天津大学无机化学课件第三章酸碱反应和沉淀反应2

2012-9-4 2007-5-27 无机化学
溶度积规则
例 在10mL0.10mol· -1MgSO4溶液中加入10mL L
0.10mol· -1NH3· 2O,问有无Mg(OH)2沉淀生成？ L H 1 2+)= ×0.10mol· -1=0.050mol· -1 解: c(Mg L L 2 1 c(NH3· 2O)= 2 H ×0.10mol· -1=0.050mol· -1 L L +
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分步沉淀 演示实验 在浓度均为0.010 mol· -1的ClL 和CrO42-溶液中加入AgNO3溶液。 现象：AgCl先沉淀，AgCrO4后沉淀。 在混合离子溶液中，加入某种沉淀剂，离 子先后沉淀的现象，叫做分步沉淀。 利用分步沉淀，可进行离子的分离。
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只有相同类型、基本不水解的难溶强电 解质，可直接根据溶度积大小来比较溶 解度的大小。
Ksp s/(mol· -1) L 类型 难溶电解质 AgCl 1.77×10-10 1.33×10-5 AgBr 5.35×10-13 7.33×10-7 AB AgI 8.52×10-17 9.25×10-9 AB2 MgF2 6.5×10-9 1.2×10-3 A2B
无机化学多媒体电子教案 第三章 酸碱反应和沉淀反应
第四节沉淀反应
第四节
无机化学
沉淀反应
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难溶电解质：
溶解度 ＜0.01g/100gH2O
微溶电解质：
溶解度 0.1g~0.01g/100gH2O
易溶电解质： 溶解度 ＞0.1g/100gH2O
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溶度积表达式也适用于难溶弱电解质。 AB(s) AB(aq) (1)+(2) AB(aq) A+ + BK1 =c(AB)/c (1) (2)
c(A+ )· -) c(B K2 = c(AB )· c
A+ + B-
AB(s)
K1 · 2 = c(A+)· -)/(c )2 =Ksp(AB) K c(B 即 AB(s) A+ + B无机化学
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n
例 为除去1.0mol· -1ZnSO4溶液中的Fe3+, L 溶液的pH应控制在什么范围？ 解： Fe(OH)3沉淀完全时 3 2.79×10-39 c(OH-)= mol· -1 L -5 10 =6.53×10-12mol· -1 pH=2.81 L Zn(OH)2开始沉淀时 3×10-17 c(OH-)= mol· -1=5×10-9mol· -1 L L 1.0 pH=5.7 pH应控制为： 2.81<pH<5.7
sp 4
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s =1.1×10-9mol· -1 < s L
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溶液pH对沉淀反应的影响 如 M(OH)n型难溶氢氧化物 M(OH)n(s) Mn+ + nOHKsp(M(OH)n) = {c(Mn+)[c(OH-)]n} / (c )n+1 Ksp(M(OH)n) ×(c )n+1 c(OH-)= c(Mn+) 当c(Mn+)=1mol· -1，M(OH)n开始沉淀时: L n c(OH-)＞ Ksp(M(OH)n) mol· -1 L 当Mn+沉淀完全[c(Mn+)≤10-5mol· -1]时： L n c(OH-)≥ Ksp(M(OH)n)/10-5 mol· -1 L
NH3· 2O H NH4 + OH平衡浓度/(mol· -1) 0.050-x L x x x· x x· x -5= Kb = 0.050-x ;0.050-x≈0.050; 1.8×10 0.050 x=9.5×10-4 c(OH-)=9.5×10-4 mol· -1 L
J=c(Mg2+)· [c(OH-)]2/(c )3=0.050×(9.5×10-4)2 =4.5×10-8 J > Ksp=5.61×10-12
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例 在10 mL 0.10 mol· -1 MgSO4溶液中加入10 L
影响沉淀反应的因素 同离子效应——使难溶电解质溶解度降低 平衡移动方向 如 BaSO4(s) Ba2+ + SO4 2Na2SO4 →2Na+ + SO4 2例 计算BaSO4在0.10mol· -1Na2SO4溶液 L 中的溶解度。(S =1.04×10-5 mol· -1) 。 L 2+ + SO 2解： BaSO4(s) Ba 4 平衡浓度/(mol· -1) L x x+0.10 Ksp(BaSO4)= x (x +0.10)≈ 0.10 x =1.08×10-10 s =1.1×10-9mol· -1 < s L
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Ag2CrO4
1.12×10-12
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6.54×10-5
3-4-2 沉淀反应
< 反应正向进行 根据 ∆rGm = 0 平衡状态 > 反应逆向进行 3-4-2沉淀反应 mAmBn(s) mAn+ + nB J={c(An+)}m{c(Bm+)}n/(c )(m+n) 即 < 反应正向进行 溶度积规则 J = Ksp 平衡状态 > 反应逆向进行
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溶度积常数
一般难溶物 AmBn(s)
溶解 mAn+ + nBm沉淀
Ksp(AmBn) = [c(An+)/c ]m[c(Bm-)/c ]n 溶度积常数(简称溶度积) 即: 在一定温度下, 难溶电解质的饱和溶液 中, 各组分离子浓度幂的乘积是一个常数。 Ksp 是表征难溶电解质溶解能力的特性 常数。 Ksp与浓度无关，与温度有关。
c(OH-) <
Ksp×(c )3 5.61×10-12 mol· -1 = L 5.0×10-2 c(Mg2+)
=1.1×10-5 mol· -1 L
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mL 0.10mol· -1NH3· 2O,若使Mg(OH)2沉淀溶解, L H 最少要加入多少摩尔NH4Cl？ 解: 使沉淀溶解 c(OH-) < 1.1×10-5 mol· -1 L NH3· 2O H NH+ + OH4 平衡浓度/(mol· -1) 0.050-1.1×10-5 y 1.1×10-5 L 1.1×10-5 y Kb = 0.050-1.1×10-5 =1.8×10-5 y=8.2×10-2 ＋ c(NH4 )=8.2×10-2 mol· -1 L c(NH4Cl)>(8.2×10-2-1.1×10-5)mol· -1≈0.082mol· -1 L L 最少要加入NH4Cl (0.082×0.020)mol=0.0016 mol
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例 在含浓度均为0.010mol· -1 I-、Cl-溶液 L 中滴加AgNO3溶液, 是否能使I-与Cl-分离。 解：(1) 判断沉淀次序 同类型 Ksp(AgCl) = 1.77×10-10 ∨ Ksp(AgI) = 8.52×10-17 所以，AgI先沉淀。 沉淀次序: 同类型、同浓度, Ksp小的先沉淀 为达到分离, 即AgI沉淀完全时AgCl不沉出
Ksp(AB) = c(A+)· -)/(c )2 c(B
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溶解度与溶度积的相互换算 例 已知298.15K时Ksp(AgI)=8.52×10-17,计 算298.15K时的 s(AgI)。 解： AgI(s) Ag+ + I平衡浓度/(mol· -1) L x x Ksp(AgI) =[c(Ag+)/c ][c(I-)/c ] 8.52×10-17=x· x x=9.25×10-9 即 s(AgI)= 9.25×10-9 mol· -1 L 对于 AB(s) A + + B2012-9-4 2007-5-27
有Mg(OH)2沉淀生成
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mL 0.10mol· -1NH3· 2O,若使Mg(OH)2沉淀溶解, L H 最少要加入多少摩尔NH4Cl？
例 在10 mL 0.10 mol· -1 MgSO4溶液中加入10 L
解: 使沉淀溶解
c(Mg2+)· [c(OH-)]2 < Ksp[Mg(OH)2]× (c )3
3-4-1难溶电解质的溶度积和溶解度
溶度积常数
溶解 22+(aq) + SO (aq) BaSO4(s) 沉淀 Ba 4
3-4-1难溶电解质的溶度积和溶 溶解平衡——一定温度下，溶解与沉淀速 解度
率相等时，晶体和溶液中的相应离子达到 多相离子平衡，称为溶解平衡。 Ksp(BaSO4) = [c(Ba2+)/c ][ c(SO2-)/c ] 4
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例 在含浓度均为0.010mol· -1I-、Cl-溶液中 L 加入AgNO3溶液是否能达到分离目的。 解: (2) 计算AgCl开始沉淀时的c(Ag+) Ksp×(c )2 1.77×10-10 c(Ag+)> c(Cl-) = mol· -1 L 0.010 =1.77×10-8 mol· -1 L (3) 计算c(Ag+)=1.77×10-8 mol· -1时c(I-) L Ksp×(c )2 8.52×10-17 c(I-)= c(Ag+) = 1.77×10-8 mol· -1 L =4.81×10-9 mol· -1 < 10-5 mol· -1 L L 即AgCl开始沉淀时AgI已沉淀完全
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应用计算公式应注意: 1.不适用于易水解的难溶电解质 如 ZnS 在饱和溶液中 ZnS(s) Zn2+ + S2Zn2+ + H2O Zn(OH)+ + H+ S2- + H2O HS- + OHs(ZnS)≈c(Zn2+)+c(Zn(OH)+) s(ZnS)≈c(S2-)+c(HS-) 且水解程度 S2- >> Zn2+, 使c(Zn2+) > c(S2-) 按
s= Ksp ×c
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对于AB型难溶强电解质 AB(s) A+ + Bs = Ksp ×c 同理 AB2或A2B型难溶强电解质
A2B(s)
平衡浓度/(mol· -1) L
2A+ + B22s s
Ksp(A2B)= (2s)2· )3 s/(c
Ksp s= ×c 4
3
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S=
Ksp ×c
式计算会产生较大误差。
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应用计算公式应注意:
2.不适用于难溶弱电解质 AB(s) AB(aq) A+ + B-
s(AB)=c(AB)+c(A+)=c(AB)+c(B-)
S =c(AB)
+ Ksp(AB) ×c
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影响沉淀反应的因素 同离子效应——使难溶电解质溶解度降低 平衡移动方向 如 BaSO4(s) Ba2+ + SO4 2Na2SO4 →2Na+ + SO4 2例 计算BaSO4在0.10mol· -1Na2SO4溶液 L 沉淀完全的概念 中的溶解度。(s=1.04×10-5 mol· -1) L -5mol· -1,认为沉淀完全。 一般当c(离子)＜10 L 2+ + SO 2解： BaSO4(s) Ba 为使离子沉淀完全, 可利用同离子效应, 4加 平衡浓度/mol· -1 L x x+0.10 入过量沉淀剂 (一般过量20%~50%)。 K (BaSO )= x (x +0.10)≈x 0.10=1.08×10-10
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M(OH)n*
开始沉淀pH
沉淀完全pH
c(Mn+) = c(Mn+)= c(Mn+)≤ Ksp 分子式 1mol· -1 0.1mol· -1 10-5mol· -1 L L L Mg(OH)2 5.61 10-12 8.37 8.87 10.87 Co(OH)2 5.92 10-15 6.89 7.38 9.38 Cd(OH)2 7. 2 10-15 6.9 7.4 9.4 Zn(OH)2 3 10-17 5.7 6.2 8.24 Fe(OH)2 4.87 10-17 5.8 6.34 8.34 调节溶液pH, 可进行离子的分离和提纯。 Pb(OH)2 1.43 10-15 6.58 7.08 9.08 如:为除去 1 mol· -13.42 4溶液中的Fe3+ Be(OH)2 6.92 10-22L ZnSO 3.92 5.92 溶液pH 2.81<pH<5.7 Sn(OH)2 5.45 10-28 0.37 0.87 2.87 Fe(OH)3 2.79 10-39 1.15 1.48 2.81