第九章沉淀平衡.ppt

第九章沉淀平衡 严格地说 在水中没有绝对不溶解的物质 就难溶电解质来说 总会或多或少溶解一些 在其饱和溶液中 溶解部分完全离解为正 负离子 并且与未溶解部分存在着溶解平衡 例如 BaSO4 s Ba2 aq SO42 aq 按照平衡常数表达式的写法有 K sp Ba2 SO42 PbCl2 s Pb2 aq 2Cl aq Fe OH 3 s Fe3 aq 3OH aq 同理 K sp Pb2 Cl 2 K sp Fe3 OH 3 上述平衡常数称为溶度积常数 或简称溶度积 常用符号K sp表示 并在括号内注明物质的化学式 例如K sp BaSO4 K sp PbCl2 K sp Fe OH 3 9 1溶度积和溶解度一 溶度积常数 溶解度和溶度积规则难溶 强 电解质 在水中溶解度很小 而且溶解的部分完全解离 摩尔溶解度S 一升溶液中溶解难溶电解质摩尔数 沉淀反应 Ag aq Cl aq AgCl s 溶解平衡 AgCl s Ag aq Cl aq 平衡常数 Ksp Ag Cl 称为溶度积常数 例如 某工艺中 制取了粗硫酸银200克 用蒸馏水100毫升进行充分洗涤 求在洗涤过程中损失了硫酸银多少克 Ag2SO4摩尔质量312g K sp为1 4 10 5 解 Ag2SO4 2Ag SO42 平衡时 2SSK sp Ag 2 SO42 2S 2S 4S3 1 4 10 5 溶度积与溶解度的关系 解得S 0 01518摩尔 升100毫升水中溶解硫酸银摩尔数 0 001518mol重量 W 0 001518 312 0 4736克 Question 溶度积和溶解度之间有什么关系 Solution 与溶解度概念应用范围不同 只用来表示难溶电解质的溶解度 不受离子浓度的影响 而溶解度则不同 用比较难溶电解质的溶解性能只能在相同类型化合物之间进行 溶解度则比较直观 溶度积的大小 反映了难溶电解质的溶解能力 对于同一类型难溶电解质 溶度积的大小反映了溶解度的大小 溶度积越小 其溶解度越小 综合上述溶度积的公式 可归纳为一个通式 K sp AmBn An m Bm n 当溶液中 An m Bm n K sp AmBn 时 为不饱和溶液 不仅溶液中无沉淀生成 且原有固体物质还将会不断溶解 当溶液中 An m Bm n K sp AmBn 时 为过饱和溶液 溶液中会有沉淀生成 直至达到 An m Bm n K sp AmBn 为止 以上称为溶度积规则 利用此规则 我们可以通过控制有关离子的浓度 使沉淀生成或溶解 例题 AgCl的溶度积为1 77 10 10 Ag2CrO4的溶度积为1 12 10 12 求二者在水中的溶解度 并比较二者在纯水中的溶解能力 解 AgCl Ag Cl 起始浓度mol L 1 平衡浓度mol L 1 0 0 s s K sp AgCl Ag Cl s s 1 77 10 10 s 1 33 10 5mol L 1 用浓度代表溶解度 同样 设Ag2CrO4的摩尔溶解度为smol L 1 Ag2CrO4 2Ag CrO42 起始浓度mol L 1 2s 0 0 s 平衡浓度mol L 1 K sp Ag2CrO4 Ag 2 CrO42 2s 2 s 1 12 10 12 s 6 54 10 5mol L 1 所以Ag2CrO4的溶解能力大于AgCl 例题 求AgCl在0 1mol L 1NaCl中的溶解度 解 设AgCl的摩尔溶解度为smol L 1 AgCl Ag Cl 起始浓度mol L 1 平衡浓度mol L 1 0 0 1 s 0 1 s K sp AgCl Ag Cl 1 77 10 10 s 0 1 s 0 1 s 0 1 所以 s 1 77 10 9mol L 1 P306 307例1 2 有一含Fe3 0 01mol L 1溶液 问 1 Fe3 开始沉淀为Fe OH 3的pH值 2 要使Fe3 沉淀完全 一般认为离子浓度小于10 5mol L 1即为沉淀完全 的pH值 已知K sp Fe OH 3 4 10 38 例题 解 根据溶度积规则 1 Fe3 开始沉淀的pH值必须使溶液中 Fe3 OH 3 K sp Fe OH 3 OH K sp Fe OH 3 Fe3 1 3 4 10 38 0 01 1 3 1 59 10 12 H K w OH 1 10 14 1 59 10 12 6 29 10 3 pH lg H lg6 29 10 3 2 2 即当溶液的pH值调至pH 2 2时 Fe3 开始沉淀 2 要使Fe3 沉淀完全的pH值 也就是要使溶液中 Fe3 10 5 故有 OH K sp Fe OH 3 Fe3 1 3 4 10 38 10 5 1 3 1 59 10 11 H K w OH 1 10 14 1 59 10 11 6 29 10 4 pH lg H lg6 29 10 4 3 2 即当溶液中Fe3 沉淀完全 必须使溶液pH 3 2 根据溶解平衡移动原理和溶度积规则 1 要使难溶物质溶解必须降低溶液中有关离子的浓度 使 An m Bm n K sp AmBn 2 要使难溶物质沉淀必须提高溶液中有关离子的浓度 使 An m Bm n K sp AmBn 9 2沉淀 溶解平衡的移动一 沉淀的生成和沉淀完全的方法 为使沉淀完全 需要加入合适 K sp更小 的沉淀剂 并使沉淀剂过量 例如 某酸性废水中含有0 003mol l的Pb2 和0 002mol l的Cr3 向溶液中加入氢氧化钠 假设溶液体积不变 哪种离子先沉淀 怎样控制PH值使Cr3 沉淀完全而Pb2 不沉淀 解 查表 K sp Pb OH 2 1 2 10 15K sp Cr OH 3 6 3 10 31 Pb2 开始沉淀的OH 浓度 K sp Pb2 OH 2K sp 1 2 10 15 Pb2 OH 2 0 003 OH 2解得 OH 6 32 10 7PH 7 80Cr3 开始沉淀的OH 浓度 K sp Cr3 OH 3K sp 6 3 10 31 Cr3 OH 3 0 02 OH 3解得 OH 3 16 10 10PH 4 50 因此 Cr3 先开始沉淀 解2 Cr3 沉淀完全的OH 浓度 K sp Cr3 OH 3K sp 6 3 10 31 Cr3 OH 3 10 6 OH 3解得 OH 8 57 10 9PH 5 93 Cr3 开始沉淀PH 4 50 沉淀完全PH 5 93Pb2 开始沉淀PH 7 80 控制PH5 93 7 80 二 沉淀的溶解 1 生成气体CaCO3 Ca2 CO32 加入酸 CO32 H HCO3 H H2CO3H2CO3 CO2 H2O 或H Ac HAc 2 生成弱电解质 如水 醋酸 氢硫酸等例如 Mg OH 2 Mg2 2OH H OH H2O 3 通过氧化还原反应 4 生成配合物 AgCl Ag Cl 加入氨水溶解 Ag 2NH3 Ag NH3 2 三 分步沉淀例如 0 01mol lCl 和0 01mol lI 的混合溶液中 滴加AgNO3溶液 哪种离子首先沉淀 在后沉淀的离子开始沉淀时 先沉淀的离子浓度为多少 解 AgClK sp 1 6 10 10AgIK sp 1 5 10 16Jie 手写 开始沉淀所需银离子浓度 四 沉淀的转化 溶解度大的转化为溶解度小的沉淀 Ag2CrO4 2Cl 2AgCl CrO42 平衡常数 K K spAg2CrO4 K spAgCl 4 7 107P308 313例3 8 锅炉或蒸汽管内的锅垢存在 不仅阻碍传热 浪费燃料 而且还能引起爆裂 造成事故 锅垢的主要组分CaSO4沉淀不溶于酸 难以除去 但可以用Na2CO3溶液处理 使其转化为更难溶的CaCO3沉淀 由于CaCO3沉淀易溶于稀酸 所以可用 酸洗 除去 用盐酸清洗锅炉内或其它器械上的附着物 难溶电解质 就是利用H离子和难溶物离解出来的碳酸根离子 氢氧根离子等生成碳酸 进一步分解成二氧化碳和水 或水等弱酸弱碱 使溶液中的碳酸根离子或氢氧根离子与金属离子浓度的乘积小于该难溶物溶度积而使其溶解的 Question1 Solution 练习题 2 试计算298K时BaSO4在0 10mol dm 3Na2SO4溶液中的溶解度 并与其在纯水中的溶解度 1 04 10 5mol dm 3 做比较 Question 在含有0 10mol L 1Fe3 和0 10mol L 1Ni2 的溶液中 欲除掉Fe3 Ni2 仍留在溶液中 应控制pH为多少 Solution 可控制pH 4 这个结果在试剂提纯和离子分离中非常有用 Question 在0 20dm 3的0 50mol dm 3MgCl2溶液中加入等体积的0 10mol dm 3的氨水溶液 问有无Mg OH 2沉淀生成 为了不使Mg OH 2沉淀析出 至少应加入多少克NH4Cl s 设加入NH4Cl s 后体积不变 Solution Question 在Cd2 和Zn2 的混合溶液中 co Cd2 co Zn2 0 10mol dm 3 通入饱和H2S溶液 使二者分离 应控制pH为多少 Solution Question 0 10mol dm 3ZnCl2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 2 0 10 22 沉淀 Solution 1 ZnS开始沉淀所需最低S2 浓度 要使ZnS沉淀出来 溶液的c H3O 不能高于0 22mol dm 3 课堂练习 1 25 时 经实验测得 Mg OH 2的溶解度为0 0058g l 试计算 1 Mg OH 2的溶度积为多少 2 在500ml 0 1mol l的Mg