医用基础化学课件-第四章 难溶强电解质的多相离子平衡

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1、第四章难溶强电解质的多相离子平衡 第一节多相离子平衡与溶度积第二节溶度积常数与溶解度的关系第三节多相离子平衡的移动第四节溶度积规则及其应用第五节多相离子平衡在医学中的应用 本章教学要求 掌握多相离子平衡与溶度积的概念溶度积与溶解度的关系和溶度积规则熟悉多相离子平衡的移动 沉淀的生成 分步沉淀 沉淀转化了解同离子效应与盐效应 沉淀的溶解和多相离子平衡在医学中的应用 在25 时溶解度S小于0 01g 100g H2O 的物质称为难溶物或微溶物 本章介绍难溶强电解质在水溶液中的沉淀溶解平衡情况 第一节多相离子平衡与溶度积 多相离子平衡 固体难溶强电解质与溶液中离子间的平衡 平衡时 Ksp Ca2 C

2、O32 Ksp 溶度积常数 简称溶度积反映了难溶强电解质在水中的溶解能力 平衡时特点 多相平衡 饱和溶液 溶解 沉淀 不同结构类型强电解质的溶度积的表达式 Ksp An a Bm b AgCl Ksp Ag Cl Ksp Mg2 OH 2 Mg OH 2 Ag2CrO4 Ksp Ag 2 CrO42 讨论 Ksp表达式表明 对于难溶电解质在一定温度下达沉淀溶解平衡时 溶液饱和 此时各离子浓度 活度 幂的乘积为一常数 即溶度积常数 Ksp大小与物质的本性及温度有关 温度一定时 Ksp的大小与溶液浓度无关 第二节溶度积常数与溶解度的关系 沉淀溶解平衡时难溶强电解质AaBb s 的溶解度为Smol

3、L 1 平衡时 S aS bS 单位 mol L 1 AB Ksp S2 A2B AB2 Ksp 4S3 A3B AB3 Ksp 27S4 例题 AgCl在298K时的溶解度为1 91 10 3g L 1 求该温度下AgCl的Ksp 解 AgCl的摩尔质量M AgCl 143 4g mol 1 AgCl的溶解度为 平衡时 SS Ksp AgCl Ag Cl 1 33 10 5 2 1 77 10 10 例题 Ag2CrO4在298K时的溶解度为6 54 10 5mol L 1 计算其溶度积Ksp 解 S 6 54 10 5mol L 1 平衡时 2SS Ksp Ag2CrO4 Ag 2 CrO

4、42 2S 2S 4S3 4 6 54 10 5 3 1 12 10 12 例题 Mg OH 2在298K时的Ksp为5 61 10 12 求该温度时Mg OH 2的溶解度 解 设Mg OH 2的在298K的溶解度为Smol L 1 平衡时S2S Ksp Mg OH 2 Mg2 OH 2 S 2S 2 4S3 结论 1 难溶电解质的溶解度和溶度积可以通过公式相互换算 2 对于相同类型的难溶电解质 溶解度越大 溶度积越大 3 对于不同类型的难溶电解质 必须经过计算来比较 AgCl s AgBr s AgI s Ag2CrO4 s Ksp10 1010 1310 1710 12S AgCl S A

5、gBr S AgI S AgCl S Ag2CrO4 溶度积与溶解度换算的条件 2 难溶电解质必须完全解离 1 适用于溶解后解离出的正 负离子在水溶液中不发生水解等副反应或程度较小的物质 3 适用于离子强度较小 可以用浓度代替活度的情况 在溶液中分步电离的难溶电解质不适用 难溶弱电解质不适用 难溶的硫化物 碳酸盐 磷酸盐等不适用 Fe OH 3 Hg2Cl2 Hg2I2 第三节多相离子平衡的移动 一 同离子效应 同离子效应使难溶强电解质的溶解度降低 讨论 利用同离子效应 可使沉淀更加完全在有同离子效应时 Ksp与S的关系与在纯水中不同 例题 分别计算PbCl2 1 在纯水中的溶解度 2 在0

6、10mol L 1Pb NO3 2溶液中的溶解度 3 在0 10mol L 1NaCl溶液中的溶解度 已知Ksp PbCl2 1 17 10 5 1 S PbCl2 1 43 10 2mol L 1 2 S PbCl2 5 41 10 3mol L 1 3 S PbCl2 1 17 10 3mol L 1 例题 计算在298K时 AgCl在0 010mol L 1NaCl溶液中的溶解度 并与其在纯水中的溶解度比较 已知AgCl的Ksp 1 77 10 10 解 在NaCl溶液中的溶解度为S 平衡时 S S 0 010 由于存在同离子效应 S 0 010 Ksp AgCl Ag Cl S S 0

7、 010 Ksp AgCl S 0 010S Ksp AgCl 0 010 1 77 10 8mol L 1 纯水中的溶解度S为1 33 10 5mol L 1 例题 在20mL0 0020mol L 1的Na2SO4溶液中加入20mL0 020mol L 1BaCl2溶液 判断SO42 离子是否沉淀完全 已知Ksp BaSO4 1 07 10 10 解 混合后 c SO42 0 0010mol L 1 c Ba2 0 010mol L 1 有BaSO4沉淀生成 平衡时 0 0090 xx Ksp x 0 0090 x x 0 0090 1 07 10 10 x 1 2 10 8mol L 1

8、 1 0 10 5 SO42 沉淀完全 二 盐效应 盐效应使难溶强电解质的溶解度略有增大 使用适当过量的沉淀剂 使某离子沉淀完全沉淀剂的加入并非总是越多越好 有时过量很多的沉淀剂会引起副反应 如 AgCl s Cl 较浓 AgCl2 有时甚至会生成AgCl32 同时 引起较强的盐效应 第四节溶度积规则极其应用 离子积 表示任一条件下离子浓度幂的乘积 用符号Q表示 Q关系式适用于任意状态的溶液 Ksp表示难溶强电解质的饱和溶液中离子幂的乘积 在一定温度下 Ksp为一常数 它只是Q的一个特例 Q cAacBb 一 溶度积规则 Q Ksp表示溶液饱和 这时溶液中的沉淀与溶解达到动态平衡 既无沉淀析出

9、又无沉淀溶解Q Ksp表示溶液不饱和 溶液中无沉淀析出 若加入难溶强电解质 则会继续溶解Q Ksp表示溶液过饱和 溶液中会有沉淀析出 判断沉淀生成和溶解的依据 二 沉淀的生成 溶液中Q Ksp 沉淀生成Q Ksp 沉淀溶解 例题 1 将0 02mol L 1CaCl2溶液10mL与等体积相同浓度的Na2CO3溶液相混合 忽略体积变化 判断是否有CaCO3沉淀产生 Ksp CaCO3 3 36 10 9 2 已知碳酸的Ka2 4 68 10 11 在0 010mol L 1CaCl2溶液中通入CO2气体 有无CaCO3沉淀产生 Q Ksp 沉淀生成 Q Ksp 无沉淀生成 例题 计算298K时使

10、0 010mol L 1Fe3 开始沉淀和沉淀完全时溶液的pH值 已知Ksp Fe OH 3 2 79 10 39 解 1 Qc c Fe3 c3 OH 0 010 c3 OH Ksp Fe OH 3 c3 OH 2 79 10 37mol L 1 c OH 6 53 10 13mol L 1 c H 1 53 10 2 pH 1 82 即pH 1 82的情况下 体系即有沉淀存在 pH 1 82是刚出现沉淀时的pH值 开始沉淀0 010c OH 2 Ksp Fe3 OH 3 1 0 10 5 OH 3 OH 3 2 79 10 34 OH 6 53 10 12mol L 1 pOH 11 18

11、pH 2 82 沉淀完全时1 0 10 5x 可以看出 配制FeCl3溶液时 必须加入强酸 而不能用纯水直接配制 例题 将10ml0 10mol L 1MgCl2和等体积 同浓度NH3 H2O的混合 有无Mg OH 2沉淀析出 如果要阻止沉淀析出 至少应加入多少克NH4Cl s 已知Mg OH 2的Ksp 5 61 10 12 Kb NH3 1 79 10 5 解 1 混合后 c Mg2 c NH3 0 050mol L 1 c Kb 20KW c Kb 0 050 1 79 10 5 500 由NH3解离的 OH Q Mg OH 2 c Mg2 c2 OH 0 050 9 46 10 4 2

12、 4 47 10 8 Q Ksp 有沉淀生成 2 要使Mg2 不析出 则 Qc Ksp 平衡时0 050 OH x OH OH 0 050 x OH m NH4Cl 8 44 10 2 20 10 3 53 5 0 09g 三 沉淀的溶解 条件 Q Ksp 一 生成弱电解质 生成弱酸 弱碱 H2O及难电离的可溶盐等 思考 Mg OH 2为何可溶于NH4Cl溶液中 如何理解CaCO3溶于HCl溶液中 为什么ZnS沉淀可以溶于HCl溶液中 例题 计算使0 10mol的MnS ZnS CuS溶于1L盐酸中 所需盐酸的最低浓度 解 1 MnS Ksp 4 56 10 14 H2S Ka1 5 0 10

13、 8 Ka2 1 20 10 15 溶解后 Mn2 0 10mol L 1 H2S 0 10mol L 1 2 ZnS H 0 145mol L 1 3 CuS H 6 94 105mol L 1 浓盐酸也不能使CuS溶解 二 生成难解离的配离子 和沉淀的溶解度 配离子的稳定性有关 三 利用氧化还原反应使沉淀溶解 总反应式为3CuS 8HNO3 3Cu NO3 2 3S 2NO 4H2O 3HgS s 2HNO3 12HCl 3H2 HgCl4 3S 2NO 4H2O HgS的Ksp更小 必须用王水才能使之溶解 四 分步沉淀 当溶液中含有数种可产生沉淀的离子 加入某沉淀剂和溶液中的几种离子都能

14、产生沉淀时 溶液中的离子将按一定的顺序沉淀下来 这种现象称为分步沉淀或分级沉淀 实际应用于共存离子的分离 例题 在含有0 010mol L 1I 和同浓度的Cl 的溶液中 滴加AgNO3溶液 忽略引起的体积变化 问何者先沉淀 当AgCl开始沉淀时 溶液中的I 浓度是多少 Ksp AgCl 1 77 10 10 Ksp AgI 8 51 10 17 解 AgI先沉淀 例题 在0 0100mol L 1K2CrO4和0 100mol L 1KCl的混合溶液中 滴加AgNO3溶液 CrO42 和Cl 哪个离子先沉淀 能否用分步沉淀的方法将两者分离 解 Ag 2 CrO42 Ksp Ag2CrO4 1

15、 11 10 12 Ag Cl Ksp AgCl 1 77 10 10 Ag 1 77 10 10 Cl 1 77 10 9mol L 1 Cl 离子先沉淀 当 Ag 1 05 10 5mol L 1时 Cl Ksp AgCl Ag Cl 1 77 10 10 1 05 10 5 1 68 10 5mol L 1 例题 某溶液中含有0 10mol L 1Cd2 和0 10mol L 1Zn2 为使Cd2 形成CdS沉淀而与Zn2 分离 应控制溶液中的S2 浓度在什么范围 Ksp CdS 3 6 10 29 Ksp ZnS 1 2 10 23 解 要使Cd2 离子沉淀 S2 最小浓度为 S2 K

16、sp CdS Cd2 3 6 10 29 0 10 3 6 10 28 不使Zn2 离子析出 S2 离子最高浓度为 S2 Ksp ZnS Zn2 1 2 10 23 0 10 1 2 10 22 当S2 浓度处于3 6 10 28与1 2 10 22之间时 可以使Cd2 析出而Zn2 留在溶液中 S2 1 2 10 22 Cd2 Ksp CdS S2 3 0 10 7 Cd2 能沉淀完全 S2 Ksp CdS 10 5 3 6 10 24 例题 如果溶液中Fe3 和Mg2 的浓度均为0 10mol L 1 使Fe3 定量沉淀而使Mg2 不沉淀的条件是什么 解 Ksp Fe3 OH 3 2 79 10 39Fe3 沉淀完全时的 OH 为 pOH 11 18 pH 2 82 Mg2 开始沉淀的pH值为 pOH 5 13 pH 8 87因此 只要控制pH值在2 81 8 87之间即可使Fe3 定量沉淀而使Mg2 不沉淀 CaSO4 s Na2CO3 CaCO3 s Na2SO4 五 沉淀的转化 在含有某一沉淀的溶液中 加入适当的试剂 使之转化为另一种沉淀的过程 称为沉淀的转化 例题 锅炉中的