《沉淀溶解平衡》ppt课件

1、教学大纲教学大纲 绪论绪论2 学时学时第一章第一章 物质的聚集形状物质的聚集形状 9 学时学时第二章第二章 化学热力学初步化学热力学初步 7 学时学时第三章第三章 化学平衡通论化学平衡通论 4 学时学时第四章第四章 化学动力学简介化学动力学简介4 学时学时第五章第五章 酸碱平衡酸碱平衡6 学时学时 合计合计 32 学时学时.教学大纲教学大纲第六章第六章 沉淀沉淀溶解平衡溶解平衡 3 学时学时第七章第七章 配位化合物和配位平衡配位化合物和配位平衡3 学时学时第八章第八章 氧化复原平衡氧化复原平衡7 学时学时第九章第九章 原子的电子构造原子的电子构造7 学时学时第十章第十章 化学键和分子构造化学键

2、和分子构造 6 学时学时第十一章第十一章 元素化学元素化学6 学时学时 合计合计 32 学时学时普通化学普通化学B助教助教 王王 飞飞 10110220004普通化学普通化学A助教助教 蔡雯佳蔡雯佳 09210220027.溶液：电解质溶液和非电解质溶液溶液：电解质溶液和非电解质溶液 非电解质稀溶液具有的某些共同特性非电解质稀溶液具有的某些共同特性称为依数性，电解质溶液常偏离依数性定称为依数性，电解质溶液常偏离依数性定律。律。 相对于通常的固体溶质在溶剂中的溶相对于通常的固体溶质在溶剂中的溶解和析出，这里关注的沉淀解和析出，这里关注的沉淀-溶解平衡主溶解平衡

3、主要针对水溶液中的难溶电解质。要针对水溶液中的难溶电解质。溶解度：一定温度下通常溶解度：一定温度下通常25oC每每100克克水中溶解的物质的质量克水中溶解的物质的质量克/100克水克水第六章第六章 沉淀沉淀溶解平衡溶解平衡. 何谓难溶？何谓难溶？ 绝对不溶解的绝对不溶解的“不溶物是不存在的，易不溶物是不存在的，易溶、微溶、难溶、不溶都是相对而言的，习溶、微溶、难溶、不溶都是相对而言的，习惯上把溶解度小于惯上把溶解度小于0.01 g/100 g H2O的物质叫的物质叫做难溶物；易溶物：做难溶物；易溶物： 1 g；微溶物：；微溶物：0.011 g如如PbCl2的溶解度：的溶解度：0.99 g Ag

4、Cl的溶解度的溶解度 0.000 g/100 g H2O BaSO4的溶解度的溶解度 0.000223 g/100 g H2O HgS的溶解度的溶解度 0.0000013 g/100 g H2O 比较：比较： ZnCl2， S：302 g / 100 g H2O K2CO3， S：112 g / 100 g H2O. 何谓难溶电解质？何谓难溶电解质？ 虽然难溶电解质溶解度很小，但是溶解部虽然难溶电解质溶解度很小，但是溶解部分可以发生电离。分可以发生电离。 完全电离的属于强电解质，如完全电离的属于强电解质，如BaSO4； 部分电离的属于弱电解质，如部分电离的属于弱电解质，如H4SiO4。 电解质

5、的强弱与溶解度无关，只与溶解电解质的强弱与溶解度无关，只与溶解或熔融时的电离程度有关，两者之间的或熔融时的电离程度有关，两者之间的界限也是相对的。界限也是相对的。.对于难溶电解质，如将晶体对于难溶电解质，如将晶体AgCl参与水中参与水中溶解：晶体外表的溶解：晶体外表的Ag+和和Cl-遭到水分子偶极子的作用，遭到水分子偶极子的作用，部分离子分开晶体外表进入溶液；部分离子分开晶体外表进入溶液；沉淀：随着溶液中沉淀：随着溶液中Ag+和和Cl-逐渐添加，逐渐添加，Ag+和和Cl-遭遭到晶体外表的正负离子吸引，重新结晶前往晶体外表。到晶体外表的正负离子吸引，重新结晶前往晶体外表。 AgCl(s) Ag+

6、 (aq) + Cl- (aq) 一定温度下，当溶解速率和沉淀速率相等时，就到达一定温度下，当溶解速率和沉淀速率相等时，就到达了溶解平衡，此时的溶液称为饱和溶液，饱和溶液中了溶解平衡，此时的溶液称为饱和溶液，饱和溶液中AgCl的浓度就是的浓度就是AgCl在水中的溶解度。在水中的溶解度。1. 溶度积溶度积Ksp - 沉淀沉淀溶解平衡常数溶解平衡常数. AgCl(s) Ag+ (aq) + Cl- (aq) Ksp = Ka = Kc = Ag+Cl- = 1.610-10 : mol/L，稀溶液中用平衡浓度替代活度，稀溶液中用平衡浓度替代活度 溶度积：沉淀溶解平衡的平衡常数溶度积：沉淀溶解平衡的

7、平衡常数 P. 358 / 表表132中列举假设干代表性难溶电中列举假设干代表性难溶电解质的溶度积，只与难溶电解质的本质离解质的溶度积，只与难溶电解质的本质离子电荷、离子大小、阴离子与阳离子的堆积子电荷、离子大小、阴离子与阳离子的堆积方式和温度有关。方式和温度有关。 可经过可经过GT = -RTlnKsp计算计算Ksp，自在能相，自在能相差差5.7 kJ mol-1，Ksp相差约相差约10倍。倍。KNO3易溶，易溶，KClO4难溶，前者比后者的规范溶解自在能更难溶，前者比后者的规范溶解自在能更负一些，相差负一些，相差11 kJ mol-1. AgCl 在纯水中的溶解度为在纯水中的溶解度为 s

8、(mol/L) AgCl(s) Ag+ (aq) + Cl- (aq) s s Ksp= s2 2. 溶度积溶度积Ksp与溶解度与溶解度 s的关系的关系spsK(mol/L).CaF2在纯水中的溶解度为在纯水中的溶解度为 s (mol/L) CaF2(s) Ca2+ (aq) + 2F- (aq) s 2sKsp = s(2s)2 = 4s3 sp1/3Ks()(mol/L)4 AB 型离子固体型离子固体 : Ksp = s2 s = (Ksp )1/2. AB2 或或 A2B 型离子固体：型离子固体： 如：如： CaF2, Ag2CrO4, Mg(OH)2, Hg2Cl2(氯化亚汞氯化亚汞)

9、 Ksp = s(2s)2 = 4s3 s = (Ksp/4 )1/3 Hg2Cl2(s) Hg22+(aq) + 2Cl-(aq) (Hg22+，Hg-Hg2+含金属含金属-金属键金属键.) AB3 或或 A3B 型离子固体型离子固体 ： Ksp = s(3s)3 = 27s4 s = (Ksp/27 )1/4 AmBn型离子固体型离子固体 ： Ksp = (ms)m(ns)n = mmnn(s)m+n sp1/(m n)mnKs()(mol/L)m n. 溶度积与溶解度之间的相互换算需求满足三个条件：溶度积与溶解度之间的相互换算需求满足三个条件：a. 稀溶液中，离子强度等于零。稀溶液中，离

10、子强度等于零。 在强电解质存在下，或溶解度较大时，离子活度系在强电解质存在下，或溶解度较大时，离子活度系数不等于数不等于1时：时： Ksp = 活度积活度积 c 1 ：活度，：活度， ：活度：活度系数系数离子在溶液中没有后续反响。一些过渡金属离子和某离子在溶液中没有后续反响。一些过渡金属离子和某些难溶硫化物、碳酸盐和磷酸盐相应的阴离子会发些难溶硫化物、碳酸盐和磷酸盐相应的阴离子会发生水解，有些阳离子如生水解，有些阳离子如Fe3+、Al3+会发生聚合会发生聚合或与水配位等，如：或与水配位等，如： CaCO3(s) = Ca2+ (aq) + CO32 (aq) H2O HCO3 (aq) Ksp

11、 Ca2+CO32 s2. c. 离子固体必需一步完全电离离子固体必需一步完全电离 例如例如: Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2OH-(aq) s 2s 而而Fe(OH)3在水溶液中分在水溶液中分3步电离，步电离，3Fe3+ OH- Fe(OH)3(s) = Fe(OH)2+(aq) + OH(aq) K1 Fe(OH)2+(aq) = Fe(OH)2+(aq) + OH(aq) K2 Fe(OH)2+(aq) = Fe3+(aq) + OH(aq) K3 Fe(OH)3(s) = Fe3+(aq) + 3OH(aq) Ksp = K1 K2 K3 s(3s)3 又如：又如： H

12、gCl2(s) = HgCl2(aq) = Hg2+(aq) + 2Cl(aq) 分子方式分子方式 s HgCl2 + Hg2+ Ksp 4s3. 用用 Ksp 比较难溶离子固体的溶解度大小比较难溶离子固体的溶解度大小对于一样类型的难溶离子固体，对于一样类型的难溶离子固体，Ksp越大，越大，s越大，越大， Ksp越小，越小，s越小。不同类型的难溶离子固体，那么不越小。不同类型的难溶离子固体，那么不能按溶度积来比较溶解度的大小。能按溶度积来比较溶解度的大小。例：例：AgCl, Ksp = 1.6 10-10 s = 1.26 10-5 mol/L Ag2CrO4, Ksp = 1.9 10-12

13、 s = 7.8 10-5 mol/L .3. 溶解与沉淀过程的判别溶解与沉淀过程的判别AmBn(s) mA(aq) + nB(aq) 在纯水中在纯水中反响商反响商Qa = aAmaBn = CAmCBn = Qc c: mol/L当当Qc Ksp，GT 0，处于过饱和形状，有沉淀析出，处于过饱和形状，有沉淀析出当当Qc Ksp，GT Ksp所以有所以有CaF2沉淀生成！沉淀生成！ .解题思绪：首先按照计量关系完全生成沉淀，再思解题思绪：首先按照计量关系完全生成沉淀，再思索沉淀的溶解。完全反响后，索沉淀的溶解。完全反响后，F-=0.010 mol/L CaF2(s) Ca2+ (aq) + 2

14、F- (aq) 起始起始 0 0.010平衡平衡 x 0.010 + 2x Ksp = Ca2+F-2 = x(0.010+2x)2 = x0.0102( 0.010 + 2x = 0.010, 为什么？为什么？)x = Ca2+ = Ksp / 0.0102 = 3.910-7 (mol/L)F- = 0.010 + 2x = 0.010 (mol/L).不恰当解法：不恰当解法： CaF2(s) Ca2+ (aq) + 2F- (aq) 起始起始 0.030 0.070转化转化 x 2x平衡平衡 0.030 x 0.070 2x Ksp = Ca2+F-2 = (0.030 x)(0.070

15、 2x)2 = 3.910-11( x在数值上接近在数值上接近0.030，难以忽略使求解困难！，难以忽略使求解困难！).例例3：在：在1.0 L 含含0.10 mol/L Ca2+的溶液中要参与的溶液中要参与多少克多少克NaFM = 42 g/mol才会产生才会产生CaF2沉淀？沉淀？知知CaF2的的Ksp = 3.9 10-11 CaF2(s) Ca2+ (aq) + 2F- (aq) 反响商反响商Qc = CCa2+CF-2 Ksp11sp5FCa2K3.9 10C1.97 10(mol/L)C0.10m = VCF-M 1.01.9710-542 = 8.310-4 (g)需参与大于需参

16、与大于8.310-4克的克的NaF才会产生才会产生CaF2沉淀沉淀.a. 同离子效应同离子效应 和难溶离子固体成分一样的离子在溶液中的存在，和难溶离子固体成分一样的离子在溶液中的存在，会降低难溶离子固体的溶解度，这种效应称为同离子会降低难溶离子固体的溶解度，这种效应称为同离子效应。效应。 AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)参与参与AgNO3或或NaCl会降低会降低AgCl的溶解度！的溶解度！4. 影响沉淀溶解平衡的要素影响沉淀溶解平衡的要素.例例4：计算：计算AgBr在纯水和在纯水和 0.30 mol/L的的NaBr(aq)中的溶中的溶解度。解度。AgBr的的 Ksp= 7.7

17、 10-13 AgBr(s) Ag+(aq) + Br-(aq)起始起始 0 0.30平衡平衡 s 0.30+s Ksp = Ag+Br- = s(0.30+s) = s0.300.30 + s = 0.30, 为什么？为什么？ s = Ksp / 0.30 = 2.610-12 mol/L , 大大低于纯水中的溶大大低于纯水中的溶解度！解度！纯水中，纯水中，s = (Ksp)1/2 = (7.7 10-13)1/2 = 8.810-7 mol/L.例例5：P. 360 / 例例132纯水中，纯水中，s = (Ksp/4)1/3 = (3.910-11/4)1/3 = 2.110-4 mol/

18、L假设求在假设求在10-4 mol/L的的CaCl2或或NaF溶液中的溶解度，那溶液中的溶解度，那么不能忽略！么不能忽略！. 一样离子难溶盐之间的同离子效应一样离子难溶盐之间的同离子效应P. 385/24： AgCl(s) Ag+ (aq) + Cl- (aq) x + y x AgBr(s) Ag+ (aq) + Br- (aq) x + y y (x + y) x = KSP (AgCl) = 1.810-10 (x + y) y = KSP (AgBr) = 5.3510-13x = Cl- = 1.3410-5 mol/Ly = Br- = 3.9810-8 mol/LAg+ = x

19、+ y = 1.3410-5 mol/L. b. 盐效应 在强电解质的浓溶液中，难溶离子固体的溶解度增加，这种效应称为盐效应。 CaSO4(s) Ca2+ (aq) + SO42- (aq) 在纯水中，溶解度为5.010-3 mol/L 在0.10 mol/L的KNO3中，溶解度为8.910-3 mol/L 离子强度增大，活度系数减小。 . CaSO4(s) Ca2+ (aq) + SO42- (aq) Ksp = aCa2+aSO42-aCa2+ = Ca2+fCa2+ fCa2+ 1 aSO42- = SO42-fSO42- fSO42- 0少部分难溶性离子固体，温度升高，溶解度减小。少部

20、分难溶性离子固体，温度升高，溶解度减小。放热过程，即放热过程，即Hsol Ksp有有Mg(OH)2沉淀生成！沉淀生成！欲防止沉淀的构成，那么需满足欲防止沉淀的构成，那么需满足Qc Ksp CMg2+COH-2 Ksp, COH- (Ksp/CMg2+)1/2参与参与NH4Cl后，后，NH4Cl与与NH3构成缓冲溶液，构成缓冲溶液，CH3O+ = KaCa/Cb COH- = Kw/CH3O+ = KwCb/(KaCa)KwCb/(KaCa) (Ksp/CMg2+)1/2Ca KwCb(CMg2+/Ksp)1/2/Ka =110-140.10(0.10/(1.210-11)1/2/(5.610-

21、10) = 0.16 mol/L.m = CaVM 0.16 0.10 53.5 = 0.86 (g)为防止沉淀的构成，至少应在上述溶液中参与为防止沉淀的构成，至少应在上述溶液中参与0.86克固体克固体氯化铵氯化铵沉淀的抑制具有实意图义：治疗尿结石病人，需求根据结沉淀的抑制具有实意图义：治疗尿结石病人，需求根据结石的成分适当调理饮食和服用适宜药物，如草酸盐结石病石的成分适当调理饮食和服用适宜药物，如草酸盐结石病人，宜少吃富含草酸的食物，如土豆、菠菜等，口服维生人，宜少吃富含草酸的食物，如土豆、菠菜等，口服维生素素B6，可减少尿中草酸盐的排出，口服氧化镁，可添加尿，可减少尿中草酸盐的排出，口服氧

22、化镁，可添加尿中草酸盐的溶解度；磷酸盐结石病人宜低磷低钙饮食，口中草酸盐的溶解度；磷酸盐结石病人宜低磷低钙饮食，口服氯化铵酸化尿液，有利于磷酸盐的溶解；尿酸盐结石的服氯化铵酸化尿液，有利于磷酸盐的溶解；尿酸盐结石的病人，宜少吃含嘌呤丰富的食物，如肝、肾及豆类，口服病人，宜少吃含嘌呤丰富的食物，如肝、肾及豆类，口服枸椽酸合剂或碳酸氢钠，碱化尿液，使尿液枸椽酸合剂或碳酸氢钠，碱化尿液，使尿液pH坚持在坚持在6.5以上。以上。如利用偏酒石酸抑制瓶装葡萄酒中酒石酸盐晶体构成如利用偏酒石酸抑制瓶装葡萄酒中酒石酸盐晶体构成(阻阻止晶核长大止晶核长大)；实验室配制；实验室配制SnCl2溶液时，既要加盐酸又要

23、溶液时，既要加盐酸又要加锡粒，加加锡粒，加Sn是利用其复原性保证是利用其复原性保证2价价Sn不被氧化，加盐不被氧化，加盐酸那么是防止酸那么是防止Sn的氧化物或氢氧化物生成水解和的氧化物或氢氧化物生成水解和Sn粒被粒被氧化，而氧化，而Sn粒和盐酸的反响不会很快进展完，所以能保粒和盐酸的反响不会很快进展完，所以能保管很长时间管很长时间 。. 根据难溶离子化合物的溶解度不同，用沉淀反响从含有多种金属离子的混合溶液中分别某金属离子的技术称为选择性沉淀或分级沉淀。 分别、提纯、矿物处置等6. 离子的选择性沉淀离子的选择性沉淀.Sr2+ 0.1 mol/L Ba2+ 0.1 mol/L沉淀剂：沉淀剂：Cr

24、O42- (K2CrO4)SrCrO4：KSP = 3.5 10-5 BaCrO4：KSP = 1.2 10-10 哪种离子先沉淀？哪种离子先沉淀？ CrO42-浓度控制在什么范围内，两者能完全分开浓度控制在什么范围内，两者能完全分开 ?一样类型难溶离子固体，一样类型难溶离子固体，Ksp越小，那么先沉淀！越小，那么先沉淀！因此，因此，Ba2+先沉淀。先沉淀。当当Sr2+沉淀时，沉淀时，Qc Ksp(SrCrO4), Qc = CCrO42-CSr2+CCrO42- 3.510-5 / 0.1 = 3.510-4 mol/L.Ba2+要沉淀，要沉淀，Qc Ksp(BaCrO4), Qc = CC

25、rO42-CBa2+CCrO42- 1.210-10 / 0.1 = 1.210-9 mol/L因此，因此，Ba2+先沉淀。先沉淀。完全分开：完全分开：Ba2+沉淀完全沉淀完全的规范：残留在沉淀完全沉淀完全的规范：残留在溶液中的浓度溶液中的浓度 110-6 mol/L，Sr2+不沉淀不沉淀Ba2+完全沉淀时，完全沉淀时，Ksp(BaCrO4) = CrO42-Ba2+CrO42- = Ksp(BaCrO4) / Ba2+ 1.210-10/(110-6) = 1.210-4 mol/L时，时，Sr2+不沉淀，不沉淀，Qc Ksp(SrCrO4), Qc = CCrO42-CSr2+CCrO42

26、- 3.510-5 / 0.1 = 3.510-4 mol/L1.210-4 mol/L CrO42- 3.510-4 mol/L, Ba2+和和Sr2+能完全分开！能完全分开！. 例例5 某酸性溶液中，某酸性溶液中，Fe3+和和 Zn2+的浓度均为的浓度均为 0.01 mol/L，假设要将两者有效分别，溶液的假设要将两者有效分别，溶液的pH应如何控制？应如何控制？ 知：知： Ksp Fe(OH)3 = 2.64 10-39 Ksp Zn(OH)2 = 6.68 10-17Fe3+沉淀时，沉淀时，Qc Ksp(Fe(OH)3), Qc = CFe3+COH-3COH- (2.6410-39 /

27、 0.01)1/3 = 6.4210-13 mol/LZn2+沉淀时，沉淀时，Qc Ksp(Zn(OH)2), Qc = CZn2+COH-2COH- (6.6810-17 / 0.01)1/2 = 8.1710-8 mol/L因此，因此，Fe3+先沉淀。先沉淀。有效分别要求有效分别要求Fe3+沉淀完全残留在溶液中的浓度沉淀完全残留在溶液中的浓度 110-6 mol/L时时Zn2+不沉淀不沉淀.Ksp(Fe(OH)3) = Fe3+OH-3OH- = (Ksp(Fe(OH)3) / Fe3+)1/3 (2.6410-39/(110-6)1/3 = 1.3810-11 mol/LZn2+不沉淀，

28、不沉淀，Qc Ksp(Zn(OH)2), Qc = CZn2+COH-2COH- (6.6810-17 / 0.01)1/2 = 8.1710-8 mol/L1.3810-11 mol/L OH- 8.1710-8 mol/LpH = -lgH3O+ = -lg(Kw/OH-)3.14 pH 6.91, Fe3+和和Zn2+能有效分别。能有效分别。14141181 101 10lg pH lg1.38 108.17 10 . 例例6 Ba(IO3)2溶于溶于1.00升升0.002 mol/L KIO3溶液中的量恰溶液中的量恰好与它溶于好与它溶于1.00升升0.04 mol/L Ba(NO3)2

29、溶液中的量一样。溶液中的量一样。1计算计算Ba(IO3)2在上述溶液中的溶解度？在上述溶液中的溶解度？2计算计算Ba(IO3)2的的Ksp? 解：解：Ba(IO3)2(s)在在0.002 mol/L KIO3溶液中的溶解度与在溶液中的溶解度与在0.04 mol/L Ba(NO3)2溶液中的溶解度一样溶液中的溶解度一样Ba(IO3)2(s) Ba2+(aq) + 2IO3-(aq) s 2s + 0.002 KIO3溶液中溶液中 s + 0.04 2s Ba(NO3)2溶液中溶液中Ksp = Ba2+IO3-2 = s(2s+0.002)2 = (s+0.04)(2s)2 . 0.152s2 -

30、 410-6s = 0, s= 2.6310-5 (mol/L)Ksp = s(2s +0.002)2 = 1.1110-10近似：近似：Ksp = Ba2+IO3-2 = s(2s+0.002)2 = (s+0.04)(2s)2 s0.0022 = 0.04(2s)2s = 2.510-5 mol/LKsp = s0.0022 = 1.010-10. 例例7 0.1升废水中含有升废水中含有110-3 molNaI，210-3 mol NaBr和和310-3molNaCl。假设在此废水中参与。假设在此废水中参与410-3 mol 的固体的固体AgNO3忽略体积变化，平衡时溶液中忽略体积变化，平衡时溶液中Ag+，I-，Br-，Cl-的浓度各为多少？的浓度各为多少？Ksp(AgCl) = 1.810-10Ksp(AgBr) = 5.3510-13, Ksp(AgI) = 8.5110-17解题思绪：首先按照计量关系完全生成沉淀，再思解题思绪：首先按照计量关系完全生成沉淀，