第三讲 水溶液模型.ppt

1、湿法冶金,第三讲 水溶液模型 2008.3.3,主要内容,研究水溶液模型的意义、目的； 复习络合物的知识； (1)络合物的稳定性； (2)简单的MeH2O系； (3)含多种金属多种配位体的溶液模型。 建立水溶液模型的方法与步骤。,意义、目的：,ZnHCl中ZnCl2(中学知识) 水溶液中的金属并不总是以简单的阳离子 Me2+的形态存在，常常与同时存在于水溶液中 的配位体生成各种形式的络合物。金属在水溶液 中的物种形式随溶液成分的改变而变化。,意义、目的：,湿法冶金更应进一步，了解金属离子在水溶液的形态，以便指导生产实践。,意义、目的：,研究一些湿法冶金过程，例如：萃取、离子交换等，建 立水溶液

2、模型，知道水溶液中金属的物种形式以及它们的平 衡浓度，有助于阐明这些过程的化学机理，并可以帮助人们 选择合适的萃取剂与离子交换剂; 或者反之，在使用一定的 萃取剂与离子交换剂时，调整溶液成分以使过程达到优化， 从而取得最好的结果。,意义、目的：,通过建立水溶液模型，就能解决水溶液中各种物种、络合物的问题。,络合物的生成 ：,配位体：能够与溶液中金属阳离子形成络合物的阴离子。 在一般的湿法冶金过程中，水溶液所含配位体有：F1-，Cl1-，I1-,，SO42-，HSO41-,CN1-，CO32-，HCO31-，NH3，OH1-等。 此外，部分有机物，如：有机酸（柠檬酸）也可以作为络合体。,络合物的

3、稳定性 ：,假定二价金属离子Me2+与负一价配位体为L1- 生成络合物，反应为 式中：i为配位数，i1,2,3,.。,络合物的稳定性 ：,络合物的稳定性可以用其累积生成常数来表征。 平衡常数： 称为累计平衡常数，也称为稳定常数。 式中 内为溶解物种的浓度。,络合物的稳定性 ：,实例： 累积平衡常数为,络合物的稳定性 ：,该实例具有现实意义。因为很多金属离子能 与OH-生成络合物。即使水溶液中不含其他任何 配位体时，也有OH-这一配位体存在，其络合反 应也是不可忽略的。,络合物的稳定性 ：,复习有关pH的概念： 水的离解常数 (室温),络合物的稳定性 ：,所以：,络合物的稳定性 ：,因此：,络合

4、物的稳定性 ：,另一种表达式为：,络合物的稳定性 ：,在计算时，采用上述两种表达式均可，应根 据所掌握的数据而定。 与 可以互换，其互 换关系为：,简单的MeH2O系 ：,在简单的MeH2O系溶液中，除OH-外没有其它 的配位体。因此，在这样的水溶液中金属物种有Me 与n种 型络合物(i1,2,3.，n)。 各物种的平衡浓度为：,简单的MeH2O系 ：,金属的物质平衡为： 或 式中 水溶液中金属的总浓度(分析浓度)； 水溶液中游离的Mez+离子浓度。,简单的MeH2O系 ：,水溶液中某一 型物质所占分数为： 游离的 离子所占分数为：,简单的MeH2O系 ：,例如：ZnH2O系溶液中物种的分布为

5、： lg lg Zn2+OH-=ZnOH+ 5.04 -9.0 Zn2+3OH-=Zn(OH)3- 13.9 -28.1 Zn2+4OH-=Zn(OH)42- 15.2 -40.9 计算结果见P73图3-1所示。 需要特别指出的是：AsH2O系和SbH2O系的情况有所不同。(P73),简单的MeH2O系 ：,含多种金属多种配位体的溶液模型：,如果溶液中含有n种金属 ，(p=1,2,3,.n)。 溶液中含有m种配位体 ， (j1,2,3,.m)，其中包括OH-。 每一种配位体的加质子反应为：,含多种金属多种配位体的溶液模型：,若每一种金属仅生成单核络合物： (i1,2,3,.6)，每种金属可生成

6、的络合物共6 种。n种金属可生成的络合物共6nm种。 (博士生课程),建立水溶液模型的方法与步骤：,例1：铜氨溶液中，已知 目的：求在溶液中各种物种的平衡浓度。,建立水溶液模型的方法与步骤：,第一步：写出水溶液中存在的所有水溶物种。 Cu2+，Cu(NH3)2+ ，Cu(NH3)22+，Cu(NH3)32+， x0， x1， x2， x3， Cu(NH3)42+，Cu(NH3)52+，Cu(NH3)62+， x4， x5， x6， Cu(OH)+ ，Cu(OH)20，Cu(OH)31-，Cu(OH)42-， x7， x8， x9， x10， NH3， NH4+， H+ x11， x12， x1

7、3,建立水溶液模型的方法与步骤：,第二步：用代码代替这些物种的平衡浓度。 为方便计算，分别用x0，x1，x2.。x13 表示。,建立水溶液模型的方法与步骤：,第三步：写出13个方程式。 (1)水溶液中Cu的物质平衡方程。 (2)水溶液中NH3的质量平衡方程。,建立水溶液模型的方法与步骤：,(3) NH3的加质子反应。 NH3+H+=NH4+ 注：如果配位体为Cl，则少一个加质子反应及方程。,建立水溶液模型的方法与步骤：,(4)Cu2+NH3络合物的累计生成常数方程（6个）。 Cu2+NH3=Cu(NH3)2+ . .,建立水溶液模型的方法与步骤：,(5)Cu2+OH-络合物的累计生成常数方程（4个）。 Cu2+OH-=Cu(OH)+ . .,建立水溶液模型的方法与步骤：,(6)电荷平衡方程。 （如果已知条件给出pH，则可以不要该方程）,建立水溶液模型的方法与步骤：,采用NewtonRaphson法（叠代法）计算上述