无机化学第7章沉淀与溶解平衡课件.ppt

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1、第七章 沉淀与溶解平衡,7.1 沉淀与溶解平衡 7.2 沉淀的生成和溶解 7.3 沉淀与溶解的多重平衡,第七章 沉淀与溶解平衡7.1 沉淀与溶解平衡,7.1沉淀与溶解平衡,7.1.1 溶解度7.1.2 溶度积7.1.3 溶解度和溶度积的关系,7.1沉淀与溶解平衡 7.1.1 溶解度,7.1.1 溶解度,在一定温度下，达到溶解平衡时，一定量的溶剂中含有溶质的质量，叫做溶解度通常以符号 S 表示。水溶液以每 100g 水所含溶质质量来表示。 可溶物质：溶解度大于 1g/100g 的物质；难溶物质：溶解度小于0.01g/100g 的物质； 微溶物质：溶解度介于可溶与难溶之间者。,7.1.1 溶解度

2、在一定温度下，达到,7.1.2 溶度积,在一定温度下，将难溶电解质晶体放入水中时，就发生溶解和沉淀两个过程。,Ksp = An+m Bmn,Ksp 称为溶度积常数（solubility product constant），简称溶度积。它反应了难溶电解质在水中的溶解能力。,7.1.2 溶度积 在一定温度下，将难溶电解,溶度积的性质,1、与难溶电解质的本性有关，即不同的难溶电解质的Ksp不同。,2、与温度有关。手册中一般给出难溶电解质在25C时的Ksp 。,3、沉淀溶解平衡是两相平衡，只有饱和溶液或两相共存时才是平衡态。在平衡态时Ksp的大小与沉淀的量无关，与溶液中离子浓度的变化无关，离子浓度变化

3、时，只能使平衡移动，并不能改变Ksp 。,溶度积的性质1、与难溶电解质的本性有关，即不同的难溶电解质的,7.1.3 溶度积和溶解度的关系,已知溶度积Ksp，计算溶解度S AB型 对于AB2或A2B型,7.1.3 溶度积和溶解度的关系 已知溶度积Ksp，计算,例 25oC，AgCl的溶解度为1.9210-3 gL-1，求 同温度下AgCl的溶度积。,例 25oC，AgCl的溶解度为1.9210-3 g,例 25oC，已知Ksp(Ag2CrO4)=1.110-12，求s(Ag2CrO4)/(gL-1)。,解： Ag2CrO4(s) 2Ag+(aq) + CrO42-(aq) ceq/molL-1

4、2x x,例 25oC，已知Ksp(Ag2CrO4)=1.110-,正负离子的个数比一致的难溶盐，Ksp和S的数值大小关系一致 Ksp SCaCO3 8.710-9 9.3 10-5 AgBr 5.010-13 7.110-7AgI 1.0 10-16 1.010-8 减小 减小,AgCl 和 Ag2CrO4的 Ksp和S的数值大小关系： AgCl Ksp 1.610-10 S 1.2610-5 Ag2CrO4 Ksp 9.610-12 S 1.3410-4两者的 Ksp 和 S 的数值大小关系并不一致，原因是其正负离子的个数比不一致。,正负离子的个数比一致的难溶盐，Ksp和S的数值大小,对于

5、同一类的难溶电解质（m与n之和相等），可以直接用溶度积来比较溶解能力的大小。对于不同类型的难溶电解质，不能用溶度积来比较溶解能力的大小，必须用溶解度进行比较。,对于同一类的难溶电解质（m与n之和相等），可以直接用,7.2 沉淀的生成与溶解,7.2.1 溶度积规则7.2.2 同离子效应和盐效应7.2.3 沉淀的酸溶解7.2.4 沉淀的配位溶解7.2.5 沉淀的氧化还原溶解,7.2 沉淀的生成与溶解7.2.1 溶度积规则,(1) J Ksp 平衡向左移动，沉淀析出；(2) J = Ksp 处于平衡状态，饱和溶液；(3) J Ksp 平衡向右移动，无沉淀析出； 若原来有沉淀存在，则沉淀溶解。,7.2

6、.1 溶度积规则,沉淀溶解平衡的反应商判据，即溶度积规则：,AmBn(s) = mAn+(aq) + nBm(aq),J = c(An+)m c(Bm)n,(1) J Ksp 平衡向左移动，沉淀析出；7,7.2.2 同离子效应和盐效应, 同离子效应 在难溶电解质溶液中加入与其含有相同离子的易溶强电解质，而使难溶电解质的溶解度降低的作用。 盐效应 在难溶电解质溶液中，加入易溶强电解质而使难溶电解质的溶解度增大的作用。,7.2.2 同离子效应和盐效应 同离子效应,例 计算BaSO4在298.15K、0.10molL-1Na2SO4溶液中的溶解度(s)。并与在纯水中的溶解度进行比较。解 BaSO4

7、= Ba2+ + SO42- 平衡浓度 S S+0.1 S（S+0.1）= 1.0810-10 S = 1.0810-9 molL-1相当于在纯水中的(1.0410-5 molL-1)万分之一。,同离子效应在实际中的应用：利用同离子效应，可以使某种离子沉淀的更完全。因此在进行沉淀反应时，为确保沉淀完全（离子浓度小于10-5molL-1时，可以认为沉淀基本完全），可加入适当过量的沉淀剂。,例 计算BaSO4在298.15K、0.10molL-,(1) 当c0(SO42-)0.04molL-1时，c(SO42-) 增大，S(PbSO4)显著减小，同离子效应占主导；,(2) 当 c0(SO42-)0

8、.04molL-1时， c(SO42-)增大，S(PbSO4)缓慢增大，盐效应占主导。,(1) 当c0(SO42-)0.04molL-1时，,7.2.3 沉淀的酸溶解,1. 难溶金属氢氧化物的溶解,M(OH)n(s) Mn+(aq) + nOH-(aq) Ksp(M(OH)n) = c(Mn+)c(OH-)n,根据上式可以绘出难溶M(OH)n的溶解度与溶液pH的关系图（通常被称为S-pH图）；还可以计算氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时溶液的 c (OH-)，从而求出相应条件的pH。,7.2.3 沉淀的酸溶解1. 难溶金属氢氧化物的溶解,无机化学第7章沉淀与溶解平衡课件, 难溶弱酸盐CaCO3溶于盐

9、酸、FeS溶于盐酸； 难溶氢氧化物如Al(OH)3、Fe(OH)3、Cu(OH)2等都可以用强酸溶解，是由于其生成难电离的H2O； 不太难溶的氢氧化物如Mg(OH)2、Mn(OH)2等甚至能溶于铵盐，是由于生成弱碱NH3H2O之故。 难溶弱酸盐的 Ksp 越大，对应弱酸的 Ka 越小，难溶弱酸盐越易被酸溶解。 对于 Ksp 很小的难溶弱酸盐，例如CuS、HgS等，即使采用浓盐酸也不能有效地降低c(S2-)而使之溶解。, 难溶弱酸盐CaCO3溶于盐酸、FeS溶于盐酸；,金属氢氧化物沉淀的pH值,金属氢氧化物沉淀的pH值 分子式 Ksp开始,例：在含Fe3+和 Ni2+都为0.10 molL-1

10、的溶液中，欲除掉Fe3+，而Ni2+仍留在溶液中，应控制pH为多少？,解：Ksp(Fe(OH)3)=4.010-38，Ksp(Ni(OH)2)=5.010-16,H终 = 3.20所以，若控制pH = 3.20 6.85，可保证Fe3+完全沉淀，而Ni2+仍留在溶液中。,H始 6.85,例：在含Fe3+和 Ni2+都为0.10 molL-1 的,例： 在0.20L的0.50molL-1MgCl2溶液中加入等体积的0.10molL-1氨水溶液。 通过计算判断有无Mg(OH)2沉淀生成。 为了不使 Mg(OH)2 沉淀析出，加入NH4Cl(s)的质量最低为多少（设加入固体NH4Cl后溶液的体积不变

11、）？,解： c0(Mg2+) = 0.25 molL-1， c0(NH3) = 0.050 molL-1 NH3(aq) + 2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)初始 cB/(molL-1) 0.050 0 0平衡 cB/(molL-1) 0.050 x x x,c(OH-) = x = 9.510-4molL-1,例： 在0.20L的0.50molL-1MgCl2溶液中加,若混合后，有Mg(OH)2沉淀生成，则有如下平衡： Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + OH-(aq)此时 J = c0(Mg2+) c0(OH-)2 = 0.25(9.510-4)2 = 2.310-

12、7 KspMg(OH)2 = 5.1 10-12J KspMg(OH)2 ，所以有Mg(OH)2沉淀析出。为了不使Mg(OH)2沉淀析出，须 J KspMg(OH)2,若混合后，有Mg(OH)2沉淀生成，则有如下平衡：,NH3(aq) + 2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)平衡 cB/(molL-1) 0.0504.510-6 c0 + 4.510-6 4.510-6 0.050 c0,c0(NH4+) = 0.20molL-1 要不析出Mg(OH)2沉淀，至少应加入NH4Cl(s)的质量为： m (NH4Cl) = (0.200.4053.5) g = 4.3 g,2. 金属硫

13、化物的溶解, 难溶金属硫化物（MS）的多相离子平衡为： MS(s) + H2O(l) M2+(aq) + OH-(aq) + HS-(aq) 其平衡常数表示式为： K = c(M2+)c(OH-)c(HS-) 难溶金属硫化物在酸中的沉淀溶解平衡： MS(s) + 2H3O+(aq) M2+(aq) + H2S(aq) + 2H2O(l),2. 金属硫化物的溶解 难溶金属硫化物（MS）的多相离子平,设溶液中M2+的初始浓度为c(M2+)，通入H2S气体达饱和时，c(H2S) = 0.10molL-1，则产生MS沉淀的最高H3O+离子浓度c(H3O+)（或最低pH）为：,设溶液中M2+的初始浓度为

14、c(M2+)，通入H2S气体达饱和,金属硫化物的溶解方法,金属硫化物的溶解方法HAc稀HCl浓HClHNO3王水MnS,例： 25下，于0.010molL-1FeSO4溶液中通入H2S气体至饱和 (c(H2S)= 0.10molL-1)。 用HCl调节pH值，使c(HCl)= 0.30molL-1。试判断能否有FeS生成。,Kspa越大，硫化物越易溶。,解：,例： 25下，于0.010molL-1FeSO4溶,例：计算使0.010 mol的SnS溶于1.0L盐酸中，所需盐酸的最低浓度。,解：SnS全部溶解后，溶液中的c(H3O+)为：,0.010 mol的S2-消耗掉的H+为0.020mol，

15、故所需的盐酸的起始浓度为： 0.96 + 0.02 = 0.98 molL-1,例：计算使0.010 mol的SnS溶于1.0L盐酸中，所需,7.2.4 沉淀的配位溶解,难溶物在配位剂的作用下生成配离子而溶解 发生加合反应溶解 AgCl(s) + Cl- (aq) AgCl2- (aq) HgI2(s) + 2I- (aq) HgI42- (aq) 发生取代反应溶解: AgCl(s)+2NH3 (aq) Ag(NH3)2+(aq)+Cl-(aq) AgBr(s)+2S2O32- (aq) Ag(S2O3)23-(aq)+Br -(aq),7.2.4 沉淀的配位溶解 难溶物在配位剂的作用下生成配

16、离,一些两性氢氧化物，如Al(OH)3、Cr(OH)3、Zn(OH)2和Sn(OH)2等，它们既可以溶于酸，又可以溶于强碱，生成羟基配合物：Al(OH)4-、Cr(OH)4-、Zn(OH)42-和Sn(OH)3-等。Al(OH)3在强碱中的配位反应为： Al(OH)3(s) + OH-(aq) Al(OH)4-(aq) c(Al(OH)4-) K = c(OH-)Al(OH)3溶解度： S = c(Al(OH)4-) = Kc(OH-),一些两性氢氧化物，如Al(OH)3、Cr(O,Al(OH)3 的 S pH 图,Al(OH)3 的 S pH 图, 氧化还原溶解 3CuS(s) + 2NO3

17、-(aq) + 8H+ (aq) = 3Cu2+ (aq) + 2NO(g) + 3S(s) + 4H2O(l) Ksp(CuS) = 1.210-36 氧化配位溶解 3HgS(s) + 2NO3-(aq) + 12Cl-(aq) + 8H+ = 3HgCl42-(aq) + 3S(s) + 2NO(g) + 4H2O(l) Ksp(HgS) = 6.410-53,7.2.5 沉淀的配位氧化还原溶解, 氧化还原溶解7.2.5 沉淀的配位氧化还原溶解,沉淀溶解的方法, 酸（碱或盐）溶解 配位溶解 氧化还原溶解 氧化 配位（王水）溶解,沉淀溶解的方法 酸（碱或盐）溶解,7.3 沉淀与溶解的多重平衡

18、,7.3.1 分步沉淀7.3.2 沉淀的转化,7.3 沉淀与溶解的多重平衡7.3.1 分步沉淀,7.3.1 分步沉淀,往含I-、Cl-浓度均为0.01molL-1的混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液，先析出AgI(s)还是AgCl(s) ？,解：,，故AgI先沉淀。AgCl开始沉淀时：,7.3.1 分步沉淀 往含I-、Cl-浓度均为,分步沉淀的次序, 沉淀类型相同，被沉淀离子浓度相同， Ksp小者先沉淀，Ksp大者后沉淀；与被沉淀离子浓度有关： 当c(Cl-)c(I-)时，AgCl也可能先析出。,当c(Cl-)2.2106c(I-)时，AgCl先析出。, 沉淀类型不同，要通过计算确定。原则是：离

19、子积J首先超过溶度积Ksp的先沉淀。,分步沉淀的次序 沉淀类型相同，被沉淀离子浓度相同， 当c,问： 有一溶液中含有0.10molL-1 Li+ 和0.10molL-1 Mg2+，滴加 F- 溶液（忽略体积变化） （1）哪种离子最先被沉淀出来？ （2）当第二种沉淀析出时，第一种被沉淀的离子是否沉淀完全？两种离子有无可能分开？,问： 有一溶液中含有0.10molL-1 Li+,解：查表Ksp (LiF)=1.810-3, Ksp (MgF2)=7.410-11 Li+被沉淀为LiF所需F-浓度： c1(F-) = molL-1 =1.810-2 molL-1Mg2+ 被沉淀为MgF2 所需F-浓

20、度 c2(F-) = molL-1 =2.710-5 molL-1c1(F-)c2 (F-)， Mg2+ 先被沉淀出来。当LiF析出时 c1(F-) =1.810-2 molL-1 c(Mg2+)= molL-1 = 2.310-7 molL-1Mg2+已沉淀完全，两种离子有可能分离开。,解：查表Ksp (LiF)=1.810-3, Ksp,例：在1.0 molL-1 的ZnSO4溶液中，含有杂质Fe3+，欲使Fe3+以Fe(OH)3形式沉淀除去，而不使Zn2+沉淀，问溶液的pH应控制在什么范围？若溶液中还含有Fe2+，能否同时被除去？如何除去？,解：Ksp(Zn(OH)2)=1.210-17

21、，Ksp(Fe(OH)3)=4.010-38，Ksp(Fe(OH)2)=8.010-16，Fe3+完全沉淀时：,pH 3.20,例：在1.0 molL-1 的ZnSO4溶液中，含有杂质,不使Zn2+生成沉淀的条件是：,H 5.54因此，控制溶液的pH在3.205.54之间，便既可除去杂质Fe3+，又不会生成Zn(OH)2沉淀。若溶液中还含有Fe2+，则考虑当溶液的pH为5.54时，Fe2+可以残留在溶液中的浓度：,此时Fe2+的浓度很大，所以Fe2+不能同时被除去。,不使Zn2+生成沉淀的条件是： pH 5.5,7.3.2 沉淀的转化,把一种沉淀转化为另一种沉淀的过程，叫做沉的转化。 Pb(N

22、O3)2 NaCl PbCl2 KI PbI2 (无色溶液) (白色沉淀) (黄色沉淀) Na2CO3 PbCO3 Na2S PbS (白色沉淀) (黑色沉淀),7.3.2 沉淀的转化 把一种沉淀转化为另一种沉淀的过,例： 将0.010mol的AgCl置于100mL纯水中达到平衡。向此体系中加入0.0050mol的固体KI，达到平衡后，有多少摩尔的AgCl转化为AgI？溶液中Ag+、Cl-、I-的平衡浓度各为多少？（设加入AgCl和KI后，水的体积变化忽略不记，也不考虑Ag+与Cl-、I-形成配离子）,解：设每升中有x molAgCl发生转化： AgCl (s) + I-(aq) AgI (s

23、) + Cl-(aq)平衡/(molL-1) 0.00501000/100 x x = 0.050,例： 将0.010mol的AgCl置于100mL纯水中达到,n(AgCl) = c(Cl-)V总 = 0.0500.1 = 0.005(mol)所加入的AgCl有0.005mol转化成了AgI。,n(AgCl) = c(Cl-)V总 =,问： 用Na2CO3溶液处理AgI沉淀，使之转化为Ag2CO3沉淀。 （1）这一反应的标准平衡常数是多少？ （2）如果在1.0L Na2CO3溶液中要溶解 0.010mol AgI ，Na2CO3的最初浓度应为多少？这种转化能否实现？,问： 用Na2CO3溶液处

24、理AgI沉淀，使之转化为A,解： Ksp(AgI)=8.310-17，Ksp(Ag2CO3)=8.310-12 2AgI(s) + CO32-(aq) Ag2CO3(s) + 2I-(aq)Na2CO3的最初浓度应为： (1.21017+1/20.010)= 1.21017 molL-1 由于 Na2CO3 的饱和浓度远小于1.21017 molL-1，因此这种转化难以实现。,解： Ksp(AgI)=8.310-17，Ksp(Ag,本章小结难溶电解质的沉淀-溶解平衡，属于化学平衡中的多相离子平衡，本章介绍了沉淀与溶解平衡的表示方法和定量计算，包括：溶解度和溶度积常数的概念、计算方法和相互换算关系，沉淀与溶解平衡移动方向的判据-溶度积规则及其应用，包括：促进沉淀的生成与溶解的措施，共沉淀与分步沉淀的次序与控制方法，以及各种平衡组成的计算方法。,本章小结,作业：5、7、11、13,作业：,