第三讲水溶液模型

第三讲水溶液模型第1页，课件共34页，创作于2023年2月主要内容研究水溶液模型的意义、目的；复习络合物的知识；(1)络合物的稳定性；(2)简单的Me－H2O系；(3)含多种金属多种配位体的溶液模型。建立水溶液模型的方法与步骤。第2页，课件共34页，创作于2023年2月意义、目的：

Zn→HCl中→ZnCl2(中学知识)

水溶液中的金属并不总是以简单的阳离子Me2+的形态存在，常常与同时存在于水溶液中的配位体生成各种形式的络合物。金属在水溶液中的物种形式随溶液成分的改变而变化。第3页，课件共34页，创作于2023年2月意义、目的：湿法冶金更应进一步，了解金属离子在水溶液的形态，以便指导生产实践。第4页，课件共34页，创作于2023年2月意义、目的：

研究一些湿法冶金过程，例如：萃取、离子交换等，建立水溶液模型，知道水溶液中金属的物种形式以及它们的平衡浓度，有助于阐明这些过程的化学机理，并可以帮助人们选择合适的萃取剂与离子交换剂;或者反之，在使用一定的萃取剂与离子交换剂时，调整溶液成分以使过程达到优化，从而取得最好的结果。

第5页，课件共34页，创作于2023年2月意义、目的：通过建立水溶液模型，就能解决水溶液中各种物种、络合物的问题。第6页，课件共34页，创作于2023年2月络合物的生成：

配位体：能够与溶液中金属阳离子形成络合物的阴离子。在一般的湿法冶金过程中，水溶液所含配位体有：F1-，Cl1-，I1-,，SO42-，HSO41-,CN1-，CO32-，HCO31-，NH3，OH1-等。此外，部分有机物，如：有机酸（柠檬酸）也可以作为络合体。第7页，课件共34页，创作于2023年2月络合物的稳定性：

假定二价金属离子Me2+与负一价配位体为L1-生成络合物，反应为式中：i为配位数，i＝1,2,3,……..。第8页，课件共34页，创作于2023年2月络合物的稳定性：

络合物的稳定性可以用其累积生成常数来表征。平衡常数：称为累计平衡常数，也称为稳定常数。式中[]内为溶解物种的浓度。第9页，课件共34页，创作于2023年2月络合物的稳定性：实例：累积平衡常数为第10页，课件共34页，创作于2023年2月络合物的稳定性：

该实例具有现实意义。因为很多金属离子能与OH-生成络合物。即使水溶液中不含其他任何配位体时，也有OH-这一配位体存在，其络合反应也是不可忽略的。第11页，课件共34页，创作于2023年2月络合物的稳定性：复习有关pH的概念：水的离解常数

(室温)第12页，课件共34页，创作于2023年2月络合物的稳定性：所以：第13页，课件共34页，创作于2023年2月络合物的稳定性：因此：第14页，课件共34页，创作于2023年2月络合物的稳定性：另一种表达式为：第15页，课件共34页，创作于2023年2月络合物的稳定性：在计算时，采用上述两种表达式均可，应根据所掌握的数据而定。与可以互换，其互换关系为：第16页，课件共34页，创作于2023年2月简单的Me－H2O系：在简单的Me－H2O系溶液中，除OH-外没有其它的配位体。因此，在这样的水溶液中金属物种有Me

与n种型络合物(i＝1,2,3…..，n)。各物种的平衡浓度为：第17页，课件共34页，创作于2023年2月简单的Me－H2O系：金属的物质平衡为：或式中－水溶液中金属的总浓度(分析浓度)；－水溶液中游离的Mez+离子浓度。第18页，课件共34页，创作于2023年2月简单的Me－H2O系：水溶液中某一型物质所占分数为：

游离的离子所占分数为：第19页，课件共34页，创作于2023年2月简单的Me－H2O系：例如：Zn－H2O系溶液中物种的分布为：

lglgZn2+＋OH-=ZnOH+5.04-9.0Zn2+＋3OH-=Zn(OH)3-13.9-28.1Zn2+＋4OH-=Zn(OH)42-15.2-40.9计算结果见P73图3-1所示。需要特别指出的是：As－H2O系和Sb－H2O系的情况有所不同。(P73)第20页，课件共34页，创作于2023年2月简单的Me－H2O系：第21页，课件共34页，创作于2023年2月含多种金属多种配位体的溶液模型：如果溶液中含有n种金属，(p=1,2,3,…..n)。溶液中含有m种配位体，(j＝1,2,3,…..m)，其中包括OH-。每一种配位体的加质子反应为：第22页，课件共34页，创作于2023年2月含多种金属多种配位体的溶液模型：若每一种金属仅生成单核络合物：

(i＝1,2,3,….6)，每种金属可生成的络合物共6种。n种金属可生成的络合物共6nm种。(博士生课程)第23页，课件共34页，创作于2023年2月建立水溶液模型的方法与步骤：例1：铜氨溶液中，已知目的：求在溶液中各种物种的平衡浓度。第24页，课件共34页，创作于2023年2月建立水溶液模型的方法与步骤：第一步：写出水溶液中存在的所有水溶物种。

Cu2+，Cu(NH3)2+

，Cu(NH3)22+，Cu(NH3)32+，

x0，x1，x2，x3，

Cu(NH3)42+，Cu(NH3)52+，Cu(NH3)62+，

x4，x5，x6，

Cu(OH)+

，Cu(OH)20，Cu(OH)31-，Cu(OH)42-，

x7，x8，x9，x10，

NH3，NH4+，H+

x11，x12，x13第25页，课件共34页，创作于2023年2月建立水溶液模型的方法与步骤：第二步：用代码代替这些物种的平衡浓度。为方便计算，分别用x0，x1，x2.。。。。。x13表示。第26页，课件共34页，创作于2023年2月建立水溶液模型的方法与步骤：第三步：写出13个方程式。(1)水溶液中Cu的物质平衡方程。(2)水溶液中NH3的质量平衡方程。第27页，课件共34页，创作于2023年2月建立水溶液模型的方法与步骤：(3)NH3的加质子反应。

NH3+H+=NH4+注：如果配位体为Cl－，则少一个加质子反应及方程。

第28页，课件共34页，创作于2023年2月建立水溶液模型的方法与步骤：(4)Cu2+－NH3络合物的累计生成常数方程（6个）。

Cu2+＋NH3=Cu(NH3)2+

..第29页，课件共34页，创作于2023年2月建立水溶液模型的方法与步骤：(5)Cu2+－OH-络合物的累计生成常数方程（4个）。

Cu2+＋OH-=Cu(OH)+

..第30页，课件共34页，创作于2023年2月建立水溶液模型的方法与步骤：(6)电荷平衡方程。（如果已知条件给出pH，则可以不要该方程）第31页，课件共34页，创作于2023年2月建立水溶液模型的方法与步骤：采用Newton－Raphson法（叠代法）计算上述13(或14)个方程式