小議沉淀的生成及溶解和轉(zhuǎn)變

時間:2022-04-25 02:23:00

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小議沉淀的生成及溶解和轉(zhuǎn)變

無機(jī)化合物在水中的溶解度差別很大,在化工生產(chǎn)中,通常利用物質(zhì)溶解度的差別,把一種物質(zhì)從溶液中沉淀析出;或把沉淀溶解;或者把一種沉淀轉(zhuǎn)化為另一種沉淀,從而達(dá)到制備、提純以及分析鑒定的目的。但在什么條件下能生成沉淀?什么條件下沉淀溶解?什么條件下使一種沉淀轉(zhuǎn)化為另一種沉淀?要解決這些問題必須研究沉淀的生成和溶解之間的關(guān)系。下面以氯化銀沉淀生成為例來探究沉淀的生成和溶解之間的關(guān)系:

例:將NaCl溶液加入到AgNO3中,當(dāng)生成的AgCl的量超過它的溶解度時,就會有AgCl的白色沉淀生成;在出現(xiàn)AgCl的白色沉淀時也就出現(xiàn)了AgCl的溶解過程。由于AgCl是一種微溶電解質(zhì),具有離子晶格,Ag+與Cl-依靠靜電相互吸引而結(jié)合在一起,當(dāng)AgCl的沉淀從溶液中析出后,由于其晶體表面的Ag+與Cl-受極性水分子的吸引,減弱了它們之間的吸引力。又由于離子的不斷振動,Ag+和Cl-成為水合離子,脫離晶體表面而進(jìn)入溶液中,此過程即為沉淀的溶解。另一方面,溶液中的水合Ag+和水合Cl-在不停的運(yùn)動,在運(yùn)動過程中碰到了AgCl晶體,受到晶體上帶相反電荷離子的吸引,重新沉淀到晶體表面。因此,在沉淀反應(yīng)發(fā)生后,生成的沉淀并不是靜止不動的,而是在不停地運(yùn)動著,進(jìn)行著沉淀的生成和溶解。如果,在單位時間內(nèi),Ag+與Cl-從晶體表面轉(zhuǎn)入到溶液中的量與它們從溶液中沉淀到AgCl晶體表面的量相等時,即:AgCl溶解的速度(V1)和生成沉淀的速度(V2)相等時,達(dá)到沉淀溶解平衡,可用下式表示:

AgCl≒≒Ag++Cl-

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未溶的固體在溶液中的離子

速度(V1)與AgCl晶體表面上的Ag+和Cl-的數(shù)目成正比,AgCl晶體單位面積上的這些離子數(shù)目可以認(rèn)為是一個定值,不隨時間而改變。因此,當(dāng)溫度不變時溶解的速度(V1)可以當(dāng)作常數(shù)值(K1),即:V1=K1

速度(V2)為單位時間內(nèi)Ag+和Cl-沉淀到晶體表面上的量,這一數(shù)值取決于單位時間內(nèi)Ag+和Cl-與晶體表面的碰撞次數(shù),而碰撞在一定溫度下與離子的濃度成正比,于是:

V2=K2[Ag+][Cl-]

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比例常數(shù)平衡濃度

在平衡時:V1=V2所以:K1=K2[Ag+][Cl-]

KSP=K1/K2=[Ag+][Cl-]=1.56×10-10

溫度恒定時,KSP為一常數(shù),稱為溶度積,它表示物質(zhì)的溶解能力,每個難溶物都有它特有的溶度積。

分析上述關(guān)系式可知:改變?nèi)芤旱碾x子濃度對沉淀平衡有影響。例如:在飽和溶液中加入NaCl時,由于Cl-的濃度增加,使[Ag+][Cl-]﹥1.56×10-10,破壞了原來的平衡,使平衡向生成AgCl沉淀的方向移動,直到[Ag+][Cl-]=1.56×10-10為止。

當(dāng)在含有AgCl沉淀的飽和溶液中,設(shè)法降低Ag+的濃度使[Ag+][Cl-]﹤1.56×10-10,就會引起AgCl沉淀的溶解,直到[Ag+][Cl-]=1.56×10-10為止。

由此,我們可以得出以下結(jié)論:

1、當(dāng)溶液中KSP=[Ag+][Cl-]時,溶液是飽和溶液,不會有沉淀析出;2、當(dāng)溶液中KSP﹤[Ag+][Cl-]時,溶液是過飽和溶液,此時體系不平衡,有AgCl沉淀析出,然后隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐漸建立一個新的平衡體系,使KSP=[Ag+][Cl-];3、當(dāng)溶液中KSP﹥[Ag+][Cl-]時,溶液是不飽和溶液,若加入固體AgCl時,固體就會溶解,直到溶液中[Ag+][Cl-]=KSP為止。

因此,在實際應(yīng)用中,我們可以根據(jù)溶度積來預(yù)測在給定條件下沉淀能否生成或溶解,可以根據(jù)改變離子的濃度來創(chuàng)造沉淀的生成或溶解的條件,也可以用于選擇合適的沉淀劑,以達(dá)到分離和沉淀完全的目的。

根據(jù)以上分析可以得到結(jié)論,要使沉淀溶解可以采取以下幾種方法:

1、生成弱電解質(zhì)。例如,要溶解Mg(OH)2,在其飽和溶液中加入少量的酸,則H+與溶液中的OH-結(jié)合生成弱電解質(zhì)水,使溶液中OH-離子濃度降低,反應(yīng)向沉淀溶解的方向進(jìn)行,反應(yīng)式為:(Mg(OH)2→Mg2++2OH-)+(HCl=Cl-+H+)↓↑H2O這時:[Mg2+][OH-]2﹤Ksp溶液處于不飽和狀態(tài),于是平衡向沉淀溶解的方向移動,直至[Mg2+][OH-]2=Ksp為止。

2、鹽的作用。一些溶度積不太小的難溶于水的氫氧化物,如上述的氫氧化鎂,也可加強(qiáng)酸的銨鹽使沉淀溶解,反應(yīng)式如下:

(Mg(OH)2→Mg2++2OH-)+(NH4Cl=Cl-+NH4+)↓↑2NH3.H2O由于氫氧化鎂中的OH-與NH4Cl電離生成的NH4+結(jié)合生成弱電解質(zhì)氨水,使溶液中OH-離子濃度降低,于是溶液向沉淀溶解的方向移動,使Mg(OH)2進(jìn)一步溶解。

3、氧化還原作用。加入氧化劑或還原劑來改變離子的價數(shù),使某一離子發(fā)生氧化還原反應(yīng),從而降低離子的濃度,使沉淀溶解。例如,CuS溶于HNO3:

3CuS+8H++2NO3=3Cu2++3S+2NO↑+4H2O

在CuS溶液中,加入HNO3后,HNO3將溶液中的S2-氧化成單質(zhì)S析出,因此,溶液中S2-的濃度降低,使CuS溶解。

4、生成配位化合物。將溶液中的離子轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的配離子,也可以使某種離子的濃度降低,使沉淀溶解。例如,AgCL是強(qiáng)酸的鹽,不溶于酸,但溶于NH3中,反應(yīng)式如下:

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

由于生成[Ag(NH3)2]+,降低了Ag+的濃度,而促使AgCL沉淀溶解。

因此,如果所加試劑的離子與被溶解的物質(zhì)中所含的離子能生成弱電解質(zhì),那么,就可以使沉淀溶解。

另外,許多難溶化合物還可以借助適當(dāng)試劑使之轉(zhuǎn)化為另一種新的沉淀,此過程叫沉淀的轉(zhuǎn)化。例如,用KCl處理Ag2CrO4,可使磚紅色的Ag2CrO4轉(zhuǎn)化為白色的AgCL沉淀。因為,在Ag2CrO4溶液中存在以下平衡,反應(yīng)式如下:

Ag2CrO4≒2Ag++CrO42-

當(dāng)加KCl溶液時,由于AgCL的溶解度比Ag2CrO4的溶解度小,溶液中的Ag+離子和Cl-離子濃度的乘積超過了AgCL的溶度積,于是沉淀析出。由于AgCL沉淀的析出,使溶液中的Ag+離子的濃度降低,此時溶液對于Ag2CrO4來說是不飽和溶液,因而固體Ag2CrO4開始溶解,它的溶解,使溶液中Ag+離子的濃度增加,促使AgCL沉淀不斷析出。當(dāng)有足量的KCl溶液存在時,就可使Ag2CrO4全部轉(zhuǎn)化為AgCL,轉(zhuǎn)化過程如下:

(Ag2CrO4≒2Ag++CrO42-)+(2KCl=2Cl-+2K+)↓↑2AgCL↓

綜上所述:當(dāng)增加溶液的離子濃度時,會促進(jìn)沉淀的生成;當(dāng)減少溶液的離子濃度時,會促進(jìn)沉淀的溶解。因此,沉淀和溶解是既相互矛盾又相互聯(lián)系,它們之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。