重量分析法和沉淀滴定法课件.ppt
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1、第5章 重量分析法和沉淀滴定法Gravimetry&Precipitation titration,5.1 重量分析法概述5.2 沉淀的溶解度及其影响因素5.3 沉淀的类型和沉淀的形成过程5.4 影响沉淀纯度的主要因素5.5 沉淀条件的选择5.6 有机沉淀剂5.7 重量分析中的换算因数5.8 沉淀滴定法,5.1 重量分析法概述,1 重量分析法的分类和特点2 重量分析对沉淀形式和称量 形式的要求,5.1.1 重量分析法的分类和特点*1.定义 在重量分析中,先用适当的方法将被测组分与试样中的其他组分分离后,转化为一定的称量形式,然后称重,由称得的物质的质量计算该组分的含量。根据被测组分与其他组分分
2、离方法的不同,有三种重量分析法。,*2.重量分析法分类(1)沉淀法 Precipitation method 沉淀法是重量分析法中的主要方法。被测组分以微溶化合物的形式沉淀出来,再将沉淀过滤、洗涤、烘干或灼烧,最后称重并计算其含量。,(2)气化法(又称为挥发法)Gasification method 利用物质的挥发性质,通过加热或其他方法使试样中待测组分挥发逸出,然后根据试样质量的减少计算该组分的含量;或当该组分逸出时,选择适当吸收剂将它吸收,然后根据吸收剂质量的增加计算该组分的含量。,(3)电解法 Electrogravimetry method 利用电解原理,用电子作沉淀剂使金属离子在电极
3、上还原析出,然后称量,求得其含量。,*3.特点(1)成熟的经典法,无标样分析法,用于仲裁分析。(2)用于常量组分的测定,准确度高,相对误差在0.1%-0.2%之间。(3)耗时多、周期长,操作烦琐。(4)常量的硅、硫、镍等元素的精确测定仍采用重量法。,5.1.2 沉淀重量法的过程和对沉淀的要求*1.分析过程 过滤 800SO42-+BaCl2 BaSO4-BaSO4 洗涤 灼烧 过滤 1100Mg2+(NH4)2HPO4 MgNH4PO46H2O-Mg2P2O7 洗涤 灼烧试液 沉淀剂 沉淀形 称量形,*2.对沉淀形的要求(1)沉淀的溶解度必须很小,保证被测组分沉淀完全。(2)沉淀易于过滤和洗涤
4、。希望尽量获得粗大的晶形沉淀。无定形沉淀,应掌握好沉淀条件,改善沉淀的性质。(3)沉淀纯度高,避免玷污。(4)沉淀易转化为称量形式。,*3.对称量形的要求(1)有确定的化学组成,定量计算的依(2)稳定,不受空气中水、CO2和O2等影响。(3)摩尔质量要大,待测组分在称量形式中含量要小,以减小称量的相对误差,提高测定的准确度。例如:0.1000g Al3+Al3+NH3 Al(OH)3 Al2O3 0.1888g Al3+8-羟基喹啉(C9H6NO)3Al 1.704g,6.2 沉淀的溶解度及其影响因素,1 溶解度、溶度积和条件溶度积 2 影响沉淀溶解度的因素(1)同离子效应(2)盐效应(3)酸
5、效应(4)络合效应(5)其他影响,5.2.1 溶解度、溶度积和条件溶度积溶解度 solubility溶度积 solubility product条件溶度积:conditinonalsolubility product沉淀的溶解损失是重量分析法误差的重要来源之一,因此必须了解各种影响沉淀溶解度的因素。,MA(固)=MA(水)=M+A-固有溶解度或分子溶解度:MA(水)=S0(Intrinsic solubility):溶解度:S=S0+M+=S0+A-活度积:K0sp=M+-=M+M+-A-=M+-Ksp溶度积:Ksp=M+A-=K0spM+-,5.2.2 影响沉淀溶解度的因素 1.同离子效应C
6、ommon ion effect 组成沉淀晶体的离子称为构晶离子,当沉淀反应达到平衡后,向溶液中加入含有某一构晶离子的试剂或溶液,则沉淀的溶解度减少,称为同离子效应。在重量分析法中,常加入过量的沉淀剂,降低沉淀的溶解度。,例如,25时,BaSO4 在水中的溶解度:S=Ba2+=SO42-=(1.110-10)1/2=1.0 10-5 mol/L 若沉淀平衡时,溶液中SO42-=0.10mol/L 则 S=KspSO42-=1.1 10 9 mol/L 一般沉淀剂以过量50%100%为宜;对非挥发性沉淀剂,一般过量20%-30%为宜。,2.盐效应Salting effect(例1)在KNO3、N
7、aNO3等强电解质存在时,沉淀的溶解度比在纯水中的大,这种加入强电解质而增大沉淀溶解度的现象,称为盐效应。高价离子的活度系数受离子强度的影响较大,构晶离子的电荷越高,对溶解度的影响越大。一般由盐效应引起沉淀溶解度的增加不是很大,与其它化学因素相比,影响要小得多,常可以忽略。,3.酸效应 Acidic effect 溶液酸度对沉淀溶解度的影响.对于二元弱酸H2A形成的盐MA:S=(KspA)1/2 例:当H2SO4浓度大于4.5 mol/L时,由于生成了HSO4-而使PbSO4的溶解度迅速增大。,(例2、例3、例4、例5)例如 CaC2O4 的溶解度*pH=4.00时,C2O4=0.39 S=7
8、.210-5 mol/L*pH=2.00时,C2O4=0.0054 S=6.110-4 mol/L*pH=3.00时,C2O4=0.058,C C2O4=0.010mol/L,Ksp=Ca2+C2O42-=SC2O4 C C2O4 S=3.410-6 mol/L(同离子效应+酸效应),4.络合效应 Complexing effect若溶液中存在有能与构晶离子生成可溶性络合物的络合剂,则反应向沉淀溶解的方向进行,影响沉淀的完全程度,这种影响称为络合效应.(例5)络合剂的浓度越大,生成的络合物越稳定,沉淀的溶解度越大.,例如:在pH=4.0时,C2O4=0.39;Y(H)=108.6 CC2O42
9、-=0.2 mol/L,Y=0.01mol/L 求PbC2O4的溶解度:Pb(Y)=1+YKPbY=1+YKPbYY(H)=107.4 Ksp=Pb2+C2O42-=SCC2O42-C2O4Pb(Y)S=0.05 molL 在此条件下无沉淀产生.,5.其它影响因素*a.温度Temperature 沉淀的溶解反应,绝大多数是吸热反应,沉淀的溶解度一般随温度升高而增大.对于在热溶液中溶解度大的沉淀,在室温下过滤、洗涤,例如 MgNH4PO4;无定形沉淀(如Fe2O3nH2O)的溶解度小,冷却后难于过滤洗涤,要趁热过滤洗涤。,*b.溶剂Solvent 大多数无机盐沉淀在水中的溶解度比在有机溶剂中大一
10、些。例如:PbSO4 S=45 mg/L(水)S=2.3 mg/L(30%乙醇水 溶液),*c.沉淀颗粒 Diameter of particle 同一种沉淀,晶体颗粒大,溶解度小;晶体颗粒小,溶解度大.通常采用陈化获得大颗粒的沉淀.例如:SrSO4 沉淀 大颗粒 S=6.210-4 mol/L 0.05m S=6.710-4 mol/L 增大8%0.01m S=9.310-4 mol/L 增大50%,*d.胶体溶液Colloid solution 胶体颗粒很小,容易透过滤纸而引起损失,因此要避免形成胶体溶液.常采用加热或加入大量电解质措施.*e.沉淀的形态Form and structure
11、 初生成时,“亚稳态”的溶解度大,放置后,“稳定态”的溶解度小.例如“亚稳态”-CoS Ksp=410-20“稳定态”-CoS Ksp=7.910-24,6.3 沉淀的类型和沉淀的形成过程,1 沉淀的类型 2 沉淀的形成过程,5.3.1 沉淀的类型 生成的沉淀类型,首先取决于沉淀的性质,其次与沉淀形成的条件、沉淀后的处理有密切的关系。在重量分析法中,最好能获得晶形沉淀。晶形沉淀 Crystalline precipitate 无定形沉淀 Amorphous precipitate 凝乳状沉淀 Curdy precipitate,几种类型沉淀的比较特点 晶形沉淀 凝乳状沉淀 无定形沉淀直径 0.
12、11m 0.020.1m 小于0.02m结构 规则,紧密 疏松,无规则溶解度 较大 较小纯度 高 含大量水处理 易过滤,洗涤 不易过滤,洗涤示例 BaSO4 AgCl Fe2O3nH2OKsp 1.110-5 3.210-10 1.910-10,5.3.2 沉淀的形成过程 沉淀的形成是一个复杂过程,有关这方面的理论都是定性的解释或经验公式的描述,很不成熟.沉淀的形成过程如下:,*晶核形成速度小于晶核成长速度,则获得较大沉淀颗粒,且能定向地排列成为晶形沉淀;若晶核生成极快,则形成大量细小微晶,只能凝聚起来得到细小的胶状沉淀.*均相成核:构晶离子在过饱和溶液中,通过离子的缔合作用,自发形成晶核。占
13、优势时形成无定形沉淀。*异相成核:溶液中混有的固体微粒,在沉淀过程中起着晶种的作用,诱导沉淀的形成。占优势形成晶形沉淀。,*分散度晶核形成速度沉淀生成的初始速度可以用槐氏(Von Weimarn)的经验公式表示:分散度=K(CQ-S)/S C:沉淀剂加入瞬间沉淀物质的浓度;S:晶核的溶解度;(CQ-S):过饱和度,引起沉淀作用的动力;(CQ-S)/S:相对过饱和度;K:为常数,与沉淀性质、介质及温度等有关。,*相对过饱和度越小,则晶核形成速度越慢,能得到大颗粒沉淀。各种沉淀都有一个能大批自发产生晶核的相对过饱和极限值,称为临界值。*控制相对过饱和度在临界值以下,沉淀以异相成核为主,得到大颗粒沉
14、淀。超过临界值后,沉淀以均相成核为主,得到小颗粒沉淀。例如 沉淀 临界值(表5)BaSO4 1000 CaC2O4 H2O 31 AgCl 5.5,5.4 影响沉淀纯度的主要因素,1 共沉淀 Coprecipitation2 继沉淀(后沉淀)Postprecipitation 3 减少沉淀玷污的方法,5.4.1 共沉淀现象 Coprecipitation 当一种沉淀从溶液中析出时,溶液中某些可溶的组分同生成的沉淀一起析出混杂于沉淀之中,这种现象称为共沉淀现象。共沉淀现象使沉淀玷污,这是重量分析法误差的主要来源之一。例如 以BaCl2为沉淀剂测定SO42-时,试液中Fe3+会以Fe2(SO4)3
15、的形式夹杂在BaSO4沉淀中一起析出,给分析结果带来误差。,*共沉淀现象的分类1.吸附共沉淀-Adsorption coprecipitation2.包藏(吸留和包夹)-Occlusion and inclusion 3.混晶或固溶体-Mixed crystal coprecipitation,1.吸附共沉淀:由于沉淀表面上离子电荷的不完全等衡,使沉淀吸附溶液中的杂质离子现象。,吸附原则:表面吸附是有选择性的。(1)第一吸附层首先吸附过量的构晶离子。此外,那些与构晶离子半径相似、电荷相同的离子。例如 BaSO4)SO42-)Pb2+(2)第二吸附层的抗衡离子:能与构晶离子生成微溶或离解度很小的
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