分步沉淀反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及理論計(jì)算

1、分步沉淀反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及理論計(jì)算 摘要：在無(wú)機(jī)化學(xué)定性實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)分步沉淀不能實(shí)現(xiàn)，效果不理想。本文以兩個(gè)體系的沉淀反應(yīng)為例，從理論上計(jì)算了分步沉淀實(shí)驗(yàn)的可行性與可操作性。 關(guān)鍵詞：分步沉淀；實(shí)驗(yàn) 中圖分類號(hào)：g642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1674-9324（2016）29-0215-02 若溶液中存在兩種以上離子，選用某種沉淀劑可使這些離子先后沉淀析出，這就稱為分步沉淀。然而在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)分步沉淀不能實(shí)現(xiàn)，效果不明顯。 本文以兩個(gè)體系的沉淀反應(yīng)為例，從理論上計(jì)算了分步沉淀實(shí)驗(yàn)?zāi)芊駥?shí)現(xiàn)，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)有所幫助。實(shí)驗(yàn)1在試管中加入0.1mol.l-1na2s水溶液1滴和0.1mo

2、l.l-1k2cro4水溶液2滴。用去離子水稀釋至5ml并混合均勻。首先加入1滴0.1mol.l-1的pb（no3）2溶液，離心分離，觀察試管底部沉淀的顏色，然后再向清液中繼續(xù)滴加pb（no3）2溶液，觀察此時(shí)生成沉淀的顏色。指出兩種沉淀各是什么物質(zhì)。 設(shè)實(shí)驗(yàn)1為體系a。按上述實(shí)驗(yàn)操作，加入1滴0.1mol.l-1pb（no3）2溶液后，得到棕色沉淀，是黑色沉淀和黃色沉淀的混合物。沒(méi)有實(shí)現(xiàn)分步沉淀，這是什么原因？讓我們對(duì)此實(shí)驗(yàn)做一理論計(jì)算及分析。 （1ml溶液按20滴計(jì)算） k=pb2+s2- k=pb2+cro42- 對(duì)上述體系a，根據(jù)溶度積規(guī)則，出現(xiàn)黑色pbs沉淀所需pb2+濃度pb2+1

3、為： pb2+1=3.5410-25（mol.l-1） 出現(xiàn)黃色pbcro4沉淀所需pb2+濃度pb2+2為： pb2+2=1.8410-11（mol.l-1） 顯然，出現(xiàn)黑色pbs沉淀所需pb2+濃度pb2+1為3.5410-25，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于出現(xiàn)黃色pbcro4沉淀所需pb2+濃度1.8410-11，所以先出現(xiàn)pbs沉淀。設(shè)出現(xiàn)黃色pbcro4沉淀前，最多加入pb（no3）2的滴數(shù)為x滴，s2-表示出現(xiàn)黃色pbcro4沉淀前s2-的濃度，pb2+表示出現(xiàn)黃色pbcro4沉淀前pb2+的濃度，因?yàn)閜b2+1=3.5410-25，與s2-0相比，這是一個(gè)及其小的正數(shù)，將其忽略。 則：s2-=s2-

4、0-pb2+1s2-0-pb2+0 pb2+= k=pb2+cro42- 由式得 k=cro42- 1.7710-14= 解得x=1-5.210-15 5.210-15為一個(gè)不為零的正數(shù)，即x1，也就是說(shuō)，加入不到1滴0.1 mol.l-1 pb（no3）2 溶液，s2-就會(huì)沉淀完全，繼續(xù)加入pb（no3）2溶液，就會(huì)產(chǎn)生pbcro4黃色沉淀，而我們實(shí)驗(yàn)時(shí)每次加入溶液至少要加入一滴，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，沉淀的出現(xiàn)不能分步，不能先出現(xiàn)一種沉淀，再出現(xiàn)另一種沉淀。加入第一滴0.1 mol.l-1 pb（no3）2溶液時(shí)，就出現(xiàn)兩種沉淀，只是黑色pbs沉淀多，黃色pbcro4沉淀少，所以試管底部沉淀的顏

5、色為棕色，繼續(xù)滴加pb（no3）2溶液，黃色pbcro4沉淀逐漸增多，沉淀逐步過(guò)渡為黃色。因此，用實(shí)驗(yàn)1來(lái)驗(yàn)證分步實(shí)驗(yàn)是不理想的。 我們?cè)賮?lái)討論另一個(gè)實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)2 沉淀的先后：在一支試管中加入0.1 moll-1 nacl和0.1 moll-1 k2cro4溶液各滴，然后在振蕩的情況下逐滴加0.1 moll-1 agno3溶液5滴（小心不要滴在試管壁上）。記錄沉淀的顏色變化。設(shè)此體系為體系b。 ksp=pb2+s2- ksp=pb2+cro42- 對(duì)上述體系b，出現(xiàn)白色agcl沉淀所需ag+的濃度ag+1 ag+1=4.4310-9（mol.l-1） 出現(xiàn)紅色pbcro4沉淀所需ag+的濃度

6、ag+2 ag+2=5.2910-6 由此可見(jiàn)，出現(xiàn)白色agcl沉淀所需ag+的濃度4.4310-9mol.l-1遠(yuǎn)小于出現(xiàn)紅色pbcro4沉淀所需ag+的濃度5.2910-6，所以先出現(xiàn)白色agcl沉淀。 設(shè)出現(xiàn)紅色pbcro4沉淀前，最多加入agno3的滴數(shù)為y滴，ag+1與cl-0相比是一個(gè)極其小的正數(shù)，在cl-0與ag+1相減時(shí)，將ag+1忽略。 這時(shí)的cl-濃度cl-=cl-0-cl-1=cl-0-ag+1cl-0-（ag+0 cl-1表示產(chǎn)生氯化銀沉淀所消耗的氯離子的濃度，則體系中 ag+= k=ag.cro 由式，得 k（agcro）=.cro 1.1210=. 解得，=5.59

7、10 y=1.998 y2 于是得到結(jié)論，當(dāng)加入2滴硝酸銀溶液，混合液中的氯離子基本沉淀完畢，再加硝酸銀溶液時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)紅色的鉻酸銀沉淀。因此，以實(shí)驗(yàn)2做分步沉淀反應(yīng)時(shí)效果較為理想。 分步沉淀本質(zhì)上是多種離子對(duì)同一種沉淀劑離子的爭(zhēng)奪競(jìng)爭(zhēng)。運(yùn)用溶度積規(guī)則，可以計(jì)算出在指定條件下，哪種離子會(huì)最先沉淀，哪些會(huì)隨后沉淀；還能計(jì)算出某種離子應(yīng)在什么濃度開(kāi)始沉淀，什么條件下可沉淀完全；以及當(dāng)某種離子開(kāi)始析出沉淀時(shí)，先前沉淀的一種離子在溶液中殘存的濃度等等。若第二種離子剛開(kāi)始沉淀時(shí)，第一種離子濃度已經(jīng)降至10-5moll-1以下，則可選用這種沉淀劑，用分步沉淀法將兩種離子完全分離。做沉淀反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)際操作中不可能特別精確地控制試劑的量，一般用滴瓶，以滴來(lái)控制加入，滴管的滴頭也有