沉淀溶解平衡课件

1、第第10章章 沉淀平衡沉淀平衡 v10-1 溶度积原理溶度积原理 v10-2 沉淀与溶解沉淀与溶解 v习题习题 10-1 溶度积原理溶度积原理 一般可用溶解度的大小来衡量物质在水中溶解能一般可用溶解度的大小来衡量物质在水中溶解能 力的大小力的大小. 物质物质 溶解度溶解度(g/100g水水) 易溶物易溶物 0.1 微溶物微溶物0.010.1 难溶物难溶物 0.01 对难溶物来说对难溶物来说, 在它的饱和溶液中存在在它的饱和溶液中存在多相离子平衡多相离子平衡. Ba2+ SO42- 一定一定T 时时: 溶解溶解 溶解溶解 BaSO4(s) BaSO4(aq) Ba2+(aq) + SO42-(a

2、q) 沉淀沉淀 沉淀沉淀 一、溶度积常数一、溶度积常数 BaSO4 (s) BaSO4(aq) 全全 部部 电电 离离 Ba2+(aq) + SO42-(aq) 平衡时平衡时 Ksp =Ba2+ SO42- Ksp称为溶度积常数称为溶度积常数, ,简称溶度积简称溶度积( (solubility product). 表示一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中表示一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中, ,各离各离 子平衡浓度幂的乘积为一常数。子平衡浓度幂的乘积为一常数。 Ba2+ + SO42- BaSO4 (s)Ba2+(aq) + SO42-(aq) 设设 AmBn (s) mAn+ + nBm-

3、Ksp = An+m Bm-n 化学式化学式Ksp化学式化学式Ksp AgCl1.5610-10Cu2S210-47 AgBr7.710-13CuCl1.0210-6 AgI1.510-16Fe(OH)21.6410-14 Ag2CrO49.010-12Fe(OH)31.110-36 BaCO38.110-9HgS410-53 BaSO41.0810-10Li2CO31.710-3 CaCO38.710-9MgCO32.610-5 CaF23.9510-11Mg(OH)21.210-11 CaSO41.9610-4PbSO41.0610-8 CuS8.510-45ZnS1.210-23 溶度积

4、常数溶度积常数(见见p419附表附表6) Ksp越大则难溶电解质在溶液中溶解趋势越大则难溶电解质在溶液中溶解趋势 越大，反之越小。越大，反之越小。 二、溶度积与溶解度的相互换算二、溶度积与溶解度的相互换算 溶解度溶解度s的单位的单位g/L或或mol/L,即饱和时的浓度。即饱和时的浓度。 AmBn(s)mAn+nBm- s ms ns Ksp=An+mBm-n=msmnsn=mmnnsm+n 例例1:室温下室温下,AgCl的溶解度是的溶解度是1.9310-3g/L,求求AgCl的的 溶度积。已知溶度积。已知AgCl的摩尔质量为的摩尔质量为143.3g/mol。 解：解： 把把AgCl溶解度单位溶

5、解度单位(g/L)换算成换算成molL-1 s=1.9310-3g/L143.3g/mol =1.3510-5molL-1 求求Ksp AgCl(s) Ag+ + Cl- 饱和、平衡饱和、平衡 1.3510-5 1.3510-5 Ksp(AgCl)=Ag+Cl- =(1.3510-5)2 =1.8210-10 答：答：AgCl的的Ksp为为1.8210-10 例例2:Mg(OH)2的的Ksp=1.2010-11在在298K时时,Mg(OH)2 的溶解度为多少的溶解度为多少? 解：解：Mg(OH)2(s) Mg2+2OH- 设溶解度为设溶解度为s 平衡时平衡时 s 2s Ksp=Mg2+OH-2

6、 =s(2s)2 =4s3 =1.210-11 s=1.4410-4molL-1 答答:氢氧化镁在氢氧化镁在298K时的溶解度为时的溶解度为 1.4410-4molL-1。 例例3:Ag2CrO4在在298K时溶解度时溶解度s=1.3410-4molL-1 求：求：Ksp 解：解： Ag2CrO4(s) 2Ag+ + CrO42- 平衡时平衡时 21.3410-4 1.3410-4 Ksp=Ag+2CrO42- =(21.3410-4)21.3410-4 =9.6210-12 答：铬酸银在答：铬酸银在298K时的时的Ksp=9.6210-12 由以上三个例题的结果可得到如下结论：由以上三个例题

7、的结果可得到如下结论： 同种类型的难溶电解质，在一定温度下，同种类型的难溶电解质，在一定温度下，Ksp 越大则溶解度越大。越大则溶解度越大。 不同类型则不能用不同类型则不能用Ksp的大小来比较溶解度的的大小来比较溶解度的 大小，必须经过换算才能得出结论。大小，必须经过换算才能得出结论。 三、溶度积原理三、溶度积原理 根据溶度积常数可以判断沉淀、溶解反应进行的根据溶度积常数可以判断沉淀、溶解反应进行的 方向。方向。 某难溶电解质溶液中，其离子浓度系数次方之积某难溶电解质溶液中，其离子浓度系数次方之积 称离子积。用称离子积。用J表示。表示。 如：如：Ag2CrO4 任意情况下的离子积为：任意情况下

8、的离子积为： J=c2(Ag+)c(CrO42-) 当当J=Ksp是饱和溶液无沉淀析出即平衡状态；是饱和溶液无沉淀析出即平衡状态； 当当JKsp是过饱和溶液是过饱和溶液,向生成沉淀的方向移动。向生成沉淀的方向移动。 例例 在在20mL 0.0020molL-1Na2SO4溶液中加入溶液中加入 20 mL 0.020molL-1 BaCl2溶液，有无溶液，有无BaSO4沉淀生成？沉淀生成？ 并判断并判断 SO42- 离子是否沉淀完全？已知离子是否沉淀完全？已知BaSO4的的Ksp= 1.0710-10 . 解解:（1） )Lmol(0010. 0 40 20 0020. 0 1 SO2 4 c

9、)Lmol(010. 0 40 20 020. 0 1 Ba 2 c sp 5 SOBa 100 . 10010. 0010. 0 2 4 2 KccJ 有有BaSO4沉淀生成沉淀生成 即即 1.0710-10 0.0090 x x = SO42- 1.210-8 mol L-1 设平衡时设平衡时 SO42- = x molL-1 沉淀完全是指离子残留量沉淀完全是指离子残留量 10-5 mol L-1 故加入故加入BaCl2 可使可使SO42- 沉淀完全沉淀完全 Ksp = Ba2+SO42- = ( 0.0090 + x ) x 起始浓度起始浓度/molL-1 0.010 0.0010 平衡

10、浓度平衡浓度/ molL-1 0.010（0.0010- x） x BaSO4 (s) Ba 2+ + SO42- 0.0090 + x 0.0090 x 很小很小 四、同离子效应和盐效应四、同离子效应和盐效应 同离子效应同离子效应 PbI2 饱和溶液饱和溶液 + + KI (aq) 黄黄 在难溶电解质溶液中加入含有在难溶电解质溶液中加入含有 共同离共同离 子的易溶强电解质，使子的易溶强电解质，使 难溶电解质溶难溶电解质溶 解度降低的现象。解度降低的现象。 2.2.盐效应盐效应 在难溶电解质饱和溶液中加入不含相同离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子的强

11、电解质，将使难溶电解质的溶解度 略为增大的现象。略为增大的现象。 例例:298K时硫酸钡的溶解度为时硫酸钡的溶解度为1.0410-5molL-1， 如果在如果在0.010molL-1的硫酸钠溶液中的溶解度的硫酸钠溶液中的溶解度 是多少？是多少？ 解：解：先求先求Ksp BaSO4Ba2+ + SO42- 1.0410-5 1.0410-5 Ksp=Ba2+SO42- =1.0410-51.0410-5 =1.0810-10 求求s Na2SO42Na+ + SO42- BaSO4 Ba2+ + SO42- 初初 0 0.01 平衡平衡 s s+0.010.01 Ksp=Ba2+SO42- =s

12、0.01 s=Ksp/0.01 =1.0810-10/0.01 =1.0810-8molL-1 sKsp 有沉淀析出。有沉淀析出。 答：能析出答：能析出Ag2CrO4沉淀。沉淀。 例例:向向1.0 10-3 mol L-1 的的K2CrO4溶液中滴加溶液中滴加 AgNO3溶液溶液,求开始有求开始有Ag2CrO4沉淀生成时的沉淀生成时的 Ag+? CrO42-沉淀完全时沉淀完全时, Ag+= ? 假设反应前假设反应前 后体积不变。已知后体积不变。已知Ksp(Ag2CrO4)=1.010-12 解解: Ag2CrO4 2Ag+ + CrO42- Ksp = Ag+2 CrO42- 14 5 12

13、2 4 Lmol102 . 3 100 . 1 100 . 1 CrO Ag sp K 15 2 4 Lmol102 . 3 CrO Ag sp K CrO42-沉淀完全时的浓度为沉淀完全时的浓度为1.0 10-5 mol L-1，故有，故有 例：例：向向0.1 mol L-1 的的ZnCl2溶液中通溶液中通H2S气体至气体至 饱和时，溶液中刚有饱和时，溶液中刚有ZnS沉淀生成，求此时溶沉淀生成，求此时溶 液的液的H+ = ?已知已知Ksp(ZnS)=2.010-22，H2S 的的 Ka1=1.310-7， Ka2=7.110-15 121 22 2 2 Lmol100 . 2 1 . 0 1

14、00 . 2 Zn S sp K SZn 22 sp K 解解: ZnS Zn2+ + S2- 21 SH SH 2 22 aa KK 21 157 2 2 100 . 2 1 . 0101 . 7103 . 1 S SH H 21 aa KK H2S 2H+ + S2- = 0.21 molL-1 二、沉淀的溶解二、沉淀的溶解 1生成弱电解质生成弱电解质 生成弱酸生成弱酸 CaCO3(s) +2H+ Ca2+ + H2CO3 H2O + CO2 PbSO4(s) + 2Ac-Pb(Ac)2 + SO42- Mg(OH)2(s) + 2NH4+ Mg2+ + 2NH3H2O 生成水生成水 Fe

15、(OH)3(s) + 3H+ Fe3+ + 3H2O 3CuS + 8HNO3(稀稀)3Cu(NO3)2+ 3S+ 2NO+ 4H2O 生成配离子生成配离子 AgCl + 2NH3 = Ag(NH3)2+ + Cl- J Ksp 溶解溶解 Ag+ S2- J Ksp 溶解溶解 在在AgCl的饱和溶液中，有的饱和溶液中，有AgCl固体存在，当分别向固体存在，当分别向 溶液中加入下列物质时，将有何种变化？溶液中加入下列物质时，将有何种变化？ 加入物质加入物质 平衡平衡 AgCl 溶液中浓度溶液中浓度 引起变化引起变化 移动移动 溶解度溶解度 Ag+ Cl- 原因原因 HCl(0.1 molL-1)

16、 AgCl(s) Ag+ + Cl- 不变不变 不变不变 不变不变 稀释稀释 生成配离子生成配离子 盐效应盐效应 同离子效应同离子效应AgNO3(0.1 molL-1) KNO3(s) NH3H2O(2 molL- 1) H2O 同离子效应同离子效应 三、酸度对沉淀和溶解的影响三、酸度对沉淀和溶解的影响 例例 计算计算298K时使时使0.010molL-1Fe3+开始沉淀和沉淀完开始沉淀和沉淀完 全时溶液的全时溶液的pH值。已知值。已知Fe(OH)3的的Ksp=2.6410-39。 解：解： Fe(OH)3 (s) Fe3+ + 3OH- 开始沉淀开始沉淀 )Lmol(1042. 6 01.

17、0 1064. 2 OH 113 3 39 Fe3+OH-3 Ksp pOH = 13lg 6.42 = 12.19 pH = 1.81 1.1.金属氢氧化物沉淀的生成和溶解金属氢氧化物沉淀的生成和溶解 )Lmol(1042. 6 101 1064. 2 OH 112 3 5 39 Fe3+ 10-5 molL-1 pH = 14(12lg6.42) =2.81 注：注：由此可见由此可见:氢氧化物沉淀不一定在碱性环境；氢氧化物沉淀不一定在碱性环境； 不同氢氧化物的不同氢氧化物的Ksp值不同，沉淀的值不同，沉淀的pH值也不同，值也不同， 因此可通过控制因此可通过控制pH值分离金属离子。值分离金属

18、离子。见见p344图图10-3。 硫化物大部分为难溶物，硫化物的硫化物大部分为难溶物，硫化物的Ksp相差很大，相差很大， 其沉淀、溶解情况比较复杂。其沉淀、溶解情况比较复杂。 在用酸溶解硫化物在用酸溶解硫化物(或用或用H2S使金属离子沉淀为使金属离子沉淀为 硫化物硫化物)时，体系中同时存在硫化物的沉淀溶解平时，体系中同时存在硫化物的沉淀溶解平 衡及衡及H2S的电离平衡。的电离平衡。 MS(s) M2+S2- Ksp S2-+2H+H2S K=1/(Ka1Ka2) 其中其中Ka1=5.710-8；Ka2=1.210-15 MS(s)+2H+M2+H2S K=Ksp/(Ka1Ka2)=M2+H2S

19、/H+2 sp aa K KK 212 2 SHM H 2.2.难溶硫化物沉淀与溶解难溶硫化物沉淀与溶解 例例: 使使0.01 mol SnS溶于溶于1 L 的盐酸中，求所需盐酸的盐酸中，求所需盐酸 的最低的最低起始起始浓度浓度 = ?已知已知Ksp(SnS)=1.010-25，H2S 的的Ka1=1.310-7， Ka2=7.110-15 1 25 157 2 2 Lmol96. 0 100 . 1 101 . 7103 . 101. 001. 0 SH H 21 sp aa K KKM 故所需盐酸的起始浓度为故所需盐酸的起始浓度为:0.96 + 0.02 = 0.98mol L-1 0.0

20、1 mol SnS溶解将产生溶解将产生0.01 mol的的H2S 解解: SnS+2H+ Sn2+ + H2S sp aa K KK 212 2 SHM H 四四、分步沉淀、分步沉淀 如果溶液中同时含有几种离子，当加入某种沉如果溶液中同时含有几种离子，当加入某种沉 淀剂时，沉淀反应将依怎样的次序进行呢？淀剂时，沉淀反应将依怎样的次序进行呢？ 实验：实验：取取0.02molL-1氯化钠溶液氯化钠溶液20毫升，毫升，0.02 molL-1碘化钠溶液碘化钠溶液20毫升混合后毫升混合后,逐滴加入逐滴加入1molL- 1的 的AgNO3溶液观察现象？溶液观察现象？ 现象：现象：先生成黄色沉淀先生成黄色沉

21、淀AgI而后才生成白色沉淀而后才生成白色沉淀 AgCl。 对于同一类型的难溶电解质对于同一类型的难溶电解质AgCl、AgI沉淀析出沉淀析出 的顺序是溶度积的顺序是溶度积小小的的AgI先先沉淀，溶度积沉淀，溶度积大大的的AgCl 后后沉淀，沉淀，这种先后沉淀的作用叫分步沉淀这种先后沉淀的作用叫分步沉淀。 我们通过溶度积计算来说明我们通过溶度积计算来说明 已知已知:AgCl的的Ksp=1.5610-10,AgI的的Ksp=1.5610-16 所以生成所以生成AgCl沉淀所需沉淀所需Ag+离子最低浓度为离子最低浓度为: Ag+=1.5610-10/0.01=1.5610-8(molL-1) 生成生成

22、AgI沉淀所需沉淀所需Ag+离子最低浓度为：离子最低浓度为： Ag+=1.510-16/0.01=1.510-14(molL-1) 生成生成AgI沉淀所需沉淀所需Ag+离子浓度少，所以先沉淀。离子浓度少，所以先沉淀。 当当AgCl开始沉淀时，开始沉淀时，I-离子是否沉淀完全？离子是否沉淀完全？ 当当AgCl开始沉淀时溶液中开始沉淀时溶液中Ag+为为1.5610-8molL-1此此 时时I-=1.510-16/1.5610-8=9.610-9(molL-1) 110-5(molL-1) I-离子早已沉淀完全，所以利用此原理可以分离离子早已沉淀完全，所以利用此原理可以分离 两种离子且两种离子且两种

23、沉淀的溶度积相差越大，分离越完两种沉淀的溶度积相差越大，分离越完 全。全。 例例1：如果溶液中：如果溶液中Fe3+和和Mg2+的浓度均为的浓度均为0.10 mol L-1, 使使Fe3+定量沉淀而使定量沉淀而使Mg2+不沉淀的不沉淀的pH条件是什么条件是什么? 已知已知K Ksp sp(Fe (Fe（OHOH）3 3)=4.0)=4.01010-39 -39， ，K Ksp sp( (Mg (Mg（OHOH）2 2)=1.8)=1.81010-11 -11 112 3 5 39 3 3 Lmol1037. 7 101 100 . 4 Fe OH sp K pOH = 11.1 , pH = 2.9 解解: Fe(OH)3 Fe3+ + 3OH- Ksp = Fe3+OH-3 = 4.0 10-39 Fe3+ 沉淀完全时的沉淀完全时的OH-为为: Mg2+开始沉淀的开始沉淀的pH值为值为: 15 2 111 2 1 2 Lmol103 . 1 ) 1 . 0 108 . 1 () Mg (OH sp K pOH = 4.9, pH =9.1 因此因此, 只要控制只要控制pH值在值在2.9 9.