能残余金属离子，将其回流，可以达到再净化的目的。
师：没错。经过这样的循环处理后，工厂会对处理后的水质进行检测，若达到标准则可以出水进行后续的工艺。现在思考一个问题，如果要除去某溶液中的硫酸根离子，选择加入钙盐还是钡盐？老师给出硫酸钙和硫酸钡在 25 摄氏度时的 KSP 和溶解度数据，请大家思考。
生：应该加入钡盐，因为硫酸钡的 KSP 小于硫酸钙的 KSP。向溶液中加入等物质的量的钡盐和钙盐，钡盐使溶液中剩余的硫酸根离子浓度较小。
师：非常正确。这种方法在工业上有重要应用。例如在工业废水处理中，常以硫化钠作沉淀剂，使废水中的铜离子、汞离子和铅离子生成难溶的硫化铜、硫化汞和硫化铅而除去。
我们来总结一下用沉淀法除去废水中重金属离子的要求。第一，加入沉淀剂后，溶液中的剩余重金属离子浓度要尽可能小；第二，加入的沉淀剂应不会造成环境污染或易于除去。那么如何使沉淀反应完成后溶液中剩余离子的浓度尽可能小呢？
生：可以将重金属离子转化成溶解度尽可能小的沉淀；向废水中投入沉淀剂时，增大沉淀剂的浓度，一般会使沉淀剂过量。
师：很好。除了加沉淀剂法，还可以通过调节 pH 的方式，使溶液中的金属离子转化为氢氧化物沉淀。来看一个问题情境，某工厂的酸性工业废水中含有浓度均为 0.1 摩尔每升的铜离子和二价铁离子，工厂打算从该废水中回收无水硫酸铜晶体，需要先除去二价铁离子。老师给出了铜离子和二价铁离子沉淀的 pH 表格，每种金属离子对应两个 pH，一个是开始沉淀的 pH，另一个是完全沉淀的 pH。开始沉淀的 pH 是在一定的离子起始浓度下，随着氢氧根离子浓度增加，q 刚好等于 KSP 时对应的 pH；完全沉淀的 pH 是金属离子浓度为 1×10?? 摩尔每升，q 刚好等于 KSP 时对应的 pH。
大家思考一下，为了除去二价铁离子，应该选择的 pH 范围是多少？
生：为了使二价铁离子完全沉淀，应该使 pH 大于 8.35。
师：大家有没有发现问题？当水体的 pH 大于 8.35 的时候，铜离子已经完全沉淀了，因为铜离子完全沉淀的 pH 只有 6.67，这该怎么办呢？
生：工业上最常用的办法是加入过氧化氢，将二价铁离子氧化为三价铁离子，再调节 pH。
师：没错。老师现在给出三价铁离子沉淀的 pH，综合这张表格，应选择的 pH 范围又是多少呢？
生：应该是 2.82 - 4.67。在这个 pH 范围内，既保证了三价铁离子完全沉淀，又不会使铜离子开始沉淀。
师：非常好。生成沉淀的逆过程就是沉淀的溶解。在实际生活中，常常会遇到需要使难溶物质溶解的问题，比如除去锅炉中的水垢以防止管道堵塞，从天然矿石中提取某种金属元素等。同学们在之前的化学学习中已经知道了许多沉淀溶解的反应，现在从沉淀溶解平衡的角度理解沉淀溶解的过程。沉淀溶解的本质是什么呢？
生：沉淀溶解的本质是沉淀溶解平衡的移动。
师：对，如果设法不断移去平衡体系中的相应离子，使平衡向着沉淀溶解的方向移动，就可以使沉淀溶解。以氢氧化镁溶解在盐酸中为例，氢氧化镁在水中存在沉淀溶解平衡，电离出少量的镁离子和氢氧根离子，当达到沉淀溶解平衡时，q 等于 KSP。加入盐酸后，会发生什么呢？
生：氢离子会与氢氧根离子结合生成水。由于氢氧根离子浓度降低，使得 q 小于 KSP，于是平衡正向移动，氢氧化镁将不断溶解。
师：非常正确，促使氢氧化镁溶解在盐酸中的动力是氢离子与氢氧根离子结合生成了弱电解质水。写出这个反应的离子方程式。
生：Mg(OH)? + 2H? = Mg2? + 2H?O
师：举一反三，分析一下硫化亚铁和亚硫酸钡是如何溶解在非氧化性强酸如盐酸中的。
生：硫化亚铁在水中存在沉淀溶解平衡，电离出少量的硫离子和二价铁离子。加入盐酸后，氢离子会与硫离子结合，首先生成硫氢根离子，接着再生成氢硫酸，即硫化氢的水溶液。硫化氢可以溢出溶液成为气体而脱离反应体系，因此整个平衡将不断正向移动，最终硫化亚铁溶解。
亚硫酸钡电离出的少量亚硫酸根离子与氢离子结合，依次生成亚硫酸氢根离子和亚硫酸。亚硫酸不稳定，再分解为二氧化硫和水。气态的二氧化硫会溢出反应体系，从而促进亚硫酸钡的溶解平衡正向移动。