沉淀溶解平衡

第五章沉淀溶解平衡一、溶度積原理1溶度積Ksp2溶度積原理3Ksp

的計算：熱力學方法；電化學方法；溶解度方法。二、沉淀的生產

沉淀的完全度；同離子效應；鹽效應三、沉淀的溶解

生產弱電解質；發(fā)生氧還反應；生產絡合離子四、沉淀的轉化五、分部沉淀溶解度：每100克水中溶解的物質的量（克/100克水）25oC,100克水中可溶解（克）

ZnCl2432；PbCl20.99；HgS1.47x10-25

易溶物：>1克微溶物：0.01~1克難溶物：<0.01克影響物質溶解度的因素：（定性解釋）

1離子的電荷密度（離子所帶電荷與其體積之比）：電荷密度增加，溶解度下降（如硫化物等）

2晶體的堆積方式：堆積緊密，不易溶（如BaSO4等）一、溶度積(TheSolubilityProduct)1.沉淀溶解的平衡常數，稱為溶度積，Ksp。

BaSO4(s)=Ba2+(aq)+SO42－(aq)

Ksp=[Ba2+]2[SO42－][Ba2+]2,[SO42－]是飽和濃度。Thesolubilityproductistheequilibriumconstantfortheequilibriumbetweenanundissolvedsaltanditsionsinasaturationsolution.

Ksp

與溫度和難溶電解質的本性有關。一些物質的溶度積

1－2型：

Ag2CrO4(s)=2Ag+(aq)+CrO42-(aq)2S

S

Ksp=[Ag+]2[CrO42-]=(2s)2(s)1－1型：

AgCl(s)＝Ag＋(aq)

＋Cl－(aq)

SS

Ksp

＝[Ag+]

[Cl－]＝S22.

溶度積與溶解度成立條件：1稀溶液中，離子強度等于零。在強電解質存在下，或溶解度較大時，離子活度系數不等于1時：

Ksp=活度積

＝

c（1）（：活度，：活度系數）2難溶電解質的離子在溶液中不發(fā)生任何化學反應.

如：CaCO3(s)=Ca2+(aq)+CO32–(aq)H2OHCO3–(aq)

Ksp

＝

[Ca2+][CO32–]

S2成立條件：3難溶電解質要一步完全電離。

Fe(OH)3(s)=Fe(OH)2

+(aq)+OH

–(aq)K1Fe(OH)2+(aq)=Fe(OH)2+(aq)+OH

–(aq)K2Fe(OH)2+(aq)=Fe3+(aq)+OH

–(aq)K3

Fe(OH)3(s)=Fe3+(aq)+3OH

–(aq)

Ksp=K1K2

K3

S(3S)3

又如：HgCl2(s)=HgCl2(aq)=Hg2+(aq)+2Cl–(aq)

（分子形式）

S

＝

[HgCl2]+[Hg2+]

Ksp

4S3另外要注意：

對于同種類型化合物而言，Ksp

，S。但對于不同種類型化合物之間，不能根據Ksp來比較S的大小。

例.查表知PbI2的Ksp為1.4×10-8,估計其溶解度s。解：

PbI2(s)=Pb2+(aq)+2I-(aq)Ksp=[Pb2+][I-]2[Pb2+]=s[I-]=2s

Ksp=[Pb2+][I-]2=(s)(2s)2=4s3

s=(Ksp/4)1/3=(1/4×1.4×10-8)1/3=1.5×10-3(mol/L)溶度積與溶解度二、沉淀的生成(Precipitation)

BaSO4(s)=Ba2+(aq)+SO42－(aq)

Ksp=[Ba2+][SO42–]

離子積

Q＝(Ba2+)(SO42–)Q與Ksp

的關系：溶度積原理

1Q＝Ksp，平衡狀態(tài)

2Q>

Ksp，析出沉淀

3Q<

Ksp，沉淀溶解溶度積原理示意圖AsaltprecipitatesifQspisgreaterthanorequaltoKsp.等體積的0.2M的Pb(NO3)2和KI水溶液混合是否會產生PbI2沉淀？解：Pb2+(aq)+2I-(aq)=PbI2(s)PbI2(s)=Pb2+(aq)+2I-(aq)

Ksp=[Pb2+][I-]2=1.4×10-8

Qsp=(Pb2+)(I-)2

=0.1×(0.1)2

=1×10-3

>>Ksp

會產生沉淀例：

?定量分析：溶液中殘留離子濃度10－6

（mol/dm3）

?定性分析：溶液中殘留離子濃度10－5

（mol/dm3）

定量分析時，分析天平的精度0.0001克分子量按100估計，

mol=m/M0.0001/100=10－6

沉淀完全AgCl(s)=Ag+(aq)+Cl-(aq)Ksp=[Ag+][Cl-]=1.6×10-10

s=1.3×10-5mol/L

加NaCl,[Cl-]增加，平衡？

AgCl溶解度比純水中減少！相似地,往飽和的Zn(ac)2水溶液中加醋酸鈉,Zn(ac)2析出。同離子效應：加入含有共同離子的電解質而使沉淀溶解度降低的效應。二、同離子效應(TheCommon-IonEffect)估算AgCl

在0.1MNaCl(aq)中的溶解度s。(純水中，so=1.3×10-5mol/L)AgCl(s)=Ag+(aq)+Cl-(aq)Ksp=[Ag+][Cl-]=1.6×10-10

[Ag+]=Ksp/[Cl-]=1.6×10-10/[0.1]=1.6×10-9mol/Ls=[Ag+]=1.6×10-9mol/L<<1.3×10-5mol/L(小104)例：鹽效應：加入強電解質而使沉淀溶解度增大的效應。

（靜電吸引使不易沉淀）1.81.41.00.0010.0050.01AgClBaSO4S/S0KNO3(mol/dm3)S0:純水中的溶解度；S：在KNO3溶液中的溶解度。

Fe(OH)3(s)=Fe3+(aq)+3OH-(aq)H2O(l)

ZnCO3(s)=Zn2+(aq)+CO32-(aq) CO32-(aq)+2HCl

(aq)=H2CO3(aq)+2Cl-(aq) H2CO3(aq)=H2O(l)+CO2(g)H3O+三、沉淀的溶解(DissolvingPrecipitation)

1）通過加入酸，生成弱電解質，可以使得難溶氧化物和碳酸鹽等難溶鹽溶解。沉淀的溶解2）氧化還原反應

CuS(s)=Cu2+(aq)+S2-(aq)

3S2-(aq)+8HNO3(aq)=3S(s)+2NO(g)+4H2O(l)+6NO3-(aq)3）生產絡合離子

AgCl

(s)=Ag+(aq)+Cl-(aq)Ksp=[Ag+][Cl-]Ag+(aq)+2NH3

(aq)=Ag(NH3)2+(aq)

Kf=[Ag(NH3)2+]/[Ag+][NH3]2=1.6×107

例1為什么MnS(s)溶于HCl,CuS(s)不溶于HCl？

MnS(s)=Mn2+(aq)+S2-(aq)K1=Ksp=4.65×10-14S2–+H3O+=HS–+H2OK2=1/Ka2(H2S)=1/(1.1×10-12)HS–+H3O+=H2S

+H2OK3=1/Ka1(H2S)=1/(9.1×10-8)總反應：MnS(s)+2H3O+=Mn2++H2S

+2H2O

K=K1?K2

?K3=Ksp/(Ka2?

Ka1)=4.65×105同理：CuS(s)=Cu2+(aq)+S2-(aq)Ksp=1.27×10-36

CuS(s)+2H3O+=Cu2++H2S

+2H2OK=Ksp/(Ka2?

Ka1)=1.27×10-17K為酸溶平衡常數。對于同類硫化物，Ksp

大的，較易溶解。例2為什么CaCO3(s)溶于HAc,而CaC2O4(s)不溶于HAc？

CaCO3(s)=Ca2+(aq)+CO32-(aq)

Ksp=4.96×10–9CaCO3+2HAc=Ca2++H2CO3+2Ac–H2CO3=CO2(g)+H2O例2為什么CaCO3(s)溶于HAc,而CaC2O4(s)不溶于HAc？

CaC2O4(s)=Ca2+(aq)+C2O42-(aq)

Ksp=2.34×10–9CaC2O4+2HAc=Ca2++H2C2O4+2Ac–

可見，難溶鹽的Ksp

相同時，K取決于難溶鹽酸根對應的共軛酸的強弱。共軛酸的Ka越小，沉淀易于溶解。（強酸置換弱酸規(guī)律）四、沉淀的轉化

PbCrO4(s)（黃色）=Pb2+(aq)+CrO42–(aq)

加入(NH4)2S溶液：Pb2+(aq)+S2–(aq)=PbS(s)（黑色）總反應：PbCrO4(s)+S2–(aq)=PbS(s)+CrO42–(aq)

K很大，反應很徹底。四、沉淀的轉化

BaSO4(s)+CO32–(aq)

=BaCO3(s)+SO42–(aq)10-7

<K<107，可以通過加大CO32–（用飽和Na2CO3溶液），多次轉化。Mg的一個主要來源是海水，可用NaOH

將Mg沉淀，但海水同時含Ca,在Mg(OH)2沉淀時，Ca(OH)2是否也會沉淀?海水中Mg2+:0.050mol/L;Ca2+:0.010mol/L.確定固體NaOH加入時，沉淀次序和每種沉淀開始時的[OH-]?ForCa(OH)2,Ksp=[Ca2+][OH-]2=5.5×10-6

[OH-]=(Ksp/[Ca2+])1/2=(5.5×10-6/0.010)1/2=0.023M

ForMg(OH)2,Ksp=[Mg2+][OH-]2=1.1×10-11

[OH-]=(Ksp/[Mg2+])1/2=(1.1×10-11/0.050)1/2=1.5×10-5M

通過控制OH-的濃度，可以先使Mg(OH)2沉淀。五、選擇性沉淀(SelectivePrecipitation)又如：在Cl–和I–均為0.010mol/L的溶液中，加入AgNO3溶液，能否分步沉淀？開始沉淀的[Ag+]？ForAgCl,Ksp=[Ag+][Cl–]=1.76×10–10

[Ag+]=(Ksp(AgCl)/[Cl–])=(1.76×10–10/0.010)=1.76×10–8mol/L

ForAgI,Ksp=[Ag+][I–]=8.49×10–17

[Ag+]=(Ksp(AgI)/[I–])=(8.49×10–17/0.010)=8.49×10–15

mol/LI–先沉淀，當Cl–開始沉淀時，

[I–]=(Ksp(AgI)/[Ag+])=(8.49×10–17/1.76×10–8

)=4.82×10–9

mol/L說明I–已沉淀完全。五、選擇性沉淀(SelectivePrecipitation)例：用AgNO3溶液來沉淀Cl–

和CrO42－（濃度均為0.010mol/dm3)，開始沉淀時所需[Ag+]分別是：

ForAgCl,[Ag+]=(Ksp(AgCl)/[Cl–])=(1.76×10–10/0.010)=1.76×10–8mol/L

ForAg2CrO4,[Ag+]=(Ksp(Ag2CrO4)/[CrO42－])0.5=(1.12×10–12/0.010)0.5=

1.06×10–5

mol/L反而是Ksp大的AgCl先沉淀。

說明，生成沉淀所需試劑離子濃度越小的越先沉淀。但對于MA型和MA2型沉淀來說，不能直接用Ksp大小來判斷沉淀的先后次序和分離效果。例：Zn2+、Mn2+（濃度均為0.10mol/dm3)

問：通入H2S氣體，哪種先沉淀？pH控制在什么范圍，以實現(xiàn)完全分離？（Ksp(MnS)＝4.65×10–