无机化学 第四章 沉淀的形成与沉淀溶解平衡(1)
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第4章沉淀的形成与沉淀平衡(Formation & Equilibrium of Precipitation) 本章将讨论水溶液中由难溶物质与其水合构晶离子所形成的多相离子平衡及其应用。
4.1沉淀—溶解平衡及其影响因素严格来说,在水中绝对不溶的物质是不存在的。
物质在水中溶解性的大小常以溶解度来衡量。
一般把溶解度(solubility)小于0.01g/100gH2O的物质称为难溶物质;溶解度在0.01~0.1/100gH2O的物质称为微溶物质;其余的则称为易溶物质。
当然这种分类也不是绝对的。
4.1.1溶度积与溶解度(1)活度积与溶度积对于难溶物质BaCO3来说,构成这一难溶物质的组分Ba2+和CO32-就称为构晶离子。
在一定温度下将BaCO3投入水中时,受到溶剂水分子的吸引,BaCO3表面部分Ba2+和CO32-会以水合离子的形式进入水中,这一过程称为溶解(dissolution)。
与此同时,进入水中的水合离子在溶液中做无序运动碰到BaCO3表面时,受到其上异号构晶离子的吸引,又能重新回到或沉淀在固体表面,这种与前一过程相反的过程就称为沉淀。
在一定温度下,当溶解与沉淀的速率相等时,溶液中BaCO3与其水合构晶离子之间达到动态图4-1 BaCO3的溶解与沉淀过程的多相离子平衡:BaCO3(s) Ba2+(aq) + CO32-(aq)其平衡常数表达式为:K ap= a eq(Ba2+)a eq(CO32-)K ap称为活度积常数,简称活度积(activity product)。
又因a eq(Ba2+) =γ(Ba2+)[Ba2+];a eq(CO32-) =γ(CO32-)[CO32-]那么:K ap = a eq(Ba2+)a eq(CO32-) = γ(Ba2+)[Ba2+]γ(CO32-)[CO32-]令[Ba2+][CO32-] = K spK sp称为溶度积(solubility product)。
第四章
沉淀的形成和沉淀溶解平衡
2.溶解度与溶度积的关系
ө的大小反应难溶电解质的溶解能力
⏹K sp
⏹溶解度(s):一定温度下,1升难溶电解质饱和溶液中所含溶质的量,是浓度的一种形式。
单位:g·L-1;mol·L-1
AD 型: K s p
ө=s 2
A 2D 或AD 2型: K sp ө=s(2s)2=4s
3条件:
1)难溶电解质的离子在溶液中不发生任何
副反应
2)难溶电解质要一步完全电离
⏹同温时,同类型的难溶电解质,K spө大,则s大。
⏹不同类型的难溶电解质,只能求s来比较大小。
1.沉淀的生成
例.将0.10 mol .L -1
MgCl 2 与0.10 mol
. L -1
NH 3.H 2O 溶液等体积混合,问①能否产生Mg(OH)2 沉淀?②若上述溶液中,加入NH 4Cl(s),不使Mg(OH)2沉淀出来,问C(NH 4Cl)至少需多大?
4.2 沉淀的生成和溶解及影响因素
在AgCl 饱和溶液中,分别加入NaCl, AgCl ,S 变大还是变小?加入KNO 3呢?
思考:
2.同离子效应
在难溶电解质饱和溶液中加入含有共同离子的易溶强电解质,使沉淀溶解平衡向着沉淀生成的方向移动,沉淀溶解度降低。
例:已知BaSO
在水中溶解度s=1.05×10-5
4
mol·L-1,问在0.01 mol·L-1Na2SO4溶液中BaSO
的溶解度是多少?
4
分别计算Mn(OH)2 在纯水、0.01mol . L -1NaOH
溶液和0.01mol . L -1MnCl 2 溶液中的溶解度。
思考题
3.盐效应
在难溶电解质饱和溶液中加入其它强电解质,难溶物的溶解度增大的现象。
4.选择和使用沉淀剂时注意:
1)适当过量的沉淀剂可使沉淀趋于完全(20-50%为宜)
2)选择沉淀物溶解度最小的沉淀剂,使离子沉淀更完全
3)定性沉淀完全c <10-5mol.L-1,
定量沉淀完全c <10-6 mol.L-1
某溶液中c Cl-= c Br-= c I-=0.01 mol.L-1,慢慢滴加
AgNO
3
溶液,会有什么现象?
K
sp ө
,AgCl
=1.77 ×10-10
K
sp ө
,AgBr
=5.35 ×10-11
K
sp ө
,AgI
=8.51 ×10-17
思考:
5. 分步沉淀
离子沉淀的先后次序,决定于沉淀物的K sp ө和被沉淀离子的浓度。
根据溶度积规则, 离子积Q 先超过K sp ө的离子先沉淀,即生成沉淀所需沉淀剂浓度越小的越先沉淀。
所以,对于同类型难溶电解质,当被沉淀离子浓度相同或相近时,沉淀物K sp ө小的先沉淀,K sp ө大的后沉淀。
K sp ө相差越大,离子分离的效果越好。
向离子混合溶液中慢慢滴加入沉淀剂,离子分先后被沉淀的现象。
在浓度均为0.10 mol.L-1的Mg2+和Ca2+ 的混合溶液中滴加(NH
4
)2C2O4溶液时,哪种离子先沉淀?当第一种离子沉淀完全时(小于1.0×10-6 mol.L-1),第二种离子沉淀了百分之几?(忽略体积变化)
已知K
sp
ө(MgC2O4)= 8.5×10-5 ,
K sp ө(CaC2O4) = 2.3×10-9 。
例:
解:
6.沉淀的溶解
♦加入某种试剂,与溶液中某离子结合生成弱电解质,从而降低该离子浓度,使沉淀溶解。
♦加入氧化剂或还原剂,通过氧化还原反应而降低某离子的浓度,导致沉淀溶解。
例:3CuS+8HNO
3
(浓)=3Cu(NO3)+3S+2NO+4H2O
♦加入配合剂,生成配合物使离子浓度降低,沉淀溶解。
例:AgBr+2S
2O
3
2-=[Ag(S
2
O
3
)
2
]3-+Br-
判断Ca(OH)2,Fe(OH)3能否溶于NH4Cl溶液中?
解:K
spө(Ca(OH)
2
) =5.5×10-6
K spө(Fe(OH)
3
) =4×10-38
K bө(NH
3
·H
2
O) =1.8×10-5
例
4.3 沉淀滴定法
沉淀滴定法对反应的要求
⏹满足滴定分析反应的必需条件
⏹沉淀的溶解度足够小
⏹沉淀的吸附现象应不影响终点的判断
Ag++Cl-═AgCl↓
Ag++SCN-═AgSCN↓
以这类反应为基础的沉淀滴定法称为银量法
Mohr(莫尔)法
——用铬酸钾作指示剂的银量法
在中性或弱碱性溶液中,以铬酸钾作指示剂,用硝
酸银标准溶液直接滴定Cl-
Ag ++Cl -═AgCl ↓(白色)K sp ө=1.77×10-102Ag ++CrO 42-═Ag 2CrO 4↓(砖红色)K sp ө=1.12×10-12注意:
①控制好K 2CrO 4溶液的浓度:K 2CrO 4溶液浓度太大或太小,会使Ag 2CrO 4沉淀过早或过迟出现,影响终点判断。
K 2CrO 4的浓度为0.005mol•L -1为宜
②控制好溶液的酸度:用AgNO 3溶液滴定Cl -时,反应需在中性或弱碱性介质(pH=6.5∼10.5)中进行。
酸性介质中,Ag
CrO4不会沉淀析出:
2
Ag2CrO4+H+=2Ag++HCrO4-
强碱性或氨溶液中,滴定剂发生其它反应:2Ag++2OH-=Ag2O+H2O
2Ag++2NH3=[Ag(NH3)2]+
Mohr法的应用
⏹主要直接用于测定Cl-和Br-或二者共存时总量,不适用于直接滴定或I-或SCN-
⏹天然水中Cl-含量的测定
4.4重量分析法
⏹重量分析法(gravimetric analysis)是采用适当的方法,使被测组分与试样中的其它组分分离,转化为一定的称量形式,然后用称重的方法测定该组分的含量。
⏹重量分析法包括化学沉淀法、电解法、萃取法等。
⏹通常重量分析指的是化学沉淀法,以沉淀反应为基础,根据称量反应生成物的重量来测定物质含量。
2. 重量分析法的特点
⏹优点:直接用分析天平称量获得分析结果;
分析结果的准确度较高;
可作为标准方法
⏹缺点:操作烦琐,耗时长;
不适于微量组分的测定
3.重量分析法对沉淀的要求
沉淀形式的要求
⏹沉淀的溶解度要小,使被测组分能定量沉淀完全⏹沉淀应是粗大的晶形沉淀,便于过滤、洗涤。
使
沉淀结构尽可能紧密
⏹沉淀经干燥或灼烧后,易于得到组成恒定、性质稳定的称量形式
称量形式的要求
⏹化学组成恒定,符合一定的化学式
⏹性质稳定,在称量过程中不与空气中的H 2O 、CO 2或O 2作用;
⏹应有较大的摩尔质量
例: 测定一肥料样品中的钾时,称取试样219.8mg ,最后得到K[B(C 6H 5)4]沉淀428.8mg ,求试样中钾的含量。
解:K[B(C 6H 5)4]的相对式量为358.3,钾的相对原子量为39.10
换算因子F=39.10/358.3 =0.1091
试样中钾的含量W K = 428.3×0.1091/219.8=21.29%
本章学习要求
ө与溶解度S的关系
1.掌握溶度积K
sp
2.掌握难溶电解质的溶度积规则
3.了解同离子效应盐效应对沉淀溶解平衡的影响
4.掌握沉淀生成和溶解的方法, 并做简单计算
5.掌握分步沉淀的原理
6.了解沉淀滴定法和重量分析法的原理和应用
作业
P98-99: 1, 2, 8。