《沉淀溶解平衡》PPT课件.pptx
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1、普通化学普通化学教学大纲教学大纲 绪论绪论2 学时学时第一章第一章 物质的聚集状态物质的聚集状态 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 共计共计 32 学时学时普通化学普通化学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 氧化还原平衡氧化还原平衡7 学时学时第九章第九章 原子的电子结构原子的电子结构7 学时学时第
2、十章第十章 化学键和分子结构化学键和分子结构 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 共计共计 32 学时学时普通化学普通化学B助教助教 王王 飞飞 普通化学普通化学A助教助教 蔡雯佳蔡雯佳 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特性称为依数性,电解质溶液常偏离依数性定律。性定律。相对于通常的固体溶质在溶剂中相对于通常的固体溶质在溶剂中的溶解和析出,这里关注的沉淀的溶解和析出,这里关注的沉淀-溶解平溶解平衡主要针对水溶液中的难溶电解质。衡主要针对水溶液中的难溶
3、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“不溶物不溶物”是不存在的,易是不存在的,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)AgCl的溶解度的溶解度 0.0001
4、35 g/100 g H2OBaSO4的溶解度的溶解度 0.000223 g/100 g H2OHgS的溶解度的溶解度 0.0000013 g/100 g H2O 比较:比较:ZnCl2,S:302 g/100/100 g H2OK2CO3,S:112 g/100/100 g H2O何谓难溶电解质?何谓难溶电解质?尽管难溶电解质溶解度很小,但是溶解部尽管难溶电解质溶解度很小,但是溶解部分能够发生电离。分能够发生电离。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。电解质的强弱与溶解度无关,只与溶解电解质的强弱与溶
5、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加入水中加入水中溶溶解解:晶晶体体表表面面的的Ag+和和Cl-受受到到水水分分子子偶偶极极子子的的作作用用,部分离子离开晶体表面进入溶液;部分离子离开晶体表面进入溶液;沉沉淀淀:随随着着溶溶液液中中Ag+和和Cl-逐逐渐渐增增加加,Ag+和和Cl-受受到到晶体表面的正负离子吸引,重新结晶返回晶体表面。晶体表面的正负离子吸引,重新结晶返回晶体表面。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)一一定定温温度度下下,当当
6、溶溶解解速速率率和和沉沉淀淀速速率率相相等等时时,就就达达到到了了溶溶解解平平衡衡,此此时时的的溶溶液液称称为为饱饱和和溶溶液液,饱饱和和溶溶液液中中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-=1.6 10-10 :mol/L,稀溶液中用平衡浓度代替活度,稀溶液中用平衡浓度代替活度 溶度积:沉淀溶解平衡的平衡常数溶度积:沉淀溶解平衡的平衡常数 P.358/表表13 2中列举若干代表性难溶电解中列举若干代表性难溶电解质的溶度积,只与难溶
7、电解质的本质(离子质的溶度积,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方电荷、离子大小、阴离子与阳离子的堆积方式)和温度有关。式)和温度有关。可通过可通过 GT=-RTlnKsp计算计算Ksp,自由能相差,自由能相差5.7 kJ mol-1,Ksp相差约相差约10倍。倍。KNO3易溶,易溶,KClO4难溶,前者比后者的标准溶解自由能更难溶,前者比后者的标准溶解自由能更负一些,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 (mol/L)AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)s s Ksp=s2 2.溶度积(溶度积(Ksp)
8、与溶解度()与溶解度(s)的关系)的关系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 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)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
9、=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 溶度积与溶解度之间的相互换算需要满足三个条件:溶度积与溶解度之间的相互换算需要满足三个条件:a.稀溶液中,离子强度等于零。稀溶液中,离子强度等于零。在强电解质存在下,或溶解度较大时,离子活度在强电解质存在下,或溶解度较大时,离子活度系数不等于系数不等于1时:时:Ksp=活度积活度积 c(1)()(:活度,:活度,:活度系数)活度系数)b.b.离子在溶液中没有后续反应。一些过渡金属离子和离子在溶液中没有后续反应。一些过渡金属离子和某些难溶硫化物、碳酸盐和磷酸盐
10、相应的阴离子会某些难溶硫化物、碳酸盐和磷酸盐相应的阴离子会发生水解,有些阳离子(如发生水解,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 Ca2+CO32 s2c.离子固体必须一步完全电离离子固体必须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+
11、(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:HgCl2(s)=HgCl2(aq)=Hg2+(aq)+2Cl(aq)(分子形式)(分子形式)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相同类型的难溶离子固体,对于相同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,则不能越小。不同类型的难溶离子固体,则不能按溶度积来比较溶解度的
12、大小。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 s=7.8 10-5 mol/L 3.溶解与沉淀过程的判断溶解与沉淀过程的判断AmBn(s)mA(aq)+nB(aq)在纯水中在纯水中反应商反应商Qa=aAmaBn=CAmCBn=Qc c:mol/L当当Qc Ksp,GT 0,处于过饱和状态,有沉淀析出,处于过饱和状态,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!解解题题思思路路:首首先先按按照照计计量量关关系系完完全全生生成成沉沉淀淀,再再考考虑沉
13、淀的溶解。完全反应后,虑沉淀的溶解。完全反应后,F-=0.010 mol/L CaF2(s)Ca2+(aq)+2F-(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=x 0.0102(0.010+2x=0.010,为什么?为什么?)x=Ca2+=Ksp/0.0102=3.9 10-7 (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=
14、(0.030 x)(0.070 2x)2=3.9 10-11(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+的的溶溶液液中中要要加加入入多多少少克克NaF(M=42 g/mol)才才会会产产生生CaF2沉沉淀淀?已知?已知CaF2的的Ksp=3.9 10-11 CaF2(s)Ca2+(aq)+2F-(aq)反应商反应商Qc=CCa2+CF-2 Kspm=VCF-M 1.0 1.97 10-5 42=8.3 10-4(g)需加入大于需加入大于8.3 10-4克的克的NaF才会产生才会产生CaF2沉淀沉淀
15、a.同离子效应同离子效应 和和难难溶溶离离子子固固体体成成分分相相同同的的离离子子在在溶溶液液中中的的存存在在,会会降降低低难难溶溶离离子子固固体体的的溶溶解解度度,这这种种效效应应称称为为同离子效应。同离子效应。AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)加入加入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因素影响沉淀溶解平衡的因素例例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 10-13 AgBr(s)Ag+(aq)+Br-(aq)起始起始 0 0.30平衡平衡
16、 s 0.30+s Ksp=Ag+Br-=s(0.30+s)=s 0.300.30+s=0.30,为什么?为什么?s=Ksp/0.30=2.6 10-12 mol/L,大大低于纯水中的溶解大大低于纯水中的溶解度!度!纯水中,纯水中,s=(Ksp)1/2=(7.7 10-13)1/2=8.8 10-7 mol/L例例5:P.360/例例13 2纯水中,纯水中,s=(Ksp/4)1/3=(3.9 10-11/4)1/3=2.1 10-4 mol/L如如果果求求在在10-4 mol/L的的CaCl2或或NaF溶溶液液中中的的溶溶解解度度,则则不能忽略!不能忽略!相同离子难溶盐之间的同离子效应(相同离
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