北师大版无机化学课件沉淀平衡

1、1单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1Inorganic Chemistry2021年年12月月11日星期日星期六六第第10 章章 沉沉 淀淀 平平 衡衡Inorganic Chemistry2无机化学主要内容主要内容10-1 10-1 溶度积原理溶度积原理10-2 10-2 沉淀与溶解沉淀与溶解Inorganic Chemistry3无机化学10-1-1 10-1-1 溶度积常数溶度积常数 K-Ksp (solubility product), 难溶电解质溶解沉淀平衡难溶电解质溶解沉淀平衡的平衡常数，的平衡常数，它反应了物质的溶解能力。它反应了物质的溶解能力。 溶度积常数，简

2、称溶度积。溶度积常数，简称溶度积。 在一定温度下，将难溶电解在一定温度下，将难溶电解质晶体放入水中时，就发生溶解质晶体放入水中时，就发生溶解和沉淀两个过程。在一定条件下和沉淀两个过程。在一定条件下，当溶解和沉淀速率相等时，便，当溶解和沉淀速率相等时，便建立了一种动态平衡。建立了一种动态平衡。溶解溶解沉淀沉淀AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) K = Ag+Cl- 10-1 10-1 溶度积原理溶度积原理Inorganic Chemistry4无机化学Ksp= Am+nBn-m一般沉淀反应：一般沉淀反应：AnBm(s) nAm+(aq)+mBn-(aq) 溶度溶度积积常数的意义：

3、一定温度下，难溶强电解质饱和常数的意义：一定温度下，难溶强电解质饱和溶液中离子浓度的系数次方之积为一常数。溶液中离子浓度的系数次方之积为一常数。 K Kspsp越大则越大则难溶电解质在溶液中溶解趋势越大，反之越小。难溶电解质在溶液中溶解趋势越大，反之越小。 K Kspsp只与温度有关。温度一定，值一定，不论含不含只与温度有关。温度一定，值一定，不论含不含其它离子。其它离子。溶度积为一常数，在数据表中可查得。溶度积为一常数，在数据表中可查得。Ksp= Ca2+5PO43- 3F- Ca5(PO4)3F 5Ca2+(aq)+ 3PO43- (aq) + F- (aq) Inorganic Chem

4、istry5无机化学10-1-2 10-1-2 溶度积原理溶度积原理 沉淀溶解平衡时沉淀溶解平衡时: Ksp= Am+nBn-m J Ksp 过饱和溶液，沉过饱和溶液，沉淀析出，淀析出，直至直至饱和为止饱和为止。J = Ksp 饱和溶液，饱和溶液，处于平衡。处于平衡。 Inorganic Chemistry6无机化学 J = c(Pb2+)c(I-)2 = 0.1 (0.1)2 = 1 10-3 J Ksp 会产生会产生PbI2沉淀沉淀 例题例题1： 等体积的等体积的0.2 molL-1的的Pb(NO3)2和和0.2 molL-1 KI水溶液混合是否会产生水溶液混合是否会产生PbI2沉淀？沉淀

5、？ Ksp = 1.4 10-8 解：解：PbI2 (s) Pb2+ (aq) + 2 I- (aq)Inorganic Chemistry7无机化学 0.100 molL-1 的的MgCl2溶液和等体积同浓度的溶液和等体积同浓度的NH3水混合，水混合，会不会生成会不会生成Mg(OH)2沉淀？已知沉淀？已知 Ksp Mg(OH)2 5.6110-12, Kb (NH3) 1.7710-5。解题思路解题思路 有无有无Mg(OH)2沉淀生成的判断标准：沉淀生成的判断标准：J与与Ksp 的关系。的关系。Mg(OH)2 Mg2+(aq)+ 2OH- (aq) J= c(Mg2+ ) c(OH- )2从

6、已知条件中可以获得从已知条件中可以获得c(Mg2+)，c(OH-)由由NH3水提供，可间接获得。水提供，可间接获得。MgCl2溶液与溶液与NH3水等体积混合，两者浓度均减半。水等体积混合，两者浓度均减半。 c(Mg2+)c (NH3)= 0.100/2=0.05 molL-1 c(NH3)/Kb500 c(OH-)= =9.4110- 4 molL-1 J c(Mg2+ ) c(OH- )2 =0.05 (9.4110- 4)2 =4.410-8J Ksp 生成生成Mg(OH)2沉淀。沉淀。05. 01077. 1cK5bInorganic Chemistry8无机化学引深引深 若在若在MgC

7、l2溶液与溶液与NH3水等体积混合前，先水等体积混合前，先加入一定量加入一定量NH4Cl，使其在混合液中浓度为，使其在混合液中浓度为0.5 molL-1 ，是否还有沉淀？，是否还有沉淀？ 解：解： c(OH-) = Kb c(NH3)/c( NH4Cl) =1.7710-6 molL-1 Jc(Mg2+ ) c(OH- )2=0.05 (1.7710-6)2 = 1.5610-13 y 所以结论不正确所以结论不正确2x xy y Inorganic Chemistry15无机化学10-1-4 10-1-4 溶度积溶度积K Kspsp的计算的计算（1）由溶解度求得）由溶解度求得 AnBm(s)

8、= nAm+(aq)+mBn-(aq) Ksp= (nS)n(mS )m（2）由热力学数据求得）由热力学数据求得 AnBm(s) = nAm+(aq)+mBn-(aq) rGo = -RTln Ksp lnKsp = - rGo /RT （3）电化学方法求解）电化学方法求解 rGo = -RTlnKs rGo nFE Eo sp05920nE EolgK= =Inorganic Chemistry16无机化学10-1-5 10-1-5 同离子效应和盐效应同离子效应和盐效应1.1.同离子效应同离子效应 （1 1）含义：）含义： 在难溶电解质的溶液中加入含有相同在难溶电解质的溶液中加入含有相同离子

9、的强电解质，使离子的强电解质，使难溶电解质的难溶电解质的溶解度溶解度S S减小的减小的作用。作用。Ksp(AgCl)= Ag+Cl- = (S*)(S*)= S*21510*Lmol1033.11077.1S例例1：AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) S* S*Inorganic Chemistry17无机化学 AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl- (aq) 加入加入HCl后达平衡后达平衡 S S+0.01 0.01 Ksp = Ag+Cl- =S(S+0.01)= 1.6 10-10 S = 1.77 10-8 molL-1S*1.33 10-5 molL-1AgC

10、l在在0.01molL-1 HCl中的溶解度中的溶解度S？AgCl溶解度比纯水中减少！溶解度比纯水中减少！Inorganic Chemistry18无机化学 例例2 2：298K298K时硫酸钡的溶解度为时硫酸钡的溶解度为1.041.041010-5-5molmolL L-1-1，问，问在在0.010mol0.010molL L-1-1的硫酸钠溶液中的溶解度是多少？的硫酸钠溶液中的溶解度是多少？ 求求s s BaSO BaSO4 4 Ba Ba2+2+ + SO + SO4 42-2- 初初 0 0.010 0.01 平衡平衡 s s s s+0.010.01+0.010.01K Kspsp=

11、Ba=Ba2+2+SOSO4 42-2- =s =s0.01 0.01 s s= =K Kspsp/0.01 =1.08/0.01 =1.081010-10-10/0.01 =1.08/0.01 =1.081010-8-8molmolL L-1-1s s0.01, KspJ Ksp。 即即欲使某物质析出沉淀，必须使其离子积大欲使某物质析出沉淀，必须使其离子积大于溶度积，即增大离子浓度可使反应向着生成沉于溶度积，即增大离子浓度可使反应向着生成沉淀的方向转化。淀的方向转化。Inorganic Chemistry24无机化学10-2-2 10-2-2 沉淀的溶解沉淀的溶解 必须减小该难溶盐饱和溶液中

12、某一离子的浓度，必须减小该难溶盐饱和溶液中某一离子的浓度，以使以使 J J Ksp(ZnS) = 2.9310-25 所以所以Zn2+先沉淀。先沉淀。要分离两种离子，必须在要分离两种离子，必须在Zn2+沉淀完全时而沉淀完全时而Mn2+还未沉淀。还未沉淀。 Zn2+沉淀完全时，沉淀完全时，Zn2+=10-5 molL-1 Mn2+=0.1 molL-1 分别按上述公式计算得到：分别按上述公式计算得到：pH=2.32，5.41 控制控制pH在：在：2.32pH5.41Inorganic Chemistry34无机化学例题：例题： 25下下,于于0.10molL-1FeCl2溶液和溶液和CuCl2溶

13、液中通入溶液中通入H2S(g), 使其成为饱和溶液使其成为饱和溶液 (c(H2S)= 0.10molL-1) 。试判断能否。试判断能否生成生成FeS沉淀？沉淀？Cu2+ H2S CuS(s)+2H+解：解： Ksp(CuS) Ksp(FeS） CuS先生成沉淀。先生成沉淀。沉淀完全时溶液中沉淀完全时溶液中H+=0.2 molL-1 H2S饱和溶液中有：饱和溶液中有：S2- H+ 2 =6.8410 -24 S2- = 1.710 -22 molL-1) Fe2+S2- = 0.1 1.710 -22 Ksp(FeS） 不会生成不会生成FeS沉淀。沉淀。Inorganic Chemistry35

14、无机化学 MS(s)+2H MS(s)+2H+ +M M2+2+ H+ H2 2S SK K=M=M2+2+HH2 2S/HS/H+ + 2 2 = =K Kspsp/(/(K Ka1a1K Ka2a2) )溶解：溶解：KspKKaa2122SHMH=当当MM2+2+=0.10mol=0.10molL L-1-1, H, H2 2S0.1molS0.1molL L-1-1时平衡溶液中时平衡溶液中HH+ + 为：为：KspKspKKaa252122106.84SHMH=Ksp越小者所需酸的浓度越大。越小者所需酸的浓度越大。Inorganic Chemistry36无机化学 例例： 将将 0.1

15、mmol 的的 CuS 溶于溶于 1.0 mL 盐酸中，盐酸中，求所需的盐酸的最低的浓度。求所需的盐酸的最低的浓度。 Ksp(CuS) = 1.2710-36 。解：解：CuS 完全溶解后体系中完全溶解后体系中 Cu2+=0.1 molL-1 假定溶液中平衡时假定溶液中平衡时 H2S= =0.1 molL-1 H+=7.34105 molL-1 C(H+)= 7.34105 +0.12 7.34105molL-1 实际上用最浓的实际上用最浓的盐酸（盐酸（1212molL-1 ）也不能溶解。）也不能溶解。Inorganic Chemistry37无机化学溶解方法 HAc 稀HCl 浓HCl HN

16、O3 王水 MnS 溶 ZnS FeS 不溶 溶 CdS 不溶 不溶 溶 PbS 不溶 不溶 溶 溶 CuS Ag2S 不溶 不溶 不溶 溶 HgS 不溶 不溶 不溶 不溶 溶 Inorganic Chemistry38无机化学 10-2-4 10-2-4 分步沉淀分步沉淀如果溶液中同时含有几种离子，当加入某种沉淀剂如果溶液中同时含有几种离子，当加入某种沉淀剂时，沉淀反应将依怎样的次序进行呢？时，沉淀反应将依怎样的次序进行呢？ 含义：含义：先后沉淀的作用。先后沉淀的作用。相反的过程称为相反的过程称为“分步溶解分步溶解”（选择性溶解）（选择性溶解） 规律：规律： 同一组成类型的化合物：同一组成类

17、型的化合物： K Ksp sp 小的先成为沉淀析小的先成为沉淀析出，出，K Kspsp大的后成为沉淀析出。大的后成为沉淀析出。 不同类型的化合物：不同类型的化合物： 通过计算分别求出产生沉淀通过计算分别求出产生沉淀时所需沉淀剂的最低浓度，其值低者先沉淀。时所需沉淀剂的最低浓度，其值低者先沉淀。Inorganic Chemistry39无机化学 例例：在含有在含有0.01molL-1Cl和和0.01 molL-1 I的混合溶液中的混合溶液中,逐滴逐滴加入加入AgNO3溶液，现象如何？能否用分步沉淀的方法分离溶液，现象如何？能否用分步沉淀的方法分离? 已已知知:AgCl的的Ksp=1.7710-1

18、0, AgI的的Ksp=8.5110-17解：解：AgCl开始沉淀的开始沉淀的Ag+1=1.7710-10/0.01=1.7710-8molL-1 AgI开始沉淀的开始沉淀的Ag+2=8.5110-17/0.01=8.5110-15molL-1 生成生成AgI沉淀所需沉淀所需Ag+离子浓度少，所以先沉淀。离子浓度少，所以先沉淀。 AgCl开始沉淀时，溶液中的开始沉淀时，溶液中的I-离子是否沉淀完全？离子是否沉淀完全？AgCl开始沉淀的开始沉淀的Ag+=(1.7710-10)/0.01=1.7710-8(molL-1) 此时溶液中此时溶液中I-=Ksp(AgI)/ Ag+=(8.5110-17)

19、/(1.7710-8) =4.8010-9(molL-1) 10-5 所以所以AgCl开始沉淀时，开始沉淀时，I-离子已经沉淀完全。即可以用分离子已经沉淀完全。即可以用分步沉淀分离。步沉淀分离。且两种沉淀的溶度积相差越大，分离越完全且两种沉淀的溶度积相差越大，分离越完全。Inorganic Chemistry40无机化学Cl-与与I-有何关系时有何关系时AgClAgCl开始沉淀？开始沉淀？Ag+ Cl- = Ksp(AgCl) = 1.77 10-10 Ag+ I- = Ksp(AgI) = 8. 51 10-17 Cl- / I- = 2.08 106 当当Cl- 比比I- 大大106倍时，

20、倍时， AgCl开始开始沉淀。沉淀。 什么条件下什么条件下AgCl先沉淀？先沉淀？Inorganic Chemistry41无机化学 例：例：PbCrOPbCrO4 4 (s) + S (s) + S2-2- (aq) = PbS (s) + CrO (aq) = PbS (s) + CrO4 4 2-2- 黄色黄色 黑色黑色 K K = CrO = CrO4 4 2-2-/ S/ S2-2- = = K Ksp (PbCrOsp (PbCrO4 4) / ) / K Ksp (PbS)sp (PbS) = 1.77 = 1.77 1010-14-14 / 9.04 / 9.04 1010-2

21、9-29 = 1.96 = 1.96 10101414 上述转化反应上述转化反应 很完全。很完全。 10-2-5 10-2-5 沉淀转化沉淀转化 通过化学反应将一种沉淀转化为另一种沉淀。通过化学反应将一种沉淀转化为另一种沉淀。 （1 1）大多数情况下，由溶解度大的沉淀向溶解度小的大多数情况下，由溶解度大的沉淀向溶解度小的沉淀转化。（类型相同：沉淀转化。（类型相同： Ksp大（易溶大（易溶) )者向者向Ksp小（难小（难溶溶) )者转化容易，二者者转化容易，二者Ksp相差越大，转化越完全。）相差越大，转化越完全。）Inorganic Chemistry42无机化学 例：例：有有0.20 mol

22、BaSO4沉淀，每次用饱和沉淀，每次用饱和Na2CO3(1.6 mol.dm-3)溶液处理，若要把溶液处理，若要把BaSO4沉淀完全转化到溶液中，需要处理几沉淀完全转化到溶液中，需要处理几次？次？ (298 K, BaSO4 Ksp = 1.07 10-10 , BaCO3 Ksp = 2.58 10-9 )解：解： BaSOBaSO4 4 (s) + CO (s) + CO3 32- 2- (aq) = BaCO(aq) = BaCO3 3 (s) + SO(s) + SO4 42-2- (aq) (aq)平衡浓度：平衡浓度： 1.6 x x1.6 x x 2910342223241051.

23、 41 .2411058. 21007. 1BaCO,KspBaSO,KspBaBaCOSOK=（2 2）溶解度相差不大时，一定条件下能使溶解度小的沉淀溶解度相差不大时，一定条件下能使溶解度小的沉淀向溶解度大的沉淀转化。向溶解度大的沉淀转化。Inorganic Chemistry43无机化学1 .241X6 . 1X=3dmmol064. 0X=Inorganic Chemistry44无机化学例例: 今有今有ZnS和和HgS两种沉淀各两种沉淀各0.1mol，问要，问要 用用1升多少浓度的盐酸才能使它们溶解？升多少浓度的盐酸才能使它们溶解？ (ZnS的的Ksp=2.510-22， HgS的的K

24、sp=4.010-53)Inorganic Chemistry45无机化学1 19 92 22 22 22 22 22 22 21 10 00 01 11 10 05 52 2 = = = =.)S( c)S( c)H(c)Zn( c )SH( cKj3 31 10 05 52 2 = =.)Lmol(.)Zn( c )SH( c)H( c1 13 32 23 32 22 22 21 10 05 52 21 10 01 10 05 52 2 = = = = = =盐酸的初浓度盐酸的初浓度= 2+0.2 = 2.2 (molL-1)解：解： ZnS + 2H+ H2S + Zn2+ 平衡平衡 x

25、 0.1 0.1 molL-1 Inorganic Chemistry46无机化学 HgS + 2H+ H2S + Hg2+平衡：平衡： y 0.1 0.1 molL-13 34 41 19 95 53 32 22 22 21 10 00 04 41 10 00 01 11 10 00 04 4 = = = = =.)H(c)Hg( c )SH( cKj)L/mol(100 . 5100 . 41 . 0)H( c15342 = = = = HgS不能溶于盐酸。不能溶于盐酸。Inorganic Chemistry47无机化学1. Mg(OH)2 在室温时的溶度积为在室温时的溶度积为Ksp，在，在 0.1molL-1NaOH溶液中，其溶解度溶液中，其溶解度S为为 A. 10Ksp B. 100Ksp C. 200Ksp D. (Ksp 4)1/3自测题：自测题：S ( 2S + 0.1)2 = Ksp 2S + 0.1 0.1S = Ksp / 0.01 = 100Ksp，选选B