第九章 重量分析.ppt

1、第九章 重量分析法,Chapter 9 Gravimetry,第一节 概 述,第二节 重量分析对沉淀的要求,第三节 沉淀的溶解度及其影响因素,第四节 沉淀的类型与沉淀的形成,第五节 影响沉淀纯度的因素,第六节 沉淀条件的选择,第七节 重量分析的计算和应用示例,第一节 概 述,将试样中的待测组分与其它组分分离，并转化为稳定的称量形式，用分析天平称量其质量，按照一定的计算方法确定该组分的含量。,重量分析法的过程：分离、称量。,分离是至关重要的。,一、重量分析法的分类,1. 沉淀法,将被测组分生成难溶化合物沉淀下来，然后称沉淀重量，根据沉淀重量计算出待测组分的含量的方法。,如:,称量,2. 气化法,

2、通过加热或蒸馏方法使试样中被测组分挥发逸出，然后根据试样重量的减轻计算组分的含量；或选择一吸收剂将挥发组分吸收，然后根据吸收剂重量的增加计算组分的含量。,利用被测组分与其他组分在互不相溶的两种溶剂中分配比的不同，加入某种提取剂使被测组分从原来的溶剂定量转入提取剂中而与其他组分分离，然后弃去提取剂，称量干燥提取物的重量，计算被测组分的含量。,3. 提取法,4. 电解法,利用电解原理，使被测定的金属离子以纯金属或金属氧化物的形式在电极上沉积析出，然后称量以求得被测组分的含量。,电解Cu2+在阴极沉积析出单质Cu，测定Cu2+。,电解Pb2+在阳极沉积析出PbO2，测定Pb2+。,例如：,二、重量分

3、析法的特点,1. 用分析天平称量，不需要与标准试样或基准物质进行比较，准确度较高，相对误差0.1%0.2%；,2. 操作步骤繁琐费时，不适用于生产中控制分析；,3. 不适用于微量和痕量组分测定，仅用于高组分含量测定。,三、重量分析法的应用,1. 精确测定常量元素如硅、硫、钨以及水分、灰分和挥发物等。,2.作为标准方法，校对其他分析方法的准确度。,沉淀重量分析法应用最广，本章进行详细讨论。,第二节 重量分析对沉淀的要求,一、沉淀形式和称量形式,沉淀形式也是称量形式,沉淀形式,称量形式,称量形式与沉淀形式可以相同，也可以不同。,二、对沉淀形式的要求,1. 沉淀要完全，沉淀的溶解度要小；,2. 沉淀

4、要纯净，带入的杂质要尽可能少；,3. 沉淀要易于过滤和洗涤；,三、对称量形式的要求,1. 组成必须与化学式完全符合；,2. 称量形式要稳定，不受空气中的水分、CO2和O2等的影响；,3.称量形式的摩尔质量要尽可能大，被测组分在其中的含量要尽量的小。,例如：测定铝,称量形式： Al2O3 (C9H6NO)3Al 称量的相对误差： 0.1% 0.01%,用8-羟基喹啉法测定铝准确度和灵敏度高于氨水法。,Al(OH)3,Al3+,氨水,灼烧,Al2O3,四、沉淀剂的选择,1. 选择性好；,2. 过量的沉淀剂在灼烧时易挥发除去；,3. 有机沉淀剂大多比无机沉淀剂好。,第三节 沉淀的溶解度及其影响因素,

5、一、沉淀的溶解度,溶液中有微溶化合物MA时，MA溶解并达饱和状态后，有如下平衡:,CaSO4（固）,Ca2+ SO42-,Ca2+ +SO42-,(一) 溶解度和固有溶解度,纯固体活度等于1,1. 固有溶解度s0,在一定温度下，溶液中分子状态或离子对化合物状态MA（水）的浓度为一常数， 等于 s0。,s0即为该物质的固有溶解度或分子溶解度。,（平衡常数）,如:HgCl2: 25在水中实际溶解度为0.25 molL-1, 按照溶度积（2.010 -14）计算，溶解度仅为1.710-5 molL-1,许多沉淀s0不大，且不易测量，一般忽略。,s0一般在10-6109 molL-1之间,但有例外。,

6、s= s0+M+= s0+A-,s= M+= A-,2. MA的溶解度s（无副反应）,s= Hg2+HgCl-+HgCl2 Hg2+ s0,（二） 活度积和溶度积,Kap为该微溶化合物的活度积常数，简称活度积。,M+ A- =Kap,M+ A- =,= Ksp,Ksp称为微溶化合物的溶度积常数，简称溶度积。,Ksp与温度、离子强度有关。常用的Ksp值（I=0.1molL-1）可在分析化学手册中查到。,一般仅在计算沉淀在纯水中的溶解度时，才用Kap活度积。,但在溶液中有强电解质存在，离子强度较大时，需要考虑离子强度的影响，用Kap活度积。,Kap仅与温度有关。书后表中数据为活度积。,在分析化学中

7、，通常不考虑离子强度的影响时，应用时一般将Kap作为Ksp 使用，不加区别。,s= M+= A- =,=,MA的溶解度s,MmAn型的溶解度s,Ksp= Mn+m Am-n = (ms)n(ns)m =mmnns(m+n),s =,(三) 条件溶度积：,Ksp称为条件溶度积，（有副反应时）,MA型：,MmAn型：,Ksp反映出溶液中沉淀溶解平衡的实际情况，能真实反映沉淀反应的完全程度。,二、影响沉淀溶解度的因素,1. 同离子效应,构晶离子：组成沉淀晶体的离子。,当沉淀反应达到平衡后，向溶液中加入适当过量的含有某一构晶离子的试剂，使沉淀的溶解度减小，称之为同离子效应。,例如：常温下，BaSO4

8、的Ksp=1.110-10，在水中的溶解度为,s=Ba2+=SO42-=,沉淀的溶解度减小了1000倍。,如果加入过量的H2SO4,使沉淀后溶液中的 SO42-=0.010molL-1,此时BaSO4的溶解度为,=1.010-5(molL-1),沉淀剂的加入量：,重量分析中常加入过量的沉淀剂。,不易挥发的沉淀剂过量 2030%,易挥发的沉淀剂过量 50100%,沉淀剂不易过多，因为易引起其他的副反应（如盐效应、酸效应、络合效应等）。,2. 盐效应,沉淀的溶解度随着溶液中电解质浓度的增大而增大的现象，称为盐效应。,是对活度系数的影响必须作的溶解度的计算校正。,强电解质的浓度越大，其离子和构晶离子

9、的电荷数愈高，盐效应影响越严重。,例1. 计算CaC2O4在0.50molL-1 (NH4) 2C2O4溶液中的溶解度.,已知：CaC2O4 的Ksp=10-8.70,解：,(NH4) 2C2O4的浓度较大，同时考虑同离子效应和盐效应的影响。,Ca2+ = s,C2O4 2- =s+0.500.50molL-1,Ca2+ C2O4 2- =Ksp,Ca2+很小，影响可忽略。,根据公式：,计算得,若不考虑盐效应，则溶解度为,比较：,ss ,增大了2.5倍。,由于盐效应，使沉淀溶解度增大。,表9-1 PbSO4在Na2SO4溶液中的溶解度,同离子效应占优势,盐效应占主导地位,对于溶解度很小的沉淀，

10、如：许多水合氧化物、金属螯合物沉淀，盐效应影响很小，可忽略。,对于溶解度较大的沉淀， 离子强度较大时，应考虑盐效应的影响。,3. 酸效应,溶液酸度对沉淀溶解度的影响，称为酸效应。,酸效应主要是溶液中H+浓度对弱酸、多元酸或难溶酸离解平衡的影响。,M(OH),HA,OH-,H+,设沉淀的溶解度为s,MA型：,仅对A有影响时,当有副反应存在时，副反应系数总是大于1,所以溶解度增加。,例1 比较CaC2O4在pH为7.00和2.00溶液中的溶解度.,解：,设CaC2O4的溶解度为s,则,已知 Ksp(CaC2O4)=10-8.70, H2C2O4的pKa1=1.22, pKa2=4.19。,CaC2

11、O4,Ca2+ + C2O4 2-,+H+,当pH=2.00时，同理计算可得：,计算表明， CaC2O4在pH=2.00时的溶解度比在pH=7.00增加了10倍以上。,当pH=7.00时，,CaC2O4的测定反应在pH5.0的溶液中，能沉淀完全。,思考？,请通过计算，解释。,例2 计算在pH=2.00, C2O42- 总浓度为0.010molL-1的溶液中CaC2O4的溶解度。,解：在这种情况下，需同时考虑酸效应和同离子效应的影响。,设CaC2O4的溶解度为s,则,由上例可知pH=2.00时：,与例1相比，可见由于同离子效应，CaC2O4的溶解度仍然很小。,4. 络合效应,由于形成沉淀的构晶离

12、子参与了络合反应而使沉淀的溶解度增大的现象，称为络合效应。,MA,M+ + A-,L,MLMLn,或 s=A-,MA型：,MmAn型：,m(L) 1,溶解度增大。,例3 计算AgI在0.010mol/LNH3中的溶解度。,解：,已知,设AgI的溶解度为s,由于AgI的溶解度很小，而AgNH3络合物的稳定常数又不是很大，因此在形成络合物时NH3消耗的浓度很小，可以忽略。,例4 计算BaSO4在pH10.0的0.010molL-1EDTA溶液中的溶解度。,已知：,解：,设BaSO4的溶解度为s,由于BaY有较大的条件稳定常数，且BaSO4的溶解度较大，故消耗于Ba2的EDTA量不能忽略不计，则：,

13、小结：,5. 温度的影响：,沉淀的溶解反应绝大部分是吸热反应。因此，沉淀的溶解度一般随温度升高而增大。,6. 溶剂的影响,大部分无机物沉淀是离子型晶体，它们在水中的溶解度比在有机溶剂中大一些。例如PbSO4沉淀在水中的溶解度为45mgL-1，而在30%的乙醇的水溶液中，溶解度降低为2.3mgL-1。,对与有机沉淀剂形成的沉淀，它们在有机溶剂中的溶解度比在水中大一些。,注意：,7. 沉淀颗粒大小和析出形态,同一种沉淀，晶体颗粒大，溶解度小，颗粒小，溶解度大。,如SrSO4沉淀,晶粒直径0.05m,s =6.710-4molL-1,晶粒直径0.01 m,s = 9.310-4 molL-1,许多沉

14、淀，初生成时为“亚稳态”，放置后逐渐转化为“稳定态”。,CoS初生沉淀为型，其Ksp为4.010 -20，,经放置后，转化为型，Ksp为7.910-24。,8. 沉淀结构的影响：,HgS初生沉淀为：亚稳定型黑色立方体,经放置后，转变成：稳定型红色三角型的朱砂。,例如：,9. 形成胶体的影响：,无定形沉淀很容易形成胶体溶液，在极端情况下，已经凝聚的沉淀会因为再次形成胶体而重新分散在溶液中（胶溶现象）。,胶体的粒径很小，很容易透过滤纸而引起损失。,破坏胶体形成的方法：,在溶液中加入大量电解质,小结,1. 对无络合反应的强酸性盐的沉淀，主要考虑同离子效应和盐效应；,2. 对弱酸盐、难溶酸盐，主要考虑

15、其酸效应；,3. 构晶离子中有起络合反应的，主要考虑络合效应。,练习题,1. 重量分析中，沉淀剂若不易挥发，则以加入过量多少为宜？ A. 2030% B. 6070% C. 50100% D. 100200%,A,2. AgCl沉淀在0.1molL1 KNO3溶液中的溶解度比在水中的溶解度,A.较小 B. 较大 C.相等 D.大致一样,B,3. 在重量分析法中，如果沉淀本身是弱酸，如SiO2nH2O，则沉淀过程应在何种介质中进行。,A.强酸性 B.弱酸性 C.中性 D.弱碱性,A,盐类型不同，酸效应影响不同,对弱酸盐沉淀如CaC2O4,CaCO3,CaS,MgNH4PO4等在较低酸度下进行；如

16、沉淀本身是弱酸，如SiO2nH2O，WO3 nH2O等易溶于碱,应在强酸性介质中进行。,4. 对于BaSO4沉淀，当酸度较高时，其溶解度将,A. 不变 B. 无显著变化 C. 减小 D. 增大,D,原因：,还伴有盐效应。,第四节 沉淀的类型与沉淀的形成,一、沉淀的类型,晶形沉淀是重量分析法中最期望得到的沉淀形式。,聚集速度定向速度,定向速度聚集速度,二、测定的形成：,极性较强的盐类，一般定向速度较大。,M2+的水合氧化物沉淀的定向速度较大。,高价金属离子的水合氧化物沉淀的聚集速度很快。,1. 晶核形成：,均相成核作用和异相成核作用,均相成核作用：指构晶离子在过饱和溶液中，通过离子的缔合作用，自

17、发地形成晶核。,异相成核作用：指溶液中混有固体微粒，在沉淀过程中，这些微粒起着晶种的作用，诱导沉淀的形成。,BaSO4的晶核由8个构晶离子组成,Ag2CrO4的构晶离子由6个构晶离子组成,CaF2的晶核由9个构晶离子组成,实验证明：,2. Von Weimarn经验公式,v =,v 沉淀生成的初始速度 ,也称分散度。,Q 加入沉淀剂瞬间溶质的总浓度,Q-s 沉淀物质的过饱和度,(Q-s)/s 相对过饱和度,K 比例常数,s 晶核的溶解度,(Q-s)/s 越小，v越小，可望得到较大颗粒的沉淀。,第五节 影响沉淀纯度的因素,共沉淀现象是重量分析法中误差的主要来源之一。,一、共沉淀现象,当一种沉淀从

18、溶液中析出时，溶液中的某些其他成分，在该条件下本来是可溶的，但它们却被沉淀带下来而混杂于沉淀之中，这种现象称为共沉淀现象。,例如：用BaCl2沉淀SO42-时，如试液中混有Fe3+,沉淀中就会含有Fe2(SO4)3， 使BaSO4沉淀呈棕黄色。,1. 表面吸附：,沉淀表面构晶离子电荷不平衡，导致沉淀表面吸附相反电荷的杂质的现象。,吸附规律,（1）凡能与构晶离子生成微溶或解离度很小的化合物的离子，优先被吸附；,如用Ba2+沉淀SO42-，BaSO4吸附Ba2+荷正电，,阴离子按以下顺序吸附，NO3-ClO3-Cl-I-；,（2）杂质离子的价数愈高，浓度愈大，愈易被吸附；,（3）沉淀的比表面积越大

19、，吸附杂质的量越多；,（4）杂质离子的浓度越大，被吸附的量越多；,吸附作用是一个放热过程,颗粒越小，比表面积越大。 无定型沉淀的颗粒很小，表面吸附很严重。,（5）溶液的温度越高，吸附杂质的量越少；,2. 混晶或固溶体：,每种晶型沉淀都有一定的晶体结构，如果被吸附的杂质和沉淀具有相同的晶格或相同的电荷和离子半径，杂质将会进入晶格形成混晶（离子大小不超过5%）。混晶是固溶体的一种。有时取代者不占据正常的点位，而是位于晶格的空隙中叫做异型混晶。,示例：,BaSO4和PbSO4; BaSO4和KClO4； KMnO4和KBF4; BaCrO4和RaCrO4; AgCl和AgBr; MgNH4PO4和M

20、gNH4AsO4;,K2NaCo(NO2)6和Rb2NaCo(NO2)6或Cs2NaCo(NO2)6； CaCO3和NaNO3等。,3. 吸留和包夹,吸留：是被吸附的杂质机械地嵌入沉淀之中,包夹：是指少量母液被包裹在已经形成的沉淀内部,吸留的起初原因：,沉淀生成太快，表面吸附的杂质来不及离开沉淀表面就被沉积上来的离子所覆盖。,消除方法：,通过陈化除去。,二、后沉淀（继沉淀）,沉淀和母液一起放置一段时间（几小时）以后，溶液中某些本来难以沉淀的组分沉淀到原沉淀表面上的现象。,如：用草酸盐沉淀钙并与镁分离时，草酸钙上很少有镁共沉淀，若陈化几小时，就会有多量的草酸镁沉积在草酸钙上。,如：用S2-沉淀H

21、g2+或Cu2+，共存Zn2+不共沉淀， 陈化则ZnS随后沉淀，20mim后，后沉淀可达90%以上。,原因：,沉淀表面吸附共存离子达过饱和。,消除：,陈化时间不能过久,三、后沉淀与共沉淀区别,（1）后沉淀引入杂质的量，随放置时间增长而增加，共沉淀则有所减少；,（2）不论杂质是在沉淀前就存在的还是沉淀形成后加入的，后沉淀引入的杂质的量基本一致；,（3） 升高温度会增加后沉淀的比例；,（4）后沉淀没有共沉淀普遍，但其后果更为严重。,四、获取纯净沉淀的措施,1. 选择适当的分析步骤和方法；,先沉淀含量少的离子，以防止共沉淀。,如:90%MgO与1%CaO，先在乙醇介质中沉淀为CaSO4。,一些离子可

22、采用均相沉淀法。,3. 降低易吸附离子的浓度,4. 选择适当的沉淀条件,浓度、温度、试剂的加入程序等。,5. 再沉淀。,例如:选用有机沉淀剂，常可减少共沉淀现象。,2. 选择合适的沉淀剂；,第六节 沉淀条件的选择,1、晶形沉淀的沉淀条件：,（1）在适当稀的条件下进行,稀,（2）在不断搅拌下，缓慢地加入沉淀剂,搅,（3）应在热溶液中进行,热,（4）陈化,陈,陈化作用：,因小晶体比大晶体的溶解度大，放置后使小晶体转变为大晶体及使亚稳态转变为稳定态。,陈化时间,沉淀早期再结晶快，不必太长。,影响陈化速度因素,溶质和温度,2. 均相沉淀法(均匀沉淀法),利用溶液中发生的化学反应，逐步地、均匀地在溶液内部产生沉淀剂，使沉淀在整个溶液中缓慢地、均匀地析出，避免局部过浓，以获得颗粒较粗、结构紧密，纯净而又易过滤的沉淀。,向溶液中加入尿素，加热至90左右时，尿素发生水解：,生成的NH3中和溶液中H+，使C2O42-增加，最后pH达4.04.5，CaC2O4可沉淀完全。,