第六章 沉淀平衡及其在分析中的应用精选文档.ppt
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1、第六章 沉淀平衡及其在分析中的应用本讲稿第一页,共六十九页7.1 沉淀的形成过程沉淀的形成过程7.1.1 沉淀的形成沉淀的形成 晶形沉淀晶形沉淀BaSO4非晶形沉淀非晶形沉淀沉淀物颗粒间有明显界限,内部粒子排布是非常有规律的沉淀物颗粒间有明显界限,内部粒子排布是非常有规律的沉淀物颗粒间界限不明显,有的组成也不固定沉淀物颗粒间界限不明显,有的组成也不固定无定形沉淀无定形沉淀凝乳状沉淀凝乳状沉淀Fe2O3nH2OAgCl本讲稿第二页,共六十九页 一般认为在沉淀过程中,首先是构晶离子在过饱一般认为在沉淀过程中,首先是构晶离子在过饱和溶液中形成和溶液中形成晶核晶核,然后进一步成长形成,然后进一步成长形
2、成沉淀沉淀。在沉淀过程中,形成晶核(在沉淀过程中,形成晶核(离子间相互碰撞,离子间相互碰撞,聚集成微小的固体,称之为晶核聚集成微小的固体,称之为晶核)后,溶液中的)后,溶液中的构晶离子向晶核表面扩散,并沉积在晶核上,使构晶离子向晶核表面扩散,并沉积在晶核上,使晶核逐渐长大,到一定程度时,成为沉淀微粒。晶核逐渐长大,到一定程度时,成为沉淀微粒。本讲稿第三页,共六十九页 沉淀微粒有聚集为更大的聚集体的倾向沉淀微粒有聚集为更大的聚集体的倾向聚集过聚集过程程。构晶离子又具有一定的晶格排列而形成大晶粒的构晶离子又具有一定的晶格排列而形成大晶粒的倾向倾向定向过程定向过程。如果如果聚集速度聚集速度大于大于定
3、向速度定向速度,则许多到达晶核表面,则许多到达晶核表面的构晶离子来不及按晶格排列而沉淀在晶核表面,进而的构晶离子来不及按晶格排列而沉淀在晶核表面,进而形成形成无定形沉淀无定形沉淀;如果如果聚集速度聚集速度小于小于定向速度定向速度,则得到,则得到晶形沉淀晶形沉淀。本讲稿第四页,共六十九页 聚集速度聚集速度主要与主要与溶液的相对过饱和度溶液的相对过饱和度有关,相有关,相对过饱和度越大聚集速度也越大。对过饱和度越大聚集速度也越大。定向速度定向速度主要与主要与物质的性质物质的性质有关,极性较强有关,极性较强的盐类,一般具有较大的定向速度,如的盐类,一般具有较大的定向速度,如BaSO4,MgNH4PO4
4、等。等。本讲稿第五页,共六十九页式中式中 u聚集速度;聚集速度;Q 加入沉淀剂,晶核尚未形成的瞬间的构晶加入沉淀剂,晶核尚未形成的瞬间的构晶离子的浓度积;离子的浓度积;S 构晶离子的溶度积;构晶离子的溶度积;K 比例常数。比例常数。本讲稿第六页,共六十九页7.1.2 晶形沉淀条件的选择晶形沉淀条件的选择(1)在适当稀的溶液中进行沉淀在适当稀的溶液中进行沉淀,以降低相对过饱和,以降低相对过饱和度;度;(2)在不断搅拌下慢慢滴加稀的沉淀剂在不断搅拌下慢慢滴加稀的沉淀剂,以免局部相,以免局部相对过饱和度太大;对过饱和度太大;(3)在热溶液中进行沉淀在热溶液中进行沉淀,使溶解度略有增加,相对过,使溶解
5、度略有增加,相对过饱和度降低。同时,温度增高,可减少杂质的吸附。为防饱和度降低。同时,温度增高,可减少杂质的吸附。为防止因溶解度增大而造成溶解损失,沉淀须经冷却才可过滤。止因溶解度增大而造成溶解损失,沉淀须经冷却才可过滤。(4)陈化陈化。本讲稿第七页,共六十九页 陈化就是在沉淀定量完全后,让沉淀和母液一起放陈化就是在沉淀定量完全后,让沉淀和母液一起放置一段时间。置一段时间。本讲稿第八页,共六十九页 陈化作用还能使沉淀变得更纯净。这是因为大陈化作用还能使沉淀变得更纯净。这是因为大晶体的比表面较小,吸附杂质量少;同时,由于小晶体的比表面较小,吸附杂质量少;同时,由于小晶体溶解,原来吸附、吸留或包藏
6、的杂质,将重新晶体溶解,原来吸附、吸留或包藏的杂质,将重新进入溶液中,因而提高沉淀的纯度。进入溶液中,因而提高沉淀的纯度。本讲稿第九页,共六十九页 沉淀剂不是直接加入到溶液中去,而是通过溶液沉淀剂不是直接加入到溶液中去,而是通过溶液中发生的化学反应,缓慢而均匀地在溶液中产生沉淀中发生的化学反应,缓慢而均匀地在溶液中产生沉淀剂,从而使沉淀在整个溶液中均匀地、缓慢地析出。剂,从而使沉淀在整个溶液中均匀地、缓慢地析出。(5)均相沉淀法)均相沉淀法 可获得颗粒较粗,结构紧密、纯净而易于可获得颗粒较粗,结构紧密、纯净而易于过滤的沉淀。过滤的沉淀。本讲稿第十页,共六十九页 酸性溶液中加入草酸铵(此时其主要
7、存在形式是酸性溶液中加入草酸铵(此时其主要存在形式是HC2O4-离子和离子和H2C2O4),然后加入尿素,加入煮沸。),然后加入尿素,加入煮沸。尿素按下式水解:尿素按下式水解:NH2CONH2+H2OCO2+2NH3生成的生成的NH3中和溶液中的中和溶液中的H+,溶液中酸度逐渐降低,溶液中酸度逐渐降低,C2O42-不断增加,最后均匀而缓慢地析出不断增加,最后均匀而缓慢地析出CaC2O4沉淀。沉淀。Ca2+与与C2O42-在沉淀过程中,溶液的相对过饱和度始终比较小,在沉淀过程中,溶液的相对过饱和度始终比较小,所以可获得粗大颗粒的所以可获得粗大颗粒的CaC2O4沉淀。沉淀。本讲稿第十一页,共六十九
8、页7.1.3 非晶形沉淀条件的选择非晶形沉淀条件的选择 本讲稿第十二页,共六十九页7.2 沉淀的生成和溶解沉淀的生成和溶解同离子效应同离子效应盐效应盐效应酸效应酸效应配位效应配位效应氧化还原效应氧化还原效应本讲稿第十三页,共六十九页 当当沉沉淀淀反反应应达达到到平平衡衡后后,如如果果向向溶溶液液中中加加入入含含有有某某一一构构晶晶离离子子的的试试剂剂或或溶溶液液,则则沉沉淀的溶解度减小。淀的溶解度减小。7.2.1.同离子效应同离子效应本讲稿第十四页,共六十九页=1.1108(molL1)298K时,时,BaSO4在水中的溶解度为在水中的溶解度为:S=C(Ba2+)=C(SO42)=1.0510
9、5(molL1)若使若使C(SO42)增至增至0.01molL1,则此时则此时BaSO4的溶解度为的溶解度为:S=C(Ba2+)=KspC(SO42)=1.11010 0.01本讲稿第十五页,共六十九页 一般情况下,沉淀剂过量一般情况下,沉淀剂过量50100%是合是合适的,如果沉淀剂不易挥发,则以过量适的,如果沉淀剂不易挥发,则以过量2030%为宜。为宜。本讲稿第十六页,共六十九页7.2.2.酸效应酸效应溶液酸度对沉淀溶解度的影响。溶液酸度对沉淀溶解度的影响。酸效应的发生主要是由于酸效应的发生主要是由于溶液中溶液中H+浓度的大小浓度的大小对弱对弱酸、多元酸或难溶酸离解平衡的影响。酸、多元酸或难
10、溶酸离解平衡的影响。沉淀是弱酸或多元酸盐(如沉淀是弱酸或多元酸盐(如CaC2O4、Ca3(PO4)2等)等)或难溶酸(如硅酸、钨酸),以及许多与有机沉淀剂形或难溶酸(如硅酸、钨酸),以及许多与有机沉淀剂形成的沉淀,则酸效应就很显著。成的沉淀,则酸效应就很显著。本讲稿第十七页,共六十九页本讲稿第十八页,共六十九页设设MA的溶解度为的溶解度为s(molL1),则,则 M2+s 本讲稿第十九页,共六十九页 产生酸效应的原因是组成沉淀的构晶离子拥护产生酸效应的原因是组成沉淀的构晶离子拥护溶液中的溶液中的H+或或OH反应,使构晶离子的浓度降低,使反应,使构晶离子的浓度降低,使沉淀的溶解度增大。沉淀的溶解
11、度增大。例如氢氧化物沉淀易溶于酸,就应当在碱性条件例如氢氧化物沉淀易溶于酸,就应当在碱性条件下进行沉淀。一些难溶性酸(如硅酸、钨酸等),易下进行沉淀。一些难溶性酸(如硅酸、钨酸等),易溶于碱,应当在强酸性条件下进行沉淀。溶于碱,应当在强酸性条件下进行沉淀。本讲稿第二十页,共六十九页7.2.3 盐效应盐效应 在难溶电解质饱和溶液中加入强电解质使难溶在难溶电解质饱和溶液中加入强电解质使难溶物溶解度增大的现象。物溶解度增大的现象。以以BaSO4的饱和溶液为例,大量的强电解质的饱和溶液为例,大量的强电解质(如(如KNO3、NaNO3)的加入使构晶离子()的加入使构晶离子(Ba2+、SO42)处于大量异
12、号离子()处于大量异号离子(NO3、K+)包围之)包围之中,从而降低了构晶离子的有效浓度,使平衡向沉中,从而降低了构晶离子的有效浓度,使平衡向沉淀溶解的方向移动。淀溶解的方向移动。本讲稿第二十一页,共六十九页7.2.4 配位效应配位效应 进行沉淀反应时,若溶液中存在有能与构晶离进行沉淀反应时,若溶液中存在有能与构晶离子生成可溶性配合物的配位剂,则反应向沉淀溶解子生成可溶性配合物的配位剂,则反应向沉淀溶解的方向进行,影响沉淀的完全程度,甚至不产生沉的方向进行,影响沉淀的完全程度,甚至不产生沉淀,这种影响称为配位效应。淀,这种影响称为配位效应。本讲稿第二十二页,共六十九页例如用例如用Cl沉淀沉淀A
13、g+时,时,Ag+Cl=AgCl 若溶液中有氨水,则若溶液中有氨水,则NH3能与能与Ag+络合,形成络合,形成Ag(NH3)2+络离子,此时络离子,此时AgCl溶解度就远大于在纯溶解度就远大于在纯水中的溶解度。水中的溶解度。本讲稿第二十三页,共六十九页 进行沉淀反应时,有时沉淀剂本身就是配位进行沉淀反应时,有时沉淀剂本身就是配位剂,那么,反应中既有同离子效应,降低沉淀的剂,那么,反应中既有同离子效应,降低沉淀的溶解度,又有配位效应,增大沉淀的溶解度。如溶解度,又有配位效应,增大沉淀的溶解度。如果沉淀剂适当过量,同离子效应起主导作用,沉果沉淀剂适当过量,同离子效应起主导作用,沉淀的溶解度降低;如
14、果沉淀剂过量太多,则配位淀的溶解度降低;如果沉淀剂过量太多,则配位效应起主导作用,沉淀的溶解度反而增大。效应起主导作用,沉淀的溶解度反而增大。本讲稿第二十四页,共六十九页7.2.5 氧化氧化-还原效应还原效应 用氧化剂或还原剂可使构晶离子产生氧化用氧化剂或还原剂可使构晶离子产生氧化-还原反应,还原反应,降低其浓度,最终使得其浓度积小于溶度积而使沉降低其浓度,最终使得其浓度积小于溶度积而使沉淀不生成或使其溶解的现象,叫氧化淀不生成或使其溶解的现象,叫氧化-还原效应。还原效应。本讲稿第二十五页,共六十九页7.2.6 沉淀的转化沉淀的转化 由一种沉淀转化为另一种沉淀由一种沉淀转化为另一种沉淀 由一个
15、难溶的物质转化为更难溶的物质的转由一个难溶的物质转化为更难溶的物质的转化过程是很容易的。但反过来,由一种溶解度更化过程是很容易的。但反过来,由一种溶解度更小的物质转化为溶解度较大的物质的转化过程就小的物质转化为溶解度较大的物质的转化过程就比较困难。比较困难。本讲稿第二十六页,共六十九页例例:Ksp(BaCO3)=5.1109,Ksp(BaCrO4)=1.21010,怎怎样使样使BaCrO4转化为转化为BaCO3。本讲稿第二十七页,共六十九页解:解:C(Ba2+)C(CO32)Ksp(BaCO3)C(Ba2+)C(CrO42)Ksp(BaCrO4)C(Ba2+)=Ksp(BaCrO4)C(CrO
16、42)C(CO3)C(CrO4)=42Ksp(BaCO3)Ksp(BaCrO4)C(CO32)42 C(CrO42)本讲稿第二十八页,共六十九页例:计算例:计算0.010molLFe3+开始沉淀和沉淀完全时溶开始沉淀和沉淀完全时溶液的液的pH值。值。Ksp1.11036(291K)本讲稿第二十九页,共六十九页解:开始沉淀时所需解:开始沉淀时所需OH为:为:pH14pOH14(lg4.81012)2.7 本讲稿第三十页,共六十九页沉淀完全时所需沉淀完全时所需OH为:为:故一直控制溶液的故一直控制溶液的pH值稍大于值稍大于3.7就能使就能使Fe(OH)3沉淀完全。沉淀完全。本讲稿第三十一页,共六十
17、九页7.3 沉淀的净化沉淀的净化 沉淀的过滤和洗涤沉淀的过滤和洗涤 对于需要灼烧的沉淀,应根据沉淀的性状选用紧对于需要灼烧的沉淀,应根据沉淀的性状选用紧密程度不同的滤纸。密程度不同的滤纸。沉淀常用沉淀常用滤纸滤纸或或玻璃砂芯滤器玻璃砂芯滤器过滤。过滤。一般用玻璃砂芯坩埚或玻璃砂芯漏斗过滤需烘干一般用玻璃砂芯坩埚或玻璃砂芯漏斗过滤需烘干的沉淀。的沉淀。本讲稿第三十二页,共六十九页一般一般非晶形沉淀非晶形沉淀,如,如Fe(OH)3、Al(OH)3等,应用等,应用疏松的疏松的快速滤纸快速滤纸过滤;过滤;粗粒的晶形沉淀粗粒的晶形沉淀,如,如MgNH4PO46H2O等,可用较等,可用较紧密的紧密的中速滤
18、纸中速滤纸;较细粒的沉淀较细粒的沉淀,如,如BaSO4、偏锡酸等,应选用最、偏锡酸等,应选用最紧密的紧密的慢速滤纸慢速滤纸,以防沉淀穿过滤纸。,以防沉淀穿过滤纸。本讲稿第三十三页,共六十九页 对于溶解度很小而有不易成胶体的沉淀,可用蒸馏水洗对于溶解度很小而有不易成胶体的沉淀,可用蒸馏水洗涤;涤;对于溶解度较大的晶形沉淀,可用沉淀剂稀溶液洗涤,但沉对于溶解度较大的晶形沉淀,可用沉淀剂稀溶液洗涤,但沉淀剂必须在烘干或灼烧时易挥发或易分解除去;淀剂必须在烘干或灼烧时易挥发或易分解除去;对于溶解度较小而又可能分散成胶体的沉淀,应用易挥发的对于溶解度较小而又可能分散成胶体的沉淀,应用易挥发的电解质稀溶液
19、洗涤。电解质稀溶液洗涤。洗涤沉淀是为了洗去沉淀表面吸附的杂质和混洗涤沉淀是为了洗去沉淀表面吸附的杂质和混杂在沉淀中的母液。杂在沉淀中的母液。选择洗液的原则是:选择洗液的原则是:本讲稿第三十四页,共六十九页 洗涤必须连续进行,一次完成,不能将沉淀洗涤必须连续进行,一次完成,不能将沉淀干涸放置太久,尤其是一些非晶形沉淀,放置凝干涸放置太久,尤其是一些非晶形沉淀,放置凝聚后,不易洗净。聚后,不易洗净。用适当少的洗液,分多次洗涤,可以提高洗涤效果。用适当少的洗液,分多次洗涤,可以提高洗涤效果。用热洗涤液洗涤,则过滤较快,且能防止形成胶体,用热洗涤液洗涤,则过滤较快,且能防止形成胶体,但溶解度随温度升高
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