掌握沉淀與溶解平衡課件

1、Aquatic Chemical Reaction & Water PollutionChapter 5第5章 水溶液中的反應(yīng) 水污染制作:張思敬等1 (3)掌握沉淀與溶解平衡、溶度積規(guī)則及其有關(guān)計(jì)算。 (1)了解溶液的通性。 (2)明確酸堿的近代概念，酸堿的解離平衡和緩沖溶液的概念，掌握有關(guān)pH的計(jì)算。 本章教學(xué)要求 (4)了解水體的主要污染物的來源及其危害。制作:張思敬等2本 章 內(nèi) 容 5.1 溶液的通性 5.2 均相離子平衡 5.3 多相離子平衡 5.4 水污染及處理制作:張思敬等35.1 溶液的通性溶液有兩大類性質(zhì)：1）與溶液中溶質(zhì)的本性有關(guān)：溶液的顏色、密度、酸堿性和導(dǎo)電性等；2）

2、與溶液中溶質(zhì)的獨(dú)立質(zhì)點(diǎn)數(shù)有關(guān)：而與溶質(zhì)的本身性質(zhì)無關(guān)溶液的依數(shù)性，如溶液的蒸氣壓、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)和滲透壓等。難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液有一定的共同性和規(guī)律性。該類性質(zhì)稱為稀溶液的通性，或稱為依數(shù)性。包括：稀溶液蒸氣壓的下降、沸點(diǎn)上升、凝固點(diǎn)下降和稀溶液的滲透壓。（與純?nèi)軇┍容^） 。制作:張思敬等41. 蒸氣壓下降 在一定溫度下，液體及其蒸氣達(dá)到相平衡時(shí)，蒸氣所具有的壓力稱為該溫度下液體的飽和蒸氣壓，簡(jiǎn)稱蒸氣壓。思考：蒸氣壓與溫度有什么關(guān)系？答：不同溶劑蒸氣壓不同，相同溶劑溫度升高，蒸氣壓增大。例如：p(H2O, l , 298K)=3167 Pap(H2O, l, 373K)=101.325kPa制

3、作:張思敬等5 法國(guó)物理學(xué)家拉烏爾據(jù)實(shí)驗(yàn)得出以下定量關(guān)系：在一定溫度下，難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降p與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。即：p = pAxB其中xB是溶質(zhì)B在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)， pA是純?nèi)軇┑恼羝麎?。若溶液的質(zhì)量摩爾濃度為mB，則 式中，k為只與溶劑性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。制作:張思敬等62. 溶液的沸點(diǎn)上升沸點(diǎn)：液體蒸氣壓達(dá)到101.325kPa(1atm)時(shí)的溫度。沸騰溫度：液體蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)的溫度。固體表面的分子也能蒸發(fā)，具有一定的蒸氣壓。固體與其蒸氣在密閉容器中可達(dá)到平衡。難揮發(fā)物質(zhì)的溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)，二者之差為：Tbp = Tbp Tb

4、= kbpm kbp稱為溶劑的摩爾沸點(diǎn)上升常數(shù)，單位為Kkgmol-1。 pT溶劑溶液101.325kPaTbTbp p101.325kPa圖5-1 沸點(diǎn)上升示意圖制作:張思敬等7 溶液的凝固點(diǎn)總是低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)，它們之差為：Tfp = TfpTf = kfp mkfp 稱為溶劑的摩爾凝固點(diǎn)下降常數(shù)。特點(diǎn)Kfp, kbp只與溶劑種類有關(guān)同種溶劑：kfp kbp凝固點(diǎn)（熔點(diǎn)）：液相和固相蒸氣壓相等時(shí)的溫度固相與液相共存時(shí)的溫度。pT溶劑溶液溶劑的液-固平衡線TfTfp圖5-2 凝固點(diǎn)下降示意圖3. 溶液的凝固點(diǎn)下降制作:張思敬等8沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)測(cè)定的應(yīng)用 測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量 以凝固點(diǎn)下降應(yīng)

5、用較多。因?yàn)閗fpkbp，Tfp Tbp，所以實(shí)驗(yàn)誤差較小，且凝固時(shí)有結(jié)晶析出，易于觀察。 當(dāng)溶質(zhì)的相對(duì)摩爾質(zhì)量MB很大時(shí)，由于Tf太小，準(zhǔn)確性差， 因此只適用于MB較大的情況。 防凍劑工作原理 冬天為防止汽車水箱結(jié)冰，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固點(diǎn)，避免因結(jié)冰，體積膨脹而使水箱破裂。制作:張思敬等94. 溶液的滲透壓滲透現(xiàn)象溶劑通過半透膜進(jìn)入溶液或溶劑從稀溶液通過半透膜進(jìn)入濃溶液的現(xiàn)象（單向擴(kuò)散）滲透壓阻止?jié)B透進(jìn)行所施加的最小外壓,用表示。在數(shù)值上，圖5-3 溶液滲透壓示意圖制作:張思敬等10滲透壓測(cè)定的應(yīng)用測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量 滲透壓有較大數(shù)值，容易測(cè)定，因此可以準(zhǔn)確測(cè)定化合物的相

6、對(duì)摩爾質(zhì)量。例如：濃度為0.00100molkg-1的某高分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)）的水溶液，其沸點(diǎn)升高的數(shù)值為Tfp = 0.00186K，因此用沸點(diǎn)升高的方法測(cè)定是十分困難的。若用滲透壓法，則 = cRT =（0.001001038.314298.15）Pa = 2.48103 Pa 此數(shù)值可以很精確地測(cè)定。制作:張思敬等11 5.2 水溶液中的單相離子平衡 5.2.1 酸堿質(zhì)子理論5.2.2 弱電解質(zhì)的解離平衡5.2.3 同離子效應(yīng)和緩沖溶液制作:張思敬等125.2.1 酸堿質(zhì)子理論 酸堿的概念酸堿電離理論的缺陷：無法解釋NH3、Na2CO3均不含OH，也具有堿性。（1）酸堿電離理論（阿氏水離

7、子論） 在水溶液中解離時(shí)所生成的正離子全部是H+的化合物是酸；所生成的負(fù)離子全部是OH的化合物是堿。 把酸、堿的定義局限于以水為溶劑的系統(tǒng)。Svante August Arrhenius 瑞典化學(xué)家 （Arrhenius acid-base concept）制作:張思敬等13（2）酸堿質(zhì)子理論定義：凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸(donor)；凡能結(jié)合質(zhì)子的物質(zhì)都是堿(acceptor)。 如在水溶液中 HCl(aq） H+(aq) +Cl (aq) HAc(aq) H+(aq) +Ac(aq) NH4+(aq) H+(aq) +NH3(aq) HCO3(aq) H+(aq) + CO32-(aq)

8、 Al(H2O)63+ H+(aq)+ Al(H2O)5(OH-)2+ 酸 質(zhì)子 + 堿 Bronsted J N丹麥物理化學(xué)家(Proton transfer theory)制作:張思敬等14酸: 反應(yīng)中能給出質(zhì)子的分子或離子， 即質(zhì)子給予體(donor)堿: 反應(yīng)中能接受質(zhì)子的分子或離子， 即質(zhì)子接受體(acceptor) H2O(l) + NH3(aq) OH (aq) +NH4+(aq)H2S(aq) + H2O (l) H 3O+ (aq) + HS-(aq)水是兩性 酸堿反應(yīng)是質(zhì)子由給予體向接受體轉(zhuǎn)移的過程。HF(g) + H2O(l) H3O+(aq) + F(aq)氣相中溶劑中

9、HF(aq) + NH3(aq) NH4+(aq) + F (aq)制作:張思敬等15 酸、堿可以是分子，也可以是離子。酸給出質(zhì)子后可以再結(jié)合質(zhì)子，因此酸給出質(zhì)子后就變?yōu)閴A：質(zhì)子理論的特點(diǎn): 酸 質(zhì)子 + 堿 (質(zhì)子給予體） (質(zhì)子接受體）制作:張思敬等16兩個(gè)共軛酸堿對(duì)之間的質(zhì)子傳遞 酸越強(qiáng)，其共軛堿越弱；堿越強(qiáng)，其共軛酸越弱。 反應(yīng)總是由相對(duì)較強(qiáng)的酸和堿向生成相對(duì)較弱的酸 和堿的方向進(jìn)行。酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)制作:張思敬等17共軛酸堿概念 酸與對(duì)應(yīng)的堿的這種相互依存、相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系稱為酸堿共軛關(guān)系。 堿結(jié)合質(zhì)子后形成的酸被稱為該堿的共軛酸。 共軛酸與它的共軛堿一起稱為共軛酸堿對(duì)。例如: 酸失去質(zhì)

10、子后形成的堿被稱為該酸的共軛堿。 HAc + H2O H3O+ +Ac- (電離) HAc/Ac-, H3O+/ H2O H3O+ +NH3 H2O+ NH4 (中和) NH4 /NH3，H3O+/ H2O H2O+ CN- OH- + HCN (水解) HCN/CN-, H2O/OH- H2O+ CO3 HCO3 + OH(水解) HCO3/CO3, H2O/OH-2- +2-(conjugate acid-base pair)制作:張思敬等18酸堿質(zhì)子理論擴(kuò)大了酸堿的范圍，它比電離理論更廣泛，其酸堿的定義只以H+為判據(jù)，與溶劑無關(guān)，可以解釋NH3、Na2CO3以及NH4Cl等的酸堿性。兩性

11、物質(zhì)(Amphoteric substance) : H2O, HCO3 (所有酸式根)無鹽的概念: NH4Cl (酸堿復(fù)合物)酸堿質(zhì)子理論是概念的一場(chǎng)革新：制作:張思敬等19（3）酸堿電子理論 凡能接受電子對(duì)的物質(zhì)是酸，凡能給出電子對(duì)的物質(zhì)是堿,也稱為路易斯酸堿理論。 例2 Cu2+ + 4NH3 Cu(NH3)42+ 深藍(lán)色 酸 堿 加合物例1 H + OH = H2O 酸 + 堿 = 酸堿加合物 酸堿電子理論擺脫了酸必須含有H的限制，包括的范圍更廣。酸堿電子理論的優(yōu)點(diǎn)： Lewis G N美國(guó)物理化學(xué)家制作:張思敬等205.2.2 弱電解質(zhì)的解離平衡HAc(aq) = H+(aq) +

12、Ac(aq)1. 一元弱酸、弱堿的解離 由于 取1.0molL-1， 不會(huì)引起計(jì)算數(shù)值的改變，故在計(jì)算過程中（不考慮各物質(zhì)量綱的情況下）常常省去不寫。制作:張思敬等21 HF,H2SO3,HNO2,H3PO4 一般稱為中強(qiáng)酸。 如：HF(3.5310-4)和HAc(1.7610-5) 由解離常數(shù)值的大小可得出同類型弱酸(堿)的相對(duì)強(qiáng)弱。 故: HF的酸性比HAc強(qiáng)。故：Ka 表示弱酸的解離常數(shù)Kb 表示弱堿的解離常數(shù)制作:張思敬等22設(shè)一元弱酸HA的濃度為c, 解離度為 HA = H+ + A-起始濃度 c 0 0平衡濃度 c(1-) c c 由此可知：濃度越稀，解離度越大，稱為稀釋定律。制作

13、:張思敬等23同理，對(duì)于一元弱堿： pH = lgc(H+ ) 因此pOH= lgc(OH)制作:張思敬等24 HAc(aq) = H+(aq) + Ac-(aq) 平衡濃度/molL-1 0.5 x x x解：設(shè)溶液中H+的平衡濃度為x molL-1, 則Ka = 1.7610-5Ka 10-4 0.50 x 0.5例: 已知HAc的Ka =1.7610-5，計(jì)算濃度為0.5 molL-1的HAc 的pH值。 制作:張思敬等25c( H+) = 2.9710-3 molL-1 = 3 0.47 = 2.53 pH = lg(H+ ) = lg(2.9710-3) 制作:張思敬等26例: 計(jì)算

14、0.1 molL-1 NH4Cl溶液中H+濃度及其pH值。 pH = lg(7.5210-6) = 5.12 解： NH4Cl(aq) = NH4+(aq) + Cl(aq) NH4+(aq) + H2O(l) = NH3(aq) + H3O+ (aq) Ka =5.6510-10制作:張思敬等272.多元弱酸和多元弱堿 多元弱酸(堿)的解離是分級(jí)進(jìn)行的，每一級(jí)解離都有一個(gè)解離常數(shù)一級(jí)解離： 例:制作:張思敬等28二級(jí)解離： 三級(jí)解離： 制作:張思敬等29說明：（1） 計(jì)算H+濃度時(shí)，當(dāng)Ka,2 / K a,110-3時(shí)，可忽略二、三級(jí)解離平衡。 （2） 比較多元弱酸的酸性強(qiáng)弱時(shí)，只需比較它們

15、一級(jí)解離常數(shù)值即可。 式中：Ka,3 K a,2 K a,1因此： H+濃度的計(jì)算以一級(jí)解離為主。制作:張思敬等30思考：根據(jù)反應(yīng)式 H2S(aq) = 2H+(aq) + S2- ，H+濃度是S2- 離子濃度的兩倍，此結(jié)論是否正確？答:是錯(cuò)誤的。 H2S(aq)以一級(jí)電離為主，因此H2S溶液中c(H+) c(HS)。 制作:張思敬等31 pH = lg 9. 2710 5 = 4 .03解：Ka,2 平衡向左移動(dòng)，沉淀析出；sKp J sKp制作:張思敬等56例：1L溶液（2）分步沉淀制作:張思敬等57故： AgI先沉淀制作:張思敬等58)(Ag(AgI)2sp+=cK即：AgCl開始沉淀時(shí)

16、，AgI已沉淀完全。制作:張思敬等59 與被沉淀離子濃度有關(guān)分步沉淀的要素： 與生成沉淀的溶度積有關(guān)總之：某離子沉淀時(shí)所需要的沉淀劑的濃度越 小，該離子首先沉淀。制作:張思敬等60（3）沉淀的轉(zhuǎn)化制作:張思敬等61結(jié)論：沉淀類型不同，需通過計(jì)算比較。沉淀類型相同, 大（易溶)者向 ?。y溶)者轉(zhuǎn)化容易，二者相差越大，轉(zhuǎn)化越完全，反之 小者向 大者 轉(zhuǎn)化困難；KspKspKspKsp制作:張思敬等62 例：如果在1.0LNa2CO3 溶液中使0.010mol的BaSO4完全轉(zhuǎn)化為BaCO3，問Na2CO3的溶液最初濃度為多少?解：(aq)SO42-(s)BaCO3 (aq)CO32-(s)BaS

17、O4+x=010.0制作:張思敬等63（4）沉淀的溶解生成弱電解質(zhì)CaCO3(s) Ca2+ + CO32-+ H+ H2O + CO2c(CO32-)下降，J , CaCO3溶解。又如： 部分金屬硫化物FeS、ZnS、MnS、NiS等能溶于稀酸： ZnS + 2H+ Zn2+ + H2S Ksp制作:張思敬等643PbS+8HNO3(稀)=3Pb(NO3)2+3S+2NO+4H2O 利用氧化還原反應(yīng) 另有一些金屬硫化物如Ag2S、CuS、PbS等,其 Ksp 太小，不溶于非氧化性酸，但可加入氧化性酸,極大地降低了S離子的濃度，使之溶解。利用絡(luò)合（配位）反應(yīng)AgCl(s) + NH3 Ag(N

18、H3)2+ + Clc(Ag+)下降，使得JKsp制作:張思敬等65 5.4 水污染及其危害 5.4.1 水中的污染物5.4.2 污水處理方法制作:張思敬等661 無機(jī)物污染 重金屬 重金屬主要包括Hg、Cd、Pb、Cr等，此外還有As。 （As雖不是重金屬，但毒性與重金屬相似，故經(jīng)常和重金屬一起討論。重金屬的致害作用在于使人體中的酶失去活性，因此危害很大。）5.4.1水中的污染物制作:張思敬等67 氰化物污染 氰化物的毒性很強(qiáng)，氰化物主要來源于電鍍、煤氣、冶金等工業(yè)的廢水。 CN-的毒性是由于它與人體中的氧化酶結(jié)合，使氧化酶失去傳遞氧的作用，引起呼吸困難，全身細(xì)胞缺氧而窒息死亡。 酸堿污染

19、酸堿污染可使水體的pH發(fā)生變化(pH過低或過高)，會(huì)消滅或抑制一些有助于水凈化的細(xì)菌及微生物的生長(zhǎng)，從而影響了水的自凈能力。制作:張思敬等682 有機(jī)物污染 碳?xì)浠衔镂廴?城市生活污水和食品、造紙等工業(yè)廢水中含有大量的碳?xì)浠衔?、蛋白質(zhì)、脂肪等。 殺蟲劑、洗滌劑和多氯聯(lián)苯、苯并芘等污染 石油 熱污染 制作:張思敬等695.4.2 廢水常用處理方法 1.混凝法 常用混凝劑：鋁鹽、鐵鹽 中和膠體雜質(zhì)的電荷 黏結(jié)膠體雜質(zhì)微粒 吸附膠體雜質(zhì) 助凝劑：細(xì)黏土、膨潤(rùn)土 影響因素:pH、溫度、攪拌強(qiáng)度2.化學(xué)法 （1）沉淀反應(yīng) FeS(s) + Hg2+ (aq) = HgS(s) + Fe2+(aq) 常用沉淀劑：Na2CO3、CaO、Na2S 制作:張思敬等70（2）氧化還原法 Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3+ +7H2O加