无机化学:沉淀溶解平衡
无机化学,沉淀溶解平衡,第三章 沉淀溶解平衡,第一节 溶度积 第二节 沉淀的生成 第三节 分步沉淀和沉淀的转化 第四节 沉淀的溶解,沉淀,难溶的,但溶解的部分是全部解离的 .,难溶的强电解质,难溶的弱电解质,以BaSO4:,沉淀,一定T 时:,沉淀溶解平衡,沉淀在水中溶解行为分析,饱和溶液,多相平衡,一、溶度积常数,§3-1 溶度积,Ksp称为溶度积常数,简称溶度积(solubility product).,KBaSO4 =Ba2+ SO42- ,Ksp=,Ksp = An+m Bm-n,Ksp只与温度有关,而与离子的浓度无关。,Ksp =Ba2+ SO42- ,若从以下三种途径得到BaSO4饱和溶液,1、将固体溶于纯水中,2、将固体溶于BaCl2溶液中,3、将固体溶于Na2SO4溶液中,Ksp大,溶解能力大,Ksp小,溶解能力小,沉淀难生成,沉淀易生成,An+=ms Bm-=ns,= mSm ·nSn = mm ·nn ·Sm+n,一定温度下,其溶解度为S mol·L-1,二、溶度积常数与溶解度的关系,有 Ksp = An+m · Bm-n,溶度积常数与溶解度都可以表征沉淀的溶解能力。,溶解度是指一定温度下,饱和溶液中已溶解沉淀的浓度。,Ksp = An+m Bm-n,单位转为 mol·L-1,例3-1 已知298K时,BaSO4的Ksp= 1.0710-10 , Ag2CrO4的Ksp=1.1210-12, 试比较二者溶解度S的大小。,解:,BaSO4(s) Ba2+ +SO42-,平衡浓度/mol·L-1 S S, Ksp = Ba2+ SO42- = S2,Ag2CrO4(s) 2Ag+ +CrO42-,平衡浓度/mol·L-1 2S S, Ksp = Ag+2 CrO42- = (2 S)2·S = 4S3,相同类型,Ksp,溶解能力 . 不同类型 , 不能用Ksp判断溶解能力的大小.,三、溶度积规则,c 任意状态浓度,2溶度积规则,IP = Ksp 饱和溶液 平衡状态 IP Ksp 过饱和溶液 沉淀析出平衡,1离子积IP (ion product),AmBn(s) mAn+ + nBm-,Ksp是沉淀在水中溶解达到极限的标志。,四、同离子效应和盐效应, 同离子效应,PbI2 饱和溶液 + KI (aq) 黄,在难溶电解质溶液中加入含有 相同离子的易溶强电解质,使 难溶电解质溶解度降低的现象。,PbI2(s) Pb2+ + 2I-,例3-2 已知BaSO4的 Ksp=1.07×10-10,求298K时,BaSO4在 0.0100 mol· L-1的K2SO4溶液中的溶解度。并与在纯水中的溶解度作比较。,解:设溶解度为 x mol·L-1,平衡浓度/mol·L-1 x 0.0100 + x,BaSO4(s) Ba2+ + SO42-,Ksp = Ba2+ SO42- = x · (0.0100 + x), 0.0100 + x 0.0100,纯水中:,盐效应,在难溶电解质饱和溶液中加入不含相同离子的强电解质,将使难溶电解质的溶解度略为增大的现象。,AgCl在下列那种溶液中溶解度最大 ( ),(A)0.5 mol.L-1HCl (B)0.2 mol.L-1AgNO3 (C)纯水 (D)0.5 mol.L-1KNO3,练习,§3-2 沉淀的生成 IP Ksp,一、加入沉淀剂,例3-3 在20ml 0.0020mol·L-1Na2SO4溶液中加入 20 ml 0.020mol·L-1 BaCl2溶液,有无BaSO4沉淀生成?并判断 SO42- 离子是否沉淀完全?已知BaSO4的Ksp= 1.07×10-10 .,解:(1), 有BaSO4沉淀生成, x 1.2×10-8 mol· L-1 10-6 mol· L-1,设平衡时 SO42- = x mol·L-1,沉淀完全是指离子残留量 10-6 mol· L-1,故加入BaCl2 可使SO42- 沉淀完全,Ksp = Ba2+SO42- = ( 0.0090 + x ) x 0.0090 x,起始浓度/mol·L-1 0.010 0.0010 平衡浓度/ mol·L-1 0.010-(0.0010-x) x,BaSO4 (s) Ba 2+ + SO42-, 0.0090 + x 0.0090, x 很小,二、控制溶液的 pH 值,难溶的氢氧化物,如: Fe(OH)3 (s) Fe3+ + 3OH-,难溶的弱酸盐,如: ZnS (s) Zn2+ + S2-,IP =CZn2+ CS2-,二、控制溶液的 pH 值,例3-4 计算298K时使0.010mol·L-1Fe3+开始沉淀和沉淀完全时溶液的pH值。已知Fe(OH)3的Ksp=2.64×10-39。,解: Fe(OH)3 (s) Fe3+ + 3OH-, 开始沉淀, Fe3+ OH-3 Ksp,pOH = 13lg 6.42 = 12.19, pH = 1.81, 沉淀完全,例3-5 在 100 ml 0.20mol·L-1 的 MgCl2 溶液 中,加入100ml 含有 NH4Cl 的 0.010mol·L-1 氨水溶液 , 欲阻止生成 Mg(OH)2 沉淀,上述氨水中需含几克 NH4Cl ?,Fe3+ 10-6 mol·L-1, pH = 3.14, Fe3+ OH-3 Ksp,解:混合后,不产生Mg(OH)2 沉淀,则 IP Ksp,§3-3 分步沉淀和沉淀的转化,用一种沉淀剂,使溶液中的几种离子先后沉淀出来的方法。,例3-6 溶液中Cl-、CrO42-离子浓度均为0.0010mol·L-1 , 若逐滴加入AgNO3溶液,试计算: (1)哪一种离子先产生沉淀? (2)第二种离子开始沉淀时,溶液中残留的第一 种离子的浓度是多少?能否完全分离?,一、分步沉淀,解:(1) 开始沉淀,故 AgCl 已接近沉淀完全( Cl-10-6 mol·L-1 ), 先产生AgCl 沉淀, Ksp =Ag+Cl-,例3-7某溶液中Cd2+和Zn2+离子浓度均为0.10mol·L-1,为使Cd2+离子生成CdS沉淀与Zn2+离子完全分离,须通入饱和H2S溶液, 试问此时H+ 应控制在什么范围?,Ka1Ka2,解: H2S = 0.10 mol·L-1,可实现分离,使沉淀产生所需 S2- 的最低浓度为,Cd2+先沉淀,使Cd2+沉淀完全所需 S2-的浓度为,若将S2-控制在, 0.22 mol·L-1 H+ 0.41 mol·L-1,二、沉淀的转化,在含有某一沉淀的溶液中,加入 适当的试剂,使之生成另一种沉淀。,例3-9 通过计算说明,在含有CaSO4沉淀溶液中加 入Na2CO3溶液,能否将CaSO4转化为CaCO3 ?,K值越大,越容易转化。,例3-10 如果在1L Na2CO3 溶液中转化 0.010mol CaSO4 ,问 Na2CO3 的最初浓度应为多少?, Na2CO3 的最初浓度为,0.010 + 7.1×10-7 0.010 ( mol·L-1 ),§3-4 沉淀的溶解 IP Ksp,1生成弱电解质,CaCO3(s) +2H+ Ca2+ + H2CO3,CaCO3(s) Ca2+ + CO32-,+2H+,H2CO3,IP Ksp,计算使0.10mol的MnS、ZnS、CuS溶于1L盐酸中,所需 盐酸的最低浓度。 Ka1=5.0×10-8,Ka2=1.20 ×10-15,MS +2H+ M2+ + H2S,Ksp,K,2. 发生氧化还原反应,3CuS + 8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+ 3S+ 2NO+ 4H2O,3. 生成配离子,AgCl + 2NH3 = Ag(NH3)2+ + Cl-,IP Ksp 溶解,Ag+,S2-,IP Ksp 溶解,课堂练习:,在AgCl的饱和溶液中,有AgCl固体存在,当分别向溶液中加入下列物质时,将有何种变化?,加入物质 平衡 AgCl 溶液中浓度 引起变化 移动 溶解度 Ag+ Cl- 原因,HCl(0.1 mol·L-1),稀释,生成配离子,盐效应,AgNO3(0.1 mol·L-1),KNO3(s),NH3·H2O(2 mol·L- 1),H2O,同离子效应,同离子效应,不变,不变,不变,欲使H2S饱和溶液中S2-=1.0×10-13molL-1,应控制溶液的pH值为多大?,