当前课程知识点:无机化学 > 第5章 沉淀-溶解平衡 > 5.4 影响沉淀生成因素 > 5.4.1 影响沉淀生成因素
同学 你好
本节课的知识点是
影响沉淀生成的因素
首先加入沉淀剂会影响沉淀溶解平衡
如果要使某种离子
已沉淀的方式从溶液当中析出
可以采用的方法是
加入适量的化学试剂
使其生成难溶的电解质
当体系的离子积
大于该难溶电解质的溶度积时
就会析出沉淀
所加入的化学试剂称为沉淀剂
比如有这样一道例题
已知草酸钙的KSP值为
2.6×10的-9次方
要使0:02摩尔每升的
钙离子从溶液当中析出
所需要的草酸根离子的浓度是多少
我们首先将钙离子
和草酸根离子的沉淀反应写出来
然后根据溶度积的表达式
KSP等于钙离子的浓度
乘以草酸根离子的浓度
我们可以换算出
草酸根离子的浓度
等于KSP除以钙离子的浓度
经过计算可以得到
草酸根离子的浓度为
1.3×10的-7次方摩尔每升
从原理上只要离子积大于Ksp
便有沉淀生成
但是在实际上
只有当固体含量达到一定的值的时候
才可以看到溶液的浑浊现象
有时由于生成过饱和溶液
即使离子积大于溶度积常数
溶液仍然观察不到沉淀的生成
有时虽然加入了过量的沉淀剂
但是由于配合反应的发生也不会有沉淀产生
另外同离子效应也会影响
沉淀溶解平衡的移动
在难溶电解质的饱和溶液当中
加入含有相同离子的强电解质
沉淀溶解的多相平衡也会发生移动
其结果是使难溶电解质的溶解度减小
这一现象称为同离子效应
比如在饱和的氯化银溶液当中
我们加入氯化钠
由于氯化钠含有相同的氯离子
会使得氯化银的沉淀溶解平衡向左移动
移动的结果是
导致银离子浓度的降低
因此通过实验可以证明
同离子效应会抑制沉淀的溶解
下面这道例题是计算298K时
硫酸钡在纯水和0.1摩尔每升的
硫酸钠溶液当中的溶解度
硫酸钡在纯水溶剂当中的溶解度
可以根据溶解度和溶度积常数的
互相换算关系来求解
溶解度等于根号下KSP
算出来的数值为
1.04×10的-5次方摩尔每升
在硫酸钠溶液当中
由于额外引入的硫酸根离子
同样会对硫酸根离子有贡献
所以在平衡浓度的计算当中
如果钡离子的溶解度是S
则硫酸根离子的溶解度应该为0.1加S
我们将这样两个代数式代入到
溶度积常数的表达式当中
可以计算出
硫酸钡在硫酸钠溶液当中的溶解度为
1.08×10的-9次方
我们对比这样两个数值可以发现
由于硫酸钠的引入
导致硫酸钡的溶解度大大下降
另外一个影响沉淀溶解平衡的因素是
盐效应
盐效应是指在难溶电解质的饱和溶液当中
我们加入某种不含相同离子的强电解质
那么这种强电解质
会导致难溶电解质的溶解度增加
这种现象称为是盐效应
盐效应对溶度积较小的难溶电解质的影响
通常比较大
而对溶度积较大的难溶电解质的溶解度的
影响比较小
在产生同离子效应的同时也会产生盐效应
两者共存时
在一般情况下
我们只以同离子效应为主
对于较稀的溶液
我们可以忽略盐效应的影响
下面是ph值对沉淀反应的影响
对于难溶的氢氧化物
在溶液当中
它的溶解过程是
氢氧化物溶解生成金属离子和氢氧根离子
由于氢氧根离子可以跟氢离子结合生成水
因此溶液的ph值会影响
氢氧化物的沉淀溶解
氢氧化物离子积的表达式
可以用金属离子的浓度
乘以氢氧根离子浓度的计量系数次幂来表示
金属氢氧化物刚开始沉淀的时候
我们通过离子积和溶度积常数的关系
可以推导出氢氧根离子的浓度
应该满足
氢氧根离子浓度大于等于根号下
溶度积常数除以金属离子的浓度开N次方
当金属离子沉淀完全时
我们通常认为
金属离子的浓度应该小于等于
10的-5次方摩尔每升
这时我们根据
离子积大于等于KSP的表达式
可以推导出氢氧根离子的浓度
应该大于等于根号下
KSP除以10的-5次方开N次方
这里面金属离子的浓度
我们引入的是
其完全沉淀时的最大浓度
比如在一个溶液当中
既含有三价铁离子
也含有二价铁离子
它们的浓度都是0.1摩尔每升
如果要求氢氧化铁沉淀完全
而亚铁离子不产生沉淀
需要控制ph值在什么样的范围
首先我们通过查表
可以查得氢氧化铁和氢氧化亚铁的
离子积常数
如果满足氢氧化铁沉淀完全
我们根据
氢氧化铁的离子积大于溶度积常数的条件
可以推导出
氢氧根离子需要大于等于根号下
KSP除以金属离子的浓度开三次方
在这里我们带入的三价铁离子的浓度
为其沉淀完全的浓度
也就是10的-5次方
我们通过计算可以得出
氢氧根离子的浓度为
6.53×10的-12次方摩尔每升
我们计算一下溶液的ph值为
ph值大于等于2.82
而后题当中要求二价铁离子不产生沉淀
则我们根据氢氧化亚铁的离子积
小于KSP的条件
可以推导出氢氧根的浓度要小于根号下
KSP除以亚铁离子的浓度
在这里面亚铁离子的浓度
我们带入的是其初始浓度0.1摩尔每升
计算结果是
氢氧根离子必须满足
小于2.21×10的-8次方
ph值的条件是小于6.34
因此如果我们要控制三价铁离子沉淀完全
而二价铁离子不沉淀
则应该调整ph值在2.82到6.34之间
接下来是难熔金属硫化物的生成
与溶液ph值的关系
金属硫化物在溶液当中溶解
可以生成金属离子和硫离子
硫离子可以与氢离子结合生成硫化氢气体
因此溶液的ph值也会影响硫化物的溶解
金属离子产生硫化物沉淀的条件是
反应的离子积必须大于KSP
根据这样一个条件我们可以推出
硫离子的浓度必须大于
KSP除以金属离子的浓度
这个表达式给出了硫离子浓度和KSP的关系
硫化氢的电离过程
可以用这样一个方程式来表示
这个方程式的电离平衡常数
可以用硫化氢的第一步和第二步
电离的平衡常数的乘积来表示
它的数值等于氢离子浓度的平方
乘以硫离子除以硫化氢的浓度
有这样一个公式
我们可以推出氢离子的浓度
等于根号下K1乘以K2
乘以硫化氢的浓度除以硫离子的浓度
我们将这样一个式子标记为式2
而后我们将式1当中硫离子和KSP的关系
带入到氢离子的公式当中
可以推导出氢离子与KSP的关系
极为氢离子要小于根号下
K1乘以K2乘以硫化氢的浓度
再乘以金属离子的浓度
除以KSP
这个条件是金属离子产生沉淀的条件
如果使金属离子沉淀完全
则溶液当中的氢离子要满足氢离子小于根号下
K1乘以K2乘以硫化氢的浓度
再乘以金属离子的浓度
除以KSP
在这里金属离子的浓度
我们选取的是沉淀完全的浓度
也就是10的-5次方摩尔每升
由于不同的金属硫化物沉淀的KSP值不同
决定不同金属离子开始沉淀
和沉淀完全时所需要的ph值是不同的
因此我们控制ph值可以实现金属离子的分离
以上为本节课的所有知识点唉呦
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