《沉淀溶解平衡》PPT课件.ppt

,第六章 沉淀溶解平衡,第一节 沉淀溶解平衡,一、溶度积与溶解度的关系,1、溶解度,溶解度：在一定温度下，达到溶解平衡时，一定量的溶剂中含有溶质的质量。物质的溶解度小于0.01 g/(100gH2O)时，称为难溶的。在讨论沉淀溶解平衡时，通常采用的浓度单位为molL-1而不采用g/100g H2O来表示“溶解度”。,,2、溶度积常数,其平衡常数表达式为：,对于一般难溶电解质(AmBn)，其沉淀溶解平衡可表示为：,其沉淀溶解平衡常数表达式为：,第一节 沉淀溶解平衡,第六章,,3、溶度积与溶解度的关系,与难溶电解质的离子浓度无关(与本性和温度有关)。而溶解度s除与难溶电解质的本性和温度有关外，还与溶液中难溶电解质离子浓度有关。难溶电解质的溶度积和溶解度之间可以相互换算，但在换算时，应注意浓度的单位必须是molL-1。,例 已知298.15 K 时AgCl的 为1.7710-10，求AgCl溶解度s。,第一节 沉淀溶解平衡,第六章,,解：AgCl的沉淀溶解平衡为,c / molL-1 s s,s =1.3310-5 molL-1,第一节 沉淀溶解平衡,第六章,,对于A2B或AB2型（如Ag2CrO4、Mg(OH)2等）化合物：,不同类型难溶电解质 与 s 有如下关系：,对于AB型（如AgCl、AgBr、BaSO4等）化合物：,= s2,=4s3,对于A3B或AB3型（如Fe(OH)3等）化合物：,=27s4,例 已知298.15 K 时Ag2CrO4的 为1.1210-12，计算Ag2CrO4的溶解度并对照上例的结果，比较Ag2CrO4和AgCl溶解度的大小。,第一节 沉淀溶解平衡,第六章,,解： Ag2CrO4的沉淀溶解平衡为：,c / molL-1 2s s,s = 6.5410-5 molL-1,第一节 沉淀溶解平衡,第六章,, ，而AgCl 的溶解度反而比Ag2CrO4的小。不同类型的难溶电解质，不能直接由它们的溶度积来比较其溶解度的相对大小。,二、溶度积规则,对于难溶电解质沉淀溶解平衡，有：,反应在任意时刻的反应商Q（此时又被称为离子积）表达式可写作：,Q = c(An+)/ m c(Bm-)/ n,第一节 沉淀溶解平衡,第六章,,由化学等温式 可知：,若Q ，过饱和溶液，反应向沉淀生成方向进行，直至达到饱和。,以上规律称为溶度积规则，常用来判断沉淀的生成与溶解能否发生。,第一节 沉淀溶解平衡,第六章,,第二节 沉淀溶解平衡的移动,一、沉淀的生成,1、加入沉淀剂,例 在10 mL 0.10 molL-1 MgSO4溶液中加入10 mL 0.10 molL-1 NH3H2O，问有无Mg(OH)2沉淀生成？,解：由于等体积混合，所以各物质的浓度均减小一半，即,c(Mg2+)=,c(NH3H2O)=,第六章,,设混合后c(OH-) = x molL-1,平衡浓度/( molL-1) 0.05- x x x,因为 =0.05/1.7810-5 500 ，所以0.05- x 0.05,则,x = 9.4310-4,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,c(OH-) = 9.4310-4 molL-1,Q= c(Mg2+)c(OH-)2/( )3 = 0.05(9.4310-4)2,= 4.4510-8 ,= 5.6110-12,有Mg(OH)2沉淀生成。,2、控制溶液的pH,例 计算使0.01molL-1 Fe3+开始沉淀和沉淀完全时溶液的pH。已知：,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,解：,开始沉淀时,c(OH-) = 6.5310-13 molL-1,pOH =12.18,pH =14pOH =1412.18 = 1.82,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,沉淀完全时 c(Fe3+) 1.0010-5 molL-1,c(OH-) = 6.5310-12 molL-1,pOH =11.18,pH =14pOH = 2.82,故Fe3+开始沉淀时，溶液的pH为1.82；沉淀完全时，溶液的pH为2.82。,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,推广到M(OH)n型难溶氢氧化物的多相离子平衡中：,M(OH)n(s) Mn+ (aq) + nOH- (aq),开始产生M(OH)n沉淀时溶液中OH-离子的最低浓度为：,若溶液中金属离子的浓度c( Mn+ ) = 1 molL-1，则氢氧化物开始沉淀时OH-的最低浓度为：,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,c(OH-) = molL-1,molL-1,Mn+完全沉淀c(Mn+) 1.0010-5 molL-1时，则OH-的最低浓度为：,例 0.10 molL-1 ZnCl2溶液中通入H2S气体使H2S饱和，将酸度控制在什么范围，才能使ZnS( =1.610-24 )沉淀？,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,解：使ZnS开始沉淀的最低S2-浓度可由ZnS的溶度积常数算出：,H2S饱和溶液中的c(H2S)约为0.10 molL-1，而c(S2-)则涉及下述平衡并与溶液的酸度有关：,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,将最低需要的c(S2-)代入H2S的离解常数即可求得c(H+), 7.4610-3,要使ZnS沉淀出来，溶液的c(H+)不能高于7.4610-3 molL-1。,2、同离子效应,例 计算25下CaF2(s) 的溶解度(molL-1)：(1) 在水中；(2) 在0.01 molL-1 NaF溶液中，并比较两种情况溶解度的相对大小。,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,解：由附表查得25下,(1) CaF2(s) 在纯水中的溶解度为s1，设s1= x molL-1,3.4510-11 = x(2x)2 = 4 x3,x = 2.0510-4,s1= c(Ca2+) = 2.0510-4 molL-1,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,(2) CaF2(s) 在0.01 molL-1NaF溶液中的溶解度为s2，设s2= y molL-1。此时，s2= c(Ca2+)。,平衡浓度/( molL-1) y 0.01+2y,3.4510-11 = y (0.01+2y)2 0.01+2y0.01,y =3.4510-7,s2= 3.4510-7 molL-1,由结果可以看出：s1 s2，CaF2在纯水中的溶解度较大。 盐效应?,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,二、分步沉淀,如果溶液中同时存在着几种离子，这些离子都能被同一沉淀剂所沉淀，由于各种沉淀的溶度积的不同，这些沉淀将按一定顺序依次析出，这种现象称为分步沉淀。,例 某溶液中含有Cl-，I-均为0.01 molL-1，向溶液中逐滴加入AgNO3溶液，哪一种离子先沉淀？第一种离子沉淀到什么程度时，第二种离子才开始沉淀？已知：,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,解：求出AgCl，AgI开始沉淀时所需的c(Ag+)：,c(Ag+) = 8.5210-15 molL-1,c(Ag+) = 1.7710-8 molL-1,由此可见，AgI先沉淀。,当AgCl开始沉淀时，溶液中的c(I-)为：,8.5210-17 = 1.7710-8c(I-),c(I-) = 4.8110-9 molL-1,即c(I-) 4.8110-9 molL-1时，AgCl才开始沉淀，此时I-已沉淀非常完全。,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,例 Fe3+ 和Mg2+ 的浓度都为0.10 molL-1的某溶液，欲使Fe3+以Fe(OH)3形式定量沉淀而不产生Mg(OH)2沉淀，酸度如何控制？,解：,Fe(OH)3 (s),Fe3+ (aq）+ 3OH-(aq),所以，Fe3+ 沉淀完全时的c(OH-)可由下式求得,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,这时的pOH为11.18，pH=2.82,Mg(OH)2(s),Mg2+ (aq)+ 2OH-(aq),用类似的方法求出产生Mg(OH)2沉淀时的c(OH-)：,pOH=5.12，pH=8.88,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,当pH = 8.88时，Fe3+ 早已沉淀完全，因此只要将pH控制在2.828.88之间，即可将Fe3+ 与Mg2+ 完全分离开来。,三、沉淀的溶解与转化,1、沉淀的溶解,（1）生成弱电解质 例如：,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,上述溶解反应涉及到下列两个平衡：, CaCO3(s) Ca2+ + CO32-, CO32- + 2H+ H2CO3,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,总反应为 CaCO3(s) + 2H+ Ca2+ + H2CO3,根据多重平衡原理，总反应= + ，可得：,显然， 越大，越有利于沉淀的溶解。该反应的 很大，所以CaCO3在酸中的溶解反应可进行完全。,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,例 有Mg(OH)2沉淀0.10 mol，问需1L多大浓度的铵盐才能使之溶解？已知,=5.6110-12。,解：Mg(OH)2溶于铵盐的反应为,Mg(OH)2(s) + 2 Mg2+(aq) + 2NH3(aq) + 2H2O(l),多重平衡常数 为,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,根据多重平衡原则可算出Mg(OH)2完全溶解后，溶液中 的平衡浓度：,= 0.48 molL-1,所以共需 = (0.20+0.48) molL-1= 0.68 molL-1。,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,3Cu2+(aq) + 3S2-(aq),(2) 发生氧化还原反应,3CuS(s),+,(aq) + 8H+(aq) 3S+ 2NO(g) + 4H2O(l),(3) 生成配离子,AgCl(s),Ag+(aq) + Cl-(aq),+ 2NH3,Ag(NH3)2+,生成稳定的Ag(NH3)2+，大大降低了Ag+浓度，使得Q ，故AgCl溶解。,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,2、沉淀的转化,一种沉淀转化为另一种沉淀的过程称为沉淀的转化。例如：向盛有白色PbSO4沉淀的试管中，加入Na2S溶液，搅拌后，可以观察到沉淀由白色变为黑，其反应如下：,第二节 沉淀溶解平衡的移动,第六章,,在生产实践中，有些沉淀很难处理，它们既难溶于水，又难溶于酸，对于这种沉淀可采用沉淀的转化法来处理。例如：用Na2CO3溶液处理锅炉炉垢中的CaSO4，将CaSO4转化为CaCO3，然后用酸除去。,例 在1L Na2CO3溶液中溶解 0.01 mol的CaSO4，问Na2CO3的最初浓度为多大？已知，,(CaSO4)=4.9310-5，,(CaCO3)=3.3610-9