溶解平衡及其计算

沉淀反应与沉淀溶解平衡，教学目标：掌握溶解原理对沉淀溶解平衡和溶解积的基本概念，明确难溶性电解质的溶解度、溶解度积与离子积的关系，掌握可进行相关近似计算的溶解度积原理。 通过应用沉淀溶解平衡的迁移和溶解原理，掌握沉淀生成和溶解的条件、阶段沉淀和转化的原理，掌握相关计算介质酸度对沉淀溶解平衡的影响，熟练判断常见的氢氧化物、硫化物沉淀条件和金属离子分离条件。 理解氧化还原反应、配位反应对沉淀溶解平衡的影响了解离子效应和盐效应对沉淀溶解平衡的影响。 水溶液中酸、碱平衡是均匀反应的另一重要离子反应难溶性电解质在水中的溶解； 沉淀溶解平衡：在含有难溶性电解质固体的饱和溶液中，存在该电解质与其溶解产生的离子的平衡，也称为多相解离平衡。 难溶性电解质：溶解度小于0.1g/100g的水的物质。 绝对不溶的物质不存在，难溶性的电解质多少溶解在水溶液中。 例如： AgCl在水中的溶解度虽小，但仍有微量的AgCl溶解于水中电离，生成的Ag和cl进入溶液有溶解过程。 当溶液中的Ag和Cl-增加到一定量时，其中也有Ag和Cl-发生冲突，结合成AgCl，回到固体表面沉淀。 溶液中的离子在什么条件下可以产生沉淀？ 沉淀可以在什么条件下溶解？ 如果溶液中存在多种离子，可以怎样分别沉淀？ 在什么条件下沉淀是可以相互转换的。 沉淀-溶解平衡：当溶液中离子浓度(严格来说是离子活性度)不变时，沉淀过程和溶解过程达到平衡。 在难溶性电解质与其离子间形成多相平衡。 1 .溶解度积的原理，达到沉淀溶解平衡时，平衡常数式：Ksp=c(Ag )c(Cl-，Ksp难溶解电解质沉淀溶解平衡常数溶解度积常数，简称溶解度积。溶解度积常数、多相平衡系统、平衡时： ksp=c (ba2) c (so42)，ksp的大小与物质的溶解度有关。 平衡态是该物质在该温度下的饱和溶液。 溶解度积常数相对于任意组成为AmBn形式的难溶性电解质，水溶液中具有以下平衡：达到沉淀溶解平衡时，标准平衡常数为ksp (ambn )= c (an ) m c (BM) n，溶解度积常数，溶解度积别定义：在一定温度下，在难溶性电解质的饱和溶液中，各离子浓度的积为以下常数. 另外，Fe (oh )3(s ) Fe3oh、溶解度积式：ksp Fe (oh )3= c (Fe3) c (oh) 3、溶解度积常数、溶解度积应该是各离子活性度的次积，但在稀溶液中，离子浓度可以代替活性度. 决定因素与离子浓度的变化无关，与物质的本性和温度有关。 溶解度积常数、溶解度积与溶解度的换算、溶解度(s ) :在一定温度下，难溶性电解质饱和溶液中所含溶质的量是浓度的一种形态。 单位： GL1摩尔1。 能够在25C、100克水中溶解ZnCl2432的PbCl20.99； HgS1.4710-25易溶性： 1克/100克水不溶性：0.11克/100克水不溶性： Ksp(Ag2CrO4)=9.010-12，但AgCl溶解度(1.24105moll1 )小于Ag2CrO4的(1.3104moll1 ) . 同种沉淀，ksp，溶解度s。 不同种类的沉淀物无法通过比较Ksp的大小来判断溶解度的大小。 溶解度的大小表示沉淀反应残留离子的浓度的大小。 结论：溶解度积与溶解度的换算，例如PbI2的Ksp为1.410-8，估算溶解度s。 解答： pbi2(s )=Pb2(AQ )2I(AQ ) ksp= Pb2 I2 Pb2=s； I =2k sp= Pb2 I 2=(s ) (2s )2=4s3s=(ksp/4 )1/3=(1/41.4108 )1/3=1. 5103 (摩尔/l )，溶解度积和溶解度换算，离子积Qc :相对于沉淀溶解反应的反应商q构成AmBn的难溶性电解质，离子积Qc为：Qc=Ksp时，沉淀溶解反应处于平衡状态，溶液为饱和溶液。 QcKsp中，溶液为不饱和溶液，溶液中有难溶性电解质固体时，固体会溶解直到溶液饱和。 根据溶解度积的原理可以判断沉淀的生成和溶解。 溶解度积原理、Qc与ksp关系：溶解度积原理Qc=Ksp、平衡状态QC ksp、析出沉淀Qksp不产生沉淀，例如将等体积的0.2moll-1的Pb(NO3)2与0.2moll-1ki水溶液混合，产生PbI2沉淀？ 溶解度积的原理、定性分析：溶液中的残留离子浓度为10-5mol/L。 沉淀完整，2 .沉淀生成，例如，CaSO4沉淀混合以下溶液生成？ 已知ksp (caso4)=2.45105。 沉淀生成的必要条件：离子积(QC )溶解度积(KSP )、1moll-1na2so4溶液20ml和1moll-1cacl2溶液20ml 0.002moll-1na2so4溶液20ml和0.002moll-1cacl2溶液20ml。 没有CaSO4沉淀生成。 解：两种物质等体积混合，体积倍增，各物质浓度减半： (1) c (Ca2 )=0.5摩尔1，c (so42)=0.5摩尔1，QC=c (Ca2 )-c (so42)=0.25 ksp (caso4)=2.45105，(2) c (Ca2 )=0.001摩尔=0.001moll-1，QC=c (ca2) c (so42)=110，沉淀的生成，例如，Ba2离子浓度为0.01molL-1的溶液50mL和浓度为0.02molL-1的na2so430ml混合，生成BaSO4沉淀？ 反应平衡后溶液中的Ba2浓度是多少？解：混合后的溶液总体积为80mL时，混合后的各物质浓度需要： BaSO4沉淀生成。 QC ksp (baso4)=1.11010，QC=c (ba2 )/cc (so42)/c=4.7105，c (ba2 )=(0.0150 )/80=0.00625摩尔1，c平衡时： ksp (baso4)=c (ba2 ) c (so42)=1.11010， 开始：0.006250.0075平衡： x 0.0075(0.00625x )，平衡时溶液中的ba2离子浓度为XM oll1，baso4(s ) ba2 (AQ ) so42(AQ )，沉淀的生成即(0.00125x)x=1.11010ksp较小， 由于x远小于0.00125 x0.00125，因此1.11010 x=34-=8. 81080.00125，即达到新的平衡后，溶液中的Ba2离子浓度为8.8108 moll1 . 沉淀物的生成，1 )为了尽量减小沉淀物的溶解度，选择适当的沉淀剂，沉淀SO42-常用Ba2作为沉淀剂： -生成的BaSO4的溶解度最小。 沉淀反应可以分离溶液中的某种离子。 完全进行沉淀的措施：沉淀的生成，Ksp(BaSO4)=1.210-10，Ksp(CaSO4)=2.4510-5，Ksp(PbSO4)=1.0610-8，沉淀的生成，2 )加入适当的过量沉淀剂，例如25C时，BaSO4的Ksp=1.110-10，baso 解：设BaSO4在纯水中溶解度为smolL-1、BaSO4在0.1moll1的Na2SO4溶液中的溶解度为s，则s=c (ba2 )=c (so42)= ksp (baso4) 1/2=1.0510-5，沉淀的生成， baso4在0.1摩尔- 1的Na2SO4溶液中的溶解度1.110-9摩尔- 1比纯水的1.0510-5摩尔- 1低，s的数值小，因此为0.1 s0.1、s(0.1s)=1.110-10、1.110-10s=335434-=1.110 - c (ba2)=sc (so42-=0.1s，沉淀的生成，同离子效应：在难溶性电解质的饱和溶液中加入含有共同离子的易溶性强电解质，减少难溶性电解质的溶解度。 (上述例子)与离子效果同样，设AgCl (s )=ag (AQ ) cl(AQ ) ksp= ag cl =1. 610-10 a gcl在0.1moll-1的NaCl溶液中的溶解度为s，则平衡时c(ag)=sc(cl)-(s )=0.1s，因此估计0.1 s0. 11.61010 s=34-=1. 61091.3105 mol/l (小于104)0.1，例如AgCl在0.1MNaCl(aq )中的溶解度s。 (纯水中so=1.310-5mol/L )、同离子效果、同离子效果的应用：沉淀清洗时，用具有与难溶性物相同离子的强电解质溶液清洗，不直接用水清洗。 沉淀剂的用量也不是越多越好。 沉淀剂过量：适宜，20%50%。 过多反而增加了溶解度。 例如AgCl的沉淀反应：通过与过剩的cl生成络离子而溶解。AgCl (s ) cl(AQ ) AgCl 2(AQ )和离子效应的应用，盐效应：在难溶性电解质的饱和溶液中加入不同离子的易溶性强电解质，难溶性电解质的溶解度增大。 例如，BaSO4、AgCl在KNO3溶液中的溶解度大于在纯水中的溶解度。 离子效应和盐效应相反，但离子效应的影响程度远大于盐效应。 在没有特别指出考虑盐效应的影响的情况下，盐效应在计算中可以忽略不计。盐效果：s0:纯水中的溶解度； 在KNO3溶液中的溶解度。 盐效应，3 )对于难溶性氢氧化物、难溶性弱酸盐的沉淀反应，为了完全确保沉淀，必须控制溶液的pH值。 控制溶液的pH值，例如假设溶液中的Fe3离子浓度为0.1molL-1，Fe(OH)3沉淀开始生成的pH值是多少？沉淀完整的pH值是多少？ksp(Fe(oh)3)=1.110-36，即c(OH-()=2.210-12摩尔- 1开始沉淀所需的c(oh)-()为ksp (Fe (oh )3)= c (Fe3 ) c (oh) 3，解： Fe (oh ) 3fe (AQ ) 3oh(AQ )，0.1摩尔- 1的Fe3开始沉淀时的pH为2.34，沉淀完全即，ph=14.00poh=3.68，c (oh-()=ksp (Fe (oh )3)/c (Fe3 )1/3=4.791011摩尔1，在沉淀完全情况下，c (Fe3 )=105摩尔1，此时的c(oh)-()为：沉淀开始时： ph=14poh=1 例如：在0.1 moll1的ZnCl2溶液中流入H2S使其饱和，控制酸度达到何种程度的zns(zns )。 沉淀ZnS时，溶液中的氢离子浓度是多少？解：沉淀ZnS所需的S2-最低浓度为：h2s2h2o2h3OS 2，h2s饱和溶液中c (h2s )0.1moll1，s 2浓度与溶液的酸度有关：控制溶液的pH值 c (h3o ) 2c (S2) k=ka1ka2=35433愚人节354 c (H2S )=9.2310-22，控制溶液的pH值，其中c (Zn2 )=10-5摩尔- 1，在此情况下c (S2)为c (在此情况下) c (Zn2 )=1.21018mo ll1，S2浓度与溶液的酸度有关：H2 S2 H2O2H3 OS 2， c (h3o ) 2c (S2) k=ka1ka2=33543354愚人节353354 c (H2S )=9.2310-22，控制溶液的pH值，代入数据，控制溶液的pH值，包含相同浓度(0.01摩尔-1) 在Cl-混合液中加入AgNO3，可以产生哪种沉淀先生在含有相同浓度(0.01molL-1 )的CrO42-和Cl-的混合液中加入AgNO3，可以产生哪种沉淀先生先生变成黄色的AgI沉淀后，变成白色的AgCl沉淀先生变成白色的AgCl沉淀假设添加试剂后不考虑体积变化的工艺，生成AgCl和AgI沉淀所需的Ag浓度，AgCl开始沉淀时，I离子几乎完全沉淀。 ksp(agi)ksp(agcl )。 离子浓度接近，生成与沉淀剂相同类型的难溶性物质时，Ksp越小先沉淀，Ksp越大后沉淀，溶解度积之差越大，分离效果越好。 Ksp(Ag2CrO4)Ksp首先沉淀。 必要沉淀量少的先沉淀。 阶段沉淀的基本原则：阶段沉淀，Ksp(Fe(OH)3)=410-38，Ksp(Mg(OH)2)=1.810-11，例如在含有Fe3和Mg2 (c均为0.01molL-1 )的混合溶液中加入NaOH溶液，使一方的离子完全沉淀，另一方不沉淀需要控制pH的范围是多少？ 解：基于Fe (oh )3(s ) Fe3oh-mg (oh )2(s ) mg2oh-沉淀所需的oh -浓度，fe3和mg2中的哪一个先沉淀、阶段沉淀或沉淀Mg2 (c为0.01 moll-1 ):c (oh )-()= ksp (mg (oh )2)/c (mg2) 2=4.210-5 (摩尔1 ) Fe (oh ) 3首先沉淀Fe3完全沉淀时： c (Fe3 )=110-5摩尔1 Fe3沉淀(c为0.01摩尔1 ):c (oh)=