第二章 沉淀分离法1

1、1第二章沉淀分离法separation by precipitation2 沉淀分离法是在试料溶液中加入沉淀剂，使某一成分以一定组成的固相析出，经过滤而与液相分离的方法。32.1 沉淀生成的条件2.1.1 溶度积和同离子效应2.1.2 盐效应2.1.3 氢离子浓度及络合剂2.1.4 有机溶剂2.1.5 温度42.1.1 溶度积和同离子效应mnnmXMKsp溶度积nMm+ + mXn- MnXm（固）Ksp是衡量沉淀溶解度的尺度有效分离：Ksp106或更小几种离子均可沉淀时，其Ksp要有足够的差异5同离子效应：沉淀的溶解度因其共同离子的一种过量存在而减小的现象。可用于沉淀洗涤,减少损失.62.1

2、.2 盐效应盐效应：当溶液中有与构成沉淀的离子不同的离子存在时，沉淀的溶解度增大。原因：大量的无关离子存在时，溶液的离子强度增大，离子的活度系数相应减小，使原来饱和的难溶盐溶液变为不饱和。72.1.3 氢离子浓度及络合剂HnX + nH2O nH3O+ + Xn- Xn-：弱酸阴离子氢离子浓度对强酸盐沉淀影响小。对弱酸盐形成的沉淀，尤其是由有机试剂生成的沉淀影响较大。nnnOHXHKaX38 在含难溶盐的溶液中，加入能与被测定的离子生成络合物的络合剂时，沉淀的溶解度随络合剂添加量的增大而增大。AgCl Ag+ + Cl-+2NH3Ag(NH3)2+92.1.4 有机溶剂往水中加入乙醇、丙酮等有

3、机溶剂，无机盐的溶解度会减小。原因：减小了溶剂化作用和较低的介电常数（水78.5， 乙醇24 ）102.1.5 温度沉淀的溶解，绝大部分是吸热反应，其溶解度一般随温度的升高而增大。112.2 沉淀生成过程12陈化相对过饱和度）Q（和度沉淀开始生成时的过饱Q常数沉淀的溶解度过饱和浓度沉淀生成前沉淀物质的Q沉淀生成的初期速度Q:/:SSSKSvSSKv 132.3 沉淀类型2.3.1 分级沉淀2.3.2 共沉淀2.3.3 均相沉淀142.3.1 分级沉淀两种阴离子（或阳离子）与相同的阳离子（或阴离子）形成难溶盐，其溶度积相差足够大时，加入沉淀剂可从混合溶液中将其分别沉淀出来加以分离。Fe3+、 M

4、g2+ Fe(OH)3， Mg2+NH4Cl NH3 H2OKsp Fe(OH)3 = 7.11040Ksp Mg(OH)2 = 1.81011152.3.2 共沉淀当沉淀从溶液中析出时，某些本来不应沉淀的组分同时被沉淀下来的现象。共沉淀机理：吸附、生成混晶、形成固溶体、吸留和包藏、后沉淀等主沉淀共 沉 物 质主沉淀共 沉 物 质HgSCuS，CdSFe(OH)3Cu(OH)2CuSCdS ，ZnS ，FeSCr(OH)3Zn(OH)2 ， Mg(OH)2CdSZnSSiO2 nH2OAl(OH)3 ， Fe(OH)3SnSNiSAl(OH)3Al2(SO4)3SnS2CoS ，FeSBeSO

5、4CaSO4 ，K2SO4 ，ZnSMnS ，CoS ，NiS ，FeSCa(NO3)2 ，Ba(NO3)216pH上升及下降法直接产生沉淀剂2.3.3 均相沉淀通过适当化学反应，均匀缓慢地生成沉淀剂。(NH2)2CO + H2O 2NH3 + CO2H3CCCCH3OO+NH2OH.HClH3CCCCH3NOHNOH+ 2H2O + 2HClH3CCCCH3OO+NH2OH.HClH3CCCCH3NOHNOH+ 2H2O + 2HClH3CCCCH3OO+NH2OH.HClH3CCCCH3NOHNOH+ 2H2O + 2HClNHOHNNOHONaNO217逐渐除去溶剂 预先加入挥发性比水大

6、，且易将待测沉淀溶解的有机溶剂，通过加热将有机溶剂蒸发，使沉淀均匀析出。 破坏可溶性络合物 用加热方法破坏络合物，或用一种离子从络合物中置换出被测离子，以破坏被测离子络合物 。182.4 沉淀操作条件沉淀生成条件及操作杂 质 形 式混 晶表面吸附包 藏后沉淀 使用稀溶液00 缓慢沉淀 陈化0/ 高温 搅拌0 洗涤0 00 再沉淀0/ 调节pH值000 沉淀完迅速过滤000 均相沉淀 注： 杂质可忽略不计； 纯度增大，仍有杂质残留； 0 无显著变化； 纯度降低192.5 常量组分的沉淀分离2.5.1 无机沉淀剂分离法2.5.2 有机沉淀剂分离法202.5.1 无机沉淀剂分离法2.5.1.1 氢氧

7、化物沉淀分离法（1）氢氧化物与pH值的关系多数金属离子能生成氢氧化物沉淀，但沉淀的溶解度往往相差很大。可以通过控制溶液酸度使某些金属离子彼此分离。21M(OH)n Mn+ + nOH-) 12()(1)(1nspwnspnnspspnnMppKnpKpHMppKnpOHMKOHKOHM设金属离子Mn在溶液中的起始浓度为C，沉淀完全时残留在溶液中的浓度应小于10-6mol L-1，由式（21）可计算M(OH)n开始沉淀及沉淀完全时溶液的pH值。2223注意：这种计算是近似的氢氧化物是无定形沉淀，沉淀的溶解度和析出的沉淀的形态、陈化情况及其它因素有关。金属离子不只以一种阳离子形式存在，可能形成多种

8、羟基络合物及其它络合物。一般的Ksp是指稀溶液中，无其它离子存在时难溶化合物的溶度积，实际的溶度积Kap与Ksp之间有一定差距。 因此，实际的使金属离子氢氧化物沉淀完全的pH值高于理论计算值，必须由实验确定。24元 素pH值范围试 剂Nb，Si，Ta，W1浓HCl， HNO3 ，HClO4，H2SO4Sb()，Sn()1浓HNO3 ，HClO4Mn()1浓HNO3或HClO4 KClO4Pb()12NaOH(沉淀不完全)各种氢氧化物和含水氧化物沉淀时的pH值范围25（2）常用控制pH值的方法 NaOH法 NaOH是强碱，可使两性元素与非两性元素分离。 NaOH沉淀分离法的分离情况： NaOH溶

9、液中往往含有微量CO32-，使部分 Ca2+，Sr2+，Ba2+形成碳酸盐沉淀。因此NaOH主要用于表中第（I）和第（III）类离子的分离 加入三乙醇胺、EDTA、H2O2、乙二胺等络合剂以改善分离效果。 采用小体积的较浓溶液沉淀分离，可克服吸附和共沉淀现象。（I）定量沉淀的离子（II）部分沉淀的离子（III）溶液中存留的离子Mg2+,Cu2+,Ag+,Au(I),Cd2+,Hg2+,Ti(IV),Zr(IV),Hf(IV),Th(IV),Bi3+,Fe3+,Co2+,Ni2+,Mn2+,稀土Ca2+,Sr2+,Ba(碳酸盐),Nb(V),Ta(V)AlO2-,CrO2-,ZnO22-,PbO

10、22-,SnO32-,GeO32-,GaO2-,BeO22-,SiO32-,WO42-,MoO42-,VO3-,等26 氨水法 氨水沉淀分离法的分离情况：（I）定量沉淀的离子（II）部分沉淀的离子（III）溶液中存留的离子Hg2+,Be2+,Fe3+,Al3+,Cr3+,Bi3+,Sb(III),Sn(IV),Mn2+,Ti(IV),Zr(IV),Hf(IV),Th(IV), Nb(V), Ta(V) ,U(VI),稀土Mn2+,Fe2+(有氧化剂存在时，可定量沉淀)；Pb2+(有Fe3+，Al3+共存时将被共沉淀)Ag(NH3)2+,Cu(NH3)42+,Cd(NH3)42+,Co(NH3)

11、63+,Ni(NH3)62+,Zn(NH3)42+,Ca2+,Sr2+,Ba2+,Mg2+等27 ZnO悬浊液ZnO + H2O Zn(OH)2 Zn2+ + 2OH-6Lmol10.11L.1mol0102 . 1102 . 11 -81 -22171722pHOHZnZnOHKOHZnsp，时当28 氧化锌的溶解度与pH值的关系292.5.1 无机沉淀剂分离法2.5.1.2 硫化物沉淀分离法（1）常用沉淀剂H2SH2S HS- S2-H+k1-H+k2k1=5.7 10-8，k2=1.2 10-15H2S饱和溶液中H2S0.1mol L-1。S2-与溶液的酸度有关。30 硫化物完全沉淀的最

12、高盐酸浓度硫化物cHCl/(mol L-1)硫化物cHCl/(mol L-1)As2S312PbS0.35HgS7.5SnS0.30CuS7.0ZnS0.02Sb2S33.7CoS0.001Bi2S32.5NiS0.001SnS22.3FeS0.0001CdS0.7MnS0.0000831（2）均相沉淀剂硫代乙酰胺CH3CSNH2 + 2H2O + H+ CH3COOH + H2S + NH4+CH3CSNH2 + 3OH- CH3COO- + S2- + NH3 + H2O 322.5.2 有机沉淀剂分离法2.5.2.1 生成鳌合物的沉淀剂两种基团酸性：OH COOH SO3H SH（其H+

13、可被金属离子置换）碱性：NH2 （以配位键与金属离子鳌合）NHNCOCS33（1）8羟基喹啉NOHNOMNO34（2）丁二酮肟H3CCNOHCNOHH3CCH3CNOHONCH3CH3CCNOHONH3CCNi35（3）铜铁灵、新铜铁灵NNOONH4铜铁灵NNOONH4新铜铁灵36（4）铜试剂：二乙基胺二硫代甲酸钠（DDTC）CSS(C2H5)2NCSSMN(C2H5)2372.5.2 有机沉淀剂分离法2.5.2.2 生成缔合物的沉淀剂CHOHCOO- 4 + Zr4+ (C6H5CHOHCOO)4Zr 苦杏仁酸382.5.2 有机沉淀剂分离法2.5.2.3 生成三元络合物的沉淀剂（1）吡啶C

14、6H5N + Cu2+ Cu(C6H5N)22+Cu(C6H5N)22+ + 2SCN- Cu(C6H5N)2(SCN)2 39（2）1，10邻二氮杂菲Pd2+ + C12H8N2 Pd(C12H8N2)2+Pd(C12H8N2)2+ + 2Cl- Pd(C12H8N2)Cl2 40 沉淀分离常用有机试剂沉淀剂沉淀条件沉淀元素溶液中不沉淀的元素吡啶pH6.5Fe,Al,Cr,Ti,Zr,V,Th,Ga,InMn,Cu,Ni,Co,Zn,Cd,Ca,Sr,Ba,Mg丁二酮肟酒石酸铵溶液Be,Fe,Ni,Pd,Pt2+Al,As,Sb,Cd,Cr,Co,Cu,Fe,Pb,Mn,Mo,Sn,Zn8-

15、羟基喹啉1.乙酸铵溶液Al,Bi,Cr,Cu,Co,Ga,In,Fe,Hg,Mo,Ni,Nb,Pd,Ag,Ta,Th,Ti,W,U,Zn,ZrSb5+,As,Ge,Ce,Pt,Se,Te2.氨性溶液pH7.5Al,Be,Bi,Cd,Ce,Cu,Ga,In,Fe,Mg,Mn,Hg,Nb,Pd,Sc,Ta,Th,Ti,U,Zn,Zr,RECr,Au铜铁试剂强酸性溶液10矿物胶W,Fe,Ti,V,Zr,Bi,Mo,Nb,Ta,Sn,U,PdK,Na,Ca,Sr,Ba,Al,As,Co,Cu,Mn,Ni,P,U(VI),Mg苯胂酸1mol/L HClZrAl,Be,Bi,Cu,Fe,Mn,Ni,Zn,

16、RE412.6 共沉淀分离和富集痕量组分2.6.1 无机共沉淀剂分离法2.6.2 有机共沉淀剂分离法42 利用共沉淀作用将痕量组分分离或富集起来的方法。 共沉淀富集要求：欲富集的痕量组分回收率高，共沉淀剂不干扰待富集组分的测定。432.6.1 无机共沉淀剂分离法2.6.1.1 吸附或吸留作用的共沉淀剂 氢氧化物与硫化物金属铜中分离微量铝Cu2+、Al3+酸溶Cu(NH3)42+，Al3+沉淀不完全过量氨水Fe(OH)3 + Al(OH)3 Fe3+氨水442.6.1 无机共沉淀剂分离法2.6.1.2 生成混晶的共沉淀剂45 常用无机共沉淀剂无机共沉淀剂沉淀条件沉淀元素Fe(OH)3pH5.88

17、.0微量AlpH89定量富集微量AspH7.99.5完全回收微量CopH46,3080定量富集Se、Te（成硒酸铁和碲酸铁沉淀）pH3.2,5mol L-1NH4NO3定量回收毫摩尔级的TipH=2.02.8, 1mol L-1KNO3, 8090从Sc中定量分离TipH=79UO22+Al(OH)3pH=8定量富集微量BepH=8.2微量BipH=5.9Co(毫克级Ni、Cu 、Pb 、Mn 、Cr存在下)pH=512Zn、RupH=7微量GaMnO(OH)2(水合MnO2)H+1.5mol L-1定量富集Sb（且与Cu完全分离）H+0.008mol L-1,有Pb2+存在富集Sb、SnBa

18、SO4pH77.5有Ba2+存在富集0.0025gP462.6.1 无机共沉淀剂分离法2.6.1.3 生成晶核的共沉淀剂AuAu3+NaTeO3H3SO3或SnCl2Te472.6.1 无机共沉淀剂分离法2.6.1.4 沉淀的转化作用Cu2+CuS沉积在滤纸上含CdS滤纸482.6.2 有机共沉淀剂分离法优点：富集效率高选择性好沉淀剂可借灼烧而挥发除去492.6.2 有机共沉淀剂分离法2.6.2.1 形成缔合物或鳌合物的共沉淀(CH3)2NCNHCH3N(CH3)2Zn(SCN)42- 载体甲基紫502.6.2 有机共沉淀剂分离法2.6.2.2 利用胶体的凝聚作用进行共沉淀辛可宁、丹宁、动物胶等可与带有相反电荷的被测元素的化合物胶体发生凝聚作用而沉淀。512.6.2 有机共沉淀剂分离法2.6.2.3 惰性共沉淀U6+1-亚硝基-2萘酚微溶性鳌合物- 萘酚/ 酚酞乙醇液铀1亚硝基2萘酚鳌合物 -萘酚52 有机共沉淀应用示例共沉淀组分载 体备 注Zn(SCN)42-甲基紫可富集100mL试液中1g的Zn2+H3P(Mo3O10)4-蒽醌磺酸钠，甲基紫可富集10-10 mol L