第2課時 沉淀溶解平衡的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過濃度商與Ksp關(guān)系的學(xué)習(xí),知道根據(jù)兩者關(guān)系判斷沉淀溶解平衡移動的方向。2.通過沉淀溶解平衡移動的學(xué)習(xí),了解水溶液中沉淀溶解平衡在化學(xué)反應(yīng)規(guī)律研究、物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用。 學(xué)習(xí)任務(wù)1 沉淀的溶解與生成                   1.沉淀溶解(1)沉淀溶解原理:沉淀溶解平衡正向移動,使沉淀溶解。從Q與Ksp關(guān)系考慮就是使Q<Ksp,平衡右移。(2)沉淀溶解方法:基本思路是降低沉淀溶解后電離出的某種離子濃度。①酸溶解:CaCO3溶于鹽酸,實質(zhì)是發(fā)生反應(yīng)2H++CH2O+CO2導(dǎo)致c(C)降低,沉淀溶解平衡右移。②鹽溶解:Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液,實質(zhì)是NH4Cl電離產(chǎn)生的N發(fā)生反應(yīng)N+OH-NH3·H2O,導(dǎo)致c(OH-)降低 ,沉淀溶解平衡右移。 ③配位溶解:AgCl溶于氨水,實質(zhì)是氨水中的NH3與Ag+形成[Ag(NH3)2]+導(dǎo)致c(Ag+)降低,沉淀溶解平衡右移。④氧化還原溶解:例如CuS溶于硝酸,實質(zhì)是S2-被硝酸氧化,導(dǎo)致c(S2-)降低 ,沉淀溶解平衡右移。 2.沉淀生成(1)沉淀形成原理:沉淀溶解平衡逆向移動,使沉淀生成。從Q與Ksp關(guān)系考慮就是使Q>Ksp,平衡左移。(2)沉淀方法:基本思路是增大沉淀溶解后電離出的某種離子濃度。①調(diào)節(jié)pH法:本質(zhì)是調(diào)節(jié)c(H+)或c(OH-),使沉淀溶解平衡逆向移動。如提高pH[即增大c(OH-)],使FeCl3溶液生成Fe(OH)3沉淀。②硫化物法:多數(shù)硫化物很難溶解于水,所以向某些金屬離子溶液中加入溶解度較大的硫化物(提高S2-濃度),使金屬離子形成硫化物沉淀。如CuSO4溶液中通入H2S或加入Na2S,使Cu2+轉(zhuǎn)化為CuS沉淀。③其他沉淀劑法:如Ba2+沉淀可以加入能產(chǎn)生較高濃度的電解質(zhì),Ag+沉淀可以加入能產(chǎn)生較高濃度Cl-的電解質(zhì)。微點(diǎn)撥:(1)一般認(rèn)為當(dāng)一種離子濃度降至10-5 mol·L-1時即可認(rèn)為該離子沉淀完全。(2)沉淀形式相同,沉淀離子濃度相同時,一般Ksp越小的沉淀越優(yōu)先產(chǎn)生。牙齒表面的牙釉質(zhì)起著保護(hù)牙齒的作用,其主要成分為Ca5(PO4)3OH(羥基磷酸鈣),它是一種難溶電解質(zhì),Ca5(PO4)3OH存在平衡:Ca5(PO4)3OH(s)5Ca2+(aq)+3P(aq)+OH-(aq),Ksp=6.8×10-37 mol9·L-9。下面我們從沉淀溶解平衡角度探究如何更好地保護(hù)牙齒。探究 牙齒保護(hù)中的沉淀溶解平衡移動問題1:多吃含鈣量高的食品(如牛奶等)對牙齒有保護(hù)作用的原理是什么?提示:多吃含鈣量高的食品,增大c(Ca2+),上述沉淀溶解平衡逆向移動有利于保護(hù)牙釉質(zhì)。問題2:食用酸性食品,尤其是糖類在牙縫隙內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝晕镔|(zhì)會破壞牙釉質(zhì)的原因是什么?提示:酸性食品產(chǎn)生的H+與OH-反應(yīng),導(dǎo)致c(OH-)降低,沉淀溶解平衡右移破壞牙釉質(zhì)。問題3:含氟牙膏可以保護(hù)牙齒,其作用是在牙齒表面形成一層氟磷灰石Ca5(PO4)3F(Ksp=1.0×10-60 mol9·L-9)保護(hù)層,從理論上分析為什么用含氟牙膏能產(chǎn)生保護(hù)膜?提示:由于氟磷灰石的Ksp遠(yuǎn)小于羥基磷酸鈣的,所以用含氟牙膏刷牙時Ca5(PO4)3F(s)5Ca2+(aq)+3P(aq)+F-(aq)平衡逆向移動,在牙齒表面形成一層氟磷灰石膜層,而氟磷灰石沉淀溶解平衡基本不受酸堿性影響。這樣就起到了保護(hù)作用。沉淀溶解與生成的原理(1)沉淀的生成和溶解是兩個方向相反的過程,控制離子濃度,改變Q與Ksp關(guān)系,可以使沉淀溶解平衡向我們需要的方向轉(zhuǎn)化。(2)利用生成沉淀除去某種離子,首先要使生成沉淀的反應(yīng)能夠發(fā)生,其次沉淀生成的反應(yīng)進(jìn)行得越完全越好。(3)根據(jù)平衡移動原理,對于在水中難溶的電解質(zhì),如果能設(shè)法不斷地移去溶解平衡體系中的相應(yīng)離子(使該離子變?yōu)闅怏w、水、易溶配合物或使之氧化為別的微粒),使平衡向沉淀溶解的方向移動,就可以使沉淀溶解。1.(2021·湖南長沙階段練習(xí))常溫下,已知CaSO4的Ksp=4.9×10-5 mol2·L-2,CaCO3的Ksp=3.6×10-9 mol2·L-2,下列說法正確的是( A )A.該溫度下,將5×10-2 mol·L-1氯化鈣溶液與2×10-3 mol·L-1硫酸鈉溶液等體積混合(忽略體積變化),混合后沒有沉淀生成B.向CaSO4懸濁液中加入稀硫酸,c(S)增大,Ksp增大C.向只含CaCO3的懸濁液中加入Na2SO4固體至c(S)=8.2×10-2 mol·L-1時,CaCO3開始向CaSO4沉淀轉(zhuǎn)化D.向只含CaCO3的懸濁液中加入少量的水,c(Ca2+)減小解析:該溫度下,將5×10-2 mol·L-1氯化鈣溶液與2×10-3 mol·L-1硫酸鈉溶液等體積混合后,溶液中Q=c(Ca2+)×c()=2.5×10-5 mol2·L-2<Ksp(CaSO4)=4.9×10-5 mol2·L-2,因此不能形成沉淀,A正確;溶度積常數(shù)只隨溫度改變,溫度不變,則Ksp(CaSO4)不變,B錯誤;向只含CaCO3的懸濁液中加入Na2SO4固體至c()=8.2×10-2 mol·L-1時,Q=c(Ca2+)×c(S)=4.92×10-6 mol2·L-2<Ksp(CaSO4)=4.9×10-5 mol2·L-2,因此不會實現(xiàn)由CaCO3向CaSO4沉淀轉(zhuǎn)化,C錯誤;向只含CaCO3的懸濁液中加入少量的水,溶液仍然是CaCO3的飽和溶液,因此溶液中c(Ca2+)不變,D錯誤。2.(2021·內(nèi)蒙古赤峰階段練習(xí))常溫時,Ksp[Mg(OH)2]=1.1×10-11 mol3·L-3,Ksp(AgCl)=1.8×10-10 mol2·L-2,Ksp(Ag2CrO4)=1.9×10-12 mol3·L-3,Ksp(CH3COOAg)=2.3×10-3 mol2·L-2,下列敘述不正確的是( B )A.濃度均為0.2 mol·L-1的AgNO3溶液和CH3COONa溶液等體積混合一定產(chǎn)生CH3COOAg沉淀B.將0.001 mol·L-1的AgNO3溶液滴入濃度均為0.001 mol·L-1的KCl和K2CrO4的混合溶液中,先產(chǎn)生Ag2CrO4沉淀C.c(Mg2+)為0.11 mol·L-1的溶液中要產(chǎn)生Mg(OH)2沉淀,溶液的pH要控制在9以上D.在其他條件不變的情況下,向飽和AgCl水溶液中加入NaCl溶液,Ksp(AgCl)不變解析:兩者等體積混合后,所得混合濃度均為0.1 mol·L-1,c(CH3COO-)·c(Ag+)=0.01 mol2·L-2>2.3×10-3 mol2·L-2,因此一定產(chǎn)生CH3COOAg沉淀,A正確;0.001 mol·L-1的KCl溶液中形成AgCl沉淀時,c(Ag+)= mol·L-1=1.8×10-7 mol·L-1,0.001 mol·L-1的K2CrO4溶液中形成Ag2CrO4沉淀時,c(Ag+)= mol·L-1=×10-5 mol·L-1,則KCl溶液中形成AgCl沉淀時,Ag+濃度小,即AgCl先達(dá)到飽和,應(yīng)先生成AgCl沉淀,B不正確;Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)×c2(OH-),c(OH-)≥ mol·L-1,溶液的pH至少要控制在9以上,C正確;Ksp(AgCl)只受溫度的影響,與濃度無關(guān),所以在其他條件不變的情況下,向飽和AgCl水溶液中加入NaCl溶液,Ksp(AgCl)不變,D正確。要形成沉淀除去某種離子,可能有多種沉淀劑。一般形成沉淀的Ksp越小,該離子沉淀越徹底。例如下表中是Pb2+各種沉淀的Ksp數(shù)據(jù),顯然用S2-沉淀Pb2+效果最好。難溶電解質(zhì)PbI2Pb(OH)2PbSKsp(25 ℃)7.1×10-9mol3·L-31.2×10-15mol3·L-33.4×10-28mol2·L-2  學(xué)習(xí)任務(wù)2 沉淀轉(zhuǎn)化                   1.沉淀轉(zhuǎn)化本質(zhì)兩個沉淀溶解平衡的互相影響。一種更難溶的沉淀(Ksp更小)的產(chǎn)生,導(dǎo)致另一種溶解度較大的沉淀溶解。2.沉淀轉(zhuǎn)化規(guī)律(1)定性判斷:一般從易溶→微溶→難溶→更難溶均很容易實現(xiàn),而從更難溶→難溶→微溶→易溶則不易實現(xiàn)。(2)定量判斷:可以引入轉(zhuǎn)化常數(shù)來定量分析,根據(jù)兩種沉淀的Ksp計算轉(zhuǎn)化常數(shù)后判斷。例:兩者沉淀溶解平衡表達(dá)式為FeS(s)Fe2+(aq)+S2-(aq) Ksp(FeS)=6.3×10-18 mol2·L-2,CuS(s)Cu2+(aq)+S2-(aq) Ksp(CuS)=1.3×10-36 mol2·L-2。把后者表達(dá)式“顛倒過來”與前者表達(dá)式“疊加”得FeS(s)+Cu2+(aq)Fe2+(aq)+CuS(s),此反應(yīng)平衡常數(shù)稱轉(zhuǎn)化常數(shù),K==4.85×1018,顯然幾乎能完全轉(zhuǎn)化,而逆向轉(zhuǎn)化常數(shù)K=2.1×10-19,說明逆向幾乎不能發(fā)生。3.沉淀轉(zhuǎn)化應(yīng)用 (1)鍋爐除水垢:水垢CaSO4(s)CaCO3(s)Ca2+(aq),有關(guān)化學(xué)方程式為CaSO4(s)+Na2CO3(aq)CaCO3(s)+Na2SO4(aq)、CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑。(2)工業(yè)處理廢水:工業(yè)廢水處理過程中,重金屬離子可利用FeS等難溶物轉(zhuǎn)化為更難溶的HgS、Ag2S、PbS等沉淀。如用FeS除去Hg2+的離子方程式為FeS(s)+Hg2+(aq)HgS(s)+Fe2+(aq)。(3)水垢的形成:硬水煮沸形成的水垢主要成分是CaCO3和 Mg(OH)2,說明它形成的原因是(用化學(xué)方程式表示)Mg(HCO3)2MgCO3↓+H2O+CO2↑,Ca(HCO3)2CaCO3↓+H2O+CO2↑,MgCO3+H2OMg(OH)2+CO2。BaCO3是一種非常重要的無機(jī)鹽產(chǎn)品,廣泛用于工業(yè)陶瓷、光學(xué)玻璃、建筑等行業(yè)。例如用于配制焰火、制信號彈、作陶瓷涂料、制光學(xué)玻璃等,還用作殺鼠藥、水澄清劑和填料。我們探究通過沉淀轉(zhuǎn)化,利用天然礦物重晶石(BaSO4)生產(chǎn)該物質(zhì)。探究 BaSO4與Na2CO3溶液轉(zhuǎn)化為BaCO3問題1:查閱相關(guān)數(shù)據(jù)知Ksp(BaSO4)=1.1×10-10 mol2·L-2,Ksp(BaCO3)=5.1×10-9 mol2·L-2,請計算硫酸鋇轉(zhuǎn)化為碳酸鋇的轉(zhuǎn)化常數(shù),并判斷該轉(zhuǎn)化難度。提示:①BaSO4(s)Ba2+(aq)+S(aq) Ksp(BaSO4)=1.1×10-10 mol2·L-2,②BaCO3(s)Ba2+(aq)+C(aq) Ksp(BaCO3)=5.1×10-9 mol2·L-2,①-②得BaSO4(s)+C(aq)BaCO3(s)+S(aq) K=≈0.022,轉(zhuǎn)化常數(shù)較小,較難實現(xiàn)。問題2:1 mol的BaSO4(s)用1 L碳酸鈉溶液浸泡,假設(shè)能把硫酸鋇完全轉(zhuǎn)化為BaCO3(溶液體積不變),則需要碳酸鈉溶液濃度至少為多少?提示:BaSO4(s)+C(aq)BaCO3(s)+S(aq)起始/mol 1  n        0     0轉(zhuǎn)化/mol 1     1      1     1平衡/mol 0     n-1     1     1K===0.022,解得n≈46.5,所以c(Na2CO3)=46.5 mol·L-1。問題3:已知25 ℃下,Na2CO3的溶解度為29.4 g,那么常溫下飽和Na2CO3溶液的濃度能否達(dá)到46.5 mol·L-1?提示:c(Na2CO3)=≈2.8 mol·L-1<46.5 mol·L-1,所以碳酸鈉飽和溶液的濃度達(dá)不到46.5 mol·L-1問題4:25 ℃下,用1 L 2.8 mol·L-1的碳酸鈉溶液,浸泡1 mol的BaSO4(s),充分轉(zhuǎn)化后(溶液體積不變),硫酸鋇轉(zhuǎn)化成碳酸鋇的轉(zhuǎn)化率是多少?通過1 L這樣的溶液幾次浸泡可以把1 mol的BaSO4(s)完全轉(zhuǎn)化為碳酸鋇?提示:BaSO4(s)+C(aq)BaCO3(s)+S(aq)起始/mol 1  2.8 0 0轉(zhuǎn)化/mol x     x      x     x平衡/mol 1-x    2.8-x    x     xK===0.022,解得x≈0.06,α(BaSO4)=×100%=6%。≈16.7,所以需要浸泡17次才能使硫酸鋇完全轉(zhuǎn)化為碳酸鋇。問題5:逆向轉(zhuǎn)化,把1 mol碳酸鋇完全轉(zhuǎn)化為硫酸鋇(溶液體積不變),需要1 L濃度至少為多少的硫酸鈉溶液?提示:BaSO4(s)+C(aq)BaCO3(s)+S(aq)K=0.022,K=≈45.5,所以逆向轉(zhuǎn)化為BaCO3(s)+S(aq)BaSO4(s)+C(aq)起始/mol 1 n 0 0轉(zhuǎn)化/mol 1 1 1 1平衡/mol 0 n-1 1 1K===45.5,解得n≈1.02,所以c(Na2SO4)=1.02 mol·L-1。問題6:20 ℃時,硫酸鈉的溶解度為19.5 g,計算飽和硫酸鈉溶液物質(zhì)的量濃度。上述轉(zhuǎn)化一次浸泡能否使1 mol碳酸鋇完全轉(zhuǎn)化為硫酸鋇?提示:c(Na2SO4)=≈1.37 mol·L-1>1.02 mol·L-1,所以僅需一次浸泡即可完全轉(zhuǎn)化。相同類型沉淀轉(zhuǎn)化解題思維模式(1)如果是易溶→微溶→難溶→更難溶 ,轉(zhuǎn)化一般無需計算,很容易即可實現(xiàn)。(2)如果是形式相同轉(zhuǎn)化一般也無需計算。(3)如果是轉(zhuǎn)化,若相差極大(經(jīng)驗規(guī)律是相差10-5以上)一般認(rèn)為不能實現(xiàn),若相差較小則需通過計算分析。1.(2021·黑龍江哈爾濱期中)25 ℃時,向AgCl的白色懸濁液中依次加入等濃度的KI溶液和Na2S溶液,先出現(xiàn)黃色沉淀,最終生成黑色沉淀。已知有關(guān)物質(zhì)的顏色和溶度積如下表:物質(zhì)AgClAgIAg2S顏色白色黃色黑色Ksp(25 ℃)1.8×10-101.5×10-161.8×10-50 下列敘述不正確的是( C )A.溶度積小的沉淀可以轉(zhuǎn)化為溶度積更小的沉淀B.若先加入Na2S溶液,再加入KI溶液,則無黃色沉淀產(chǎn)生C.25 ℃時,飽和AgCl、AgI、Ag2S溶液中所含Ag+的濃度相同D.25 ℃時,AgCl固體在等物質(zhì)的量濃度的NaCl、CaCl2溶液中的溶度積相同解析:向AgCl的白色懸濁液中依次加入等濃度的KI溶液和Na2S溶液,先出現(xiàn)黃色沉淀,最終生成黑色沉淀,說明AgCl可轉(zhuǎn)化為AgI,AgI可轉(zhuǎn)化為Ag2S,再結(jié)合溶度積常數(shù)可知溶度積小的沉淀可以轉(zhuǎn)化為溶度積更小的沉淀,故A正確;Ag2S溶度積較小,加入Na2S溶液后,溶液中銀離子濃度非常小,加入等濃度的KI溶液后,離子的濃度冪之積小于Ksp,不能生成黃色沉淀,故B正確;飽和AgCl、AgI、Ag2S溶液中Ag+的濃度分別為 mol·L-1、 mol·L-1、 mol·L-1,顯然Ag+的濃度不同,故C不正確;溶度積只受溫度的影響,故AgCl固體在等物質(zhì)的量濃度的NaCl、CaCl2溶液中的溶度積相同,故D正確。2.(2021·山東鄒城期中)已知常溫下,Ksp(AgCl)=1.8×10-10 mol2·L-2,Ksp(AgBr)=5×10-13 mol2·L-2,下列有關(guān)說法不正確的是( B )A.在飽和AgCl、AgBr的混合溶液中:=360B.AgCl在水中的溶解度及Ksp均比在NaCl溶液中的小C.向AgCl懸濁液中滴加濃NaBr溶液會產(chǎn)生淡黃色沉淀D.欲用1 L NaCl溶液將0.01 mol AgBr全部轉(zhuǎn)化為AgCl,則c(NaCl)≥3.61 mol·L-1解析:在飽和AgCl、AgBr的混合溶液中存在著AgCl和AgBr的沉淀溶解平衡,溶液中的c(Ag+)·c(Cl-)=Ksp(AgCl),c(Ag+)·c(Br-)=Ksp(AgBr),===360,故A正確;NaCl溶液中有Cl-,所以AgCl在水中的溶解度比在NaCl溶液中的大,Ksp只與溫度有關(guān),所以AgCl在水中的Ksp和在NaCl溶液的Ksp是相同的,故B不正確;AgCl的Ksp大于AgBr的Ksp,向AgCl懸濁液中滴加濃NaBr溶液,AgCl會轉(zhuǎn)化為AgBr,白色沉淀會轉(zhuǎn)化為淡黃色沉淀,故C正確;欲用1 L NaCl溶液將0.01 mol AgBr全部轉(zhuǎn)化為AgCl,即發(fā)生反應(yīng)Cl-(aq)+AgBr(s)AgCl(s)+Br-(aq),0.01 mol AgBr全部轉(zhuǎn)化為AgCl,則生成的Br-的物質(zhì)的量為0.01 mol,消耗的Cl-的物質(zhì)的量也為0.01 mol,假設(shè)至少需要Cl-的物質(zhì)的量為x mol,則剩余的Cl-的物質(zhì)的量為(x-0.01) mol,溶液體積為1 L,根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式,可表示該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=====,可求出x=3.61,則c(NaCl)≥3.61 mol·L-1,故D正確。                     【知識整合】【易錯提醒】1.誤認(rèn)為Ksp由小到大的沉淀轉(zhuǎn)化(相同類型)不能實現(xiàn)。一般來講Ksp由大到小的沉淀轉(zhuǎn)化很容易實現(xiàn)。Ksp由小到大的沉淀轉(zhuǎn)化,如果Ksp差距很大則不能實現(xiàn),而如果Ksp差距很小則兩種沉淀可以互相轉(zhuǎn)化,只是Ksp由小到大的沉淀轉(zhuǎn)化相對較難而已,并非完全不能實現(xiàn)。2.誤認(rèn)為形式相同的沉淀,一定是Ksp小的優(yōu)先沉淀,其實形式相同的沉淀,只有沉淀離子濃度相同時一般才是Ksp小的優(yōu)先沉淀。比如向等濃度的NaCl、NaBr溶液中,滴加硝酸銀溶液,由于Ksp(AgBr)<Ksp(AgCl),所以先析出淡黃色溴化銀沉淀后析出白色氯化銀沉淀。3.誤認(rèn)為只要Ksp不同的兩種沉淀,都可以通過分步沉淀加以分離。其實不然,兩種濃度相同的離子,其沉淀形式相同,加入沉淀劑后,Ksp小的優(yōu)先沉淀,但是兩者Ksp相差不大時,Ksp小的沒有完全沉淀時,Ksp大的就已經(jīng)開始沉淀,這樣就沒法充分分離。比如Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17 mol3·L-3,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20 mol3·L-3,向濃度均為0.1 mol·L-1的FeCl2、CuCl2混合溶液中加入氫氧化鈉溶液,可以計算出當(dāng)c(OH-)=4.7×10-8 mol·L-1時Cu2+沉淀完全(Cu2+濃度降至1.0×10-5 mol·L-1),而此時c(Fe2+)≈0.02 mol·L-1(即Fe2+已經(jīng)沉淀了=80%),據(jù)此判斷兩者不能比較徹底地分離。  

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第3節(jié) 沉淀溶解平衡

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