醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)課件-第四章 難溶強(qiáng)電解質(zhì)的多相離子平衡

1、第四章第四章 難溶強(qiáng)電解質(zhì)的多相離子平衡難溶強(qiáng)電解質(zhì)的多相離子平衡第一節(jié)第一節(jié) 多相離子平衡與溶度積多相離子平衡與溶度積第二節(jié)第二節(jié) 溶度積常數(shù)與溶解度的關(guān)系溶度積常數(shù)與溶解度的關(guān)系第三節(jié)第三節(jié) 多相離子平衡的移動多相離子平衡的移動第四節(jié)第四節(jié) 溶度積規(guī)則及其應(yīng)用溶度積規(guī)則及其應(yīng)用第五節(jié)第五節(jié) 多相離子平衡在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用多相離子平衡在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用本本 章章 教教 學(xué)學(xué) 要要 求求 掌握多相離子平衡與溶度積的概念溶度掌握多相離子平衡與溶度積的概念溶度積與溶解度的關(guān)系和溶度積規(guī)則積與溶解度的關(guān)系和溶度積規(guī)則 熟悉多相離子平衡的移動、沉淀的生成、熟悉多相離子平衡的移動、沉淀的生成、分步沉淀、沉淀轉(zhuǎn)化

2、分步沉淀、沉淀轉(zhuǎn)化 了解同離子效應(yīng)與鹽效應(yīng)、沉淀的溶解了解同離子效應(yīng)與鹽效應(yīng)、沉淀的溶解和多相離子平衡在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用和多相離子平衡在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 在在25時溶解度時溶解度 S 小于小于0.01g /100g (H2O) 的的物質(zhì)稱為難溶物或微溶物物質(zhì)稱為難溶物或微溶物 本章介紹本章介紹難溶強(qiáng)電解質(zhì)難溶強(qiáng)電解質(zhì)在水溶液中的沉淀在水溶液中的沉淀溶解平衡情況。溶解平衡情況。第一節(jié)第一節(jié) 多相離子平衡與溶度積多相離子平衡與溶度積CaCO3(s)Ca2+ (aq) + CO32- (aq)多相離子平衡：多相離子平衡：固體難溶強(qiáng)電解質(zhì)與溶液中離子間的平衡固體難溶強(qiáng)電解質(zhì)與溶液中離子間的平衡平衡時平衡時Ks

3、pCa2+CO32-Ksp : 溶度積常數(shù)，簡稱溶度積溶度積常數(shù)，簡稱溶度積 反映了難溶強(qiáng)電解質(zhì)在水中的溶解能力反映了難溶強(qiáng)電解質(zhì)在水中的溶解能力平衡時特點：平衡時特點：多相多相平衡平衡；飽和飽和溶液溶液。溶解溶解沉淀沉淀不同結(jié)構(gòu)類型強(qiáng)電解質(zhì)的溶度積的表達(dá)式不同結(jié)構(gòu)類型強(qiáng)電解質(zhì)的溶度積的表達(dá)式KspAnaBmbAgClKspAg ClKspMg2 OH2Mg(OH)2Ag2CrO4KspAg2 CrO42AaBb(s)aAn+ (aq) + bBm- (aq)討論：討論：bmanKBAsp AaBb(s)aAn+ (aq) + bBm- (aq) Ksp表達(dá)式表明表達(dá)式表明：對于難溶電解質(zhì)在一

4、定溫度下達(dá)沉：對于難溶電解質(zhì)在一定溫度下達(dá)沉淀溶解平衡時，淀溶解平衡時，溶液飽和溶液飽和，此時各離子濃度，此時各離子濃度(活度活度)冪的冪的乘積為一常數(shù)，即溶度積常數(shù)。乘積為一常數(shù)，即溶度積常數(shù)。Ksp大小與物質(zhì)的本性及溫度有關(guān)。大小與物質(zhì)的本性及溫度有關(guān)。溫度一定時溫度一定時，K Kspsp的大小與溶液濃度無關(guān)。的大小與溶液濃度無關(guān)。第二節(jié)第二節(jié) 溶度積常數(shù)與溶解度的關(guān)系溶度積常數(shù)與溶解度的關(guān)系沉淀溶解平衡時難溶強(qiáng)電解質(zhì)沉淀溶解平衡時難溶強(qiáng)電解質(zhì)AaBb(s)的溶解度為的溶解度為 S molL1AaBb(s)aAn+ (aq) + bBm- (aq)平衡時平衡時SaSbSbababaKS s

5、p單位：單位：molL1AB:Ksp = S2A2B/AB2:Ksp = 4S3A3B/AB3:Ksp = 27S4-15-1-1-3Lmol101.33 molg143.4Lg101.91 S例題：例題： AgCl在在298K時的溶解度為時的溶解度為1.9110-3gL-1，求該，求該溫度下溫度下AgCl的的Ksp。解：解：AgCl的摩爾質(zhì)量的摩爾質(zhì)量M(AgCl) =143.4 gmol-1，AgCl的溶解度為的溶解度為 ：AgCl(s)Ag+ Cl-平衡時：平衡時： S SKsp(AgCl)Ag+Cl-(1.3310-5)2 1.7710-10 例題：例題：Ag2CrO4(s)CrO42

6、-+2Ag+ Ag2CrO4在在298K時的溶解度為時的溶解度為6.5410-5 molL-1 ，計算其溶度積計算其溶度積Ksp。解：解：S= 6.5410-5 molL-1平衡時：平衡時： 2S SKsp (Ag2CrO4)Ag+2CrO42- (2S )2 S 4S 3 = 4(6.54 10-5 )3= 1.1210-12例題：例題： Mg(OH)2在在298K時的時的Ksp為為5.61 10-12 ，求該溫度，求該溫度時時Mg(OH)2的溶解度。的溶解度。解：設(shè)解：設(shè)Mg(OH)2的在的在298K的溶解度為的溶解度為S molL-1 。Mg(OH)2(s)Mg2+2OH-平衡時平衡時

7、S 2SKsp(Mg(OH)2)=Mg2+OH-2= S(2S)2 = 4 S 3143123spLmol1012. 141061. 54 KSAgCl Ag2CrO4 Mg(OH)2 Ksp 1.7710-10 1.1210-12 5.6110-12 S/molL-1 1.3310- 5 6.5410- 5 1.1210- 4 結(jié)論：結(jié)論： 1. 難溶電解質(zhì)的溶解度和溶度積可以通過公式相難溶電解質(zhì)的溶解度和溶度積可以通過公式相互換算；互換算； 2. 對于相同類型的難溶電解質(zhì)，溶解度越大，溶對于相同類型的難溶電解質(zhì)，溶解度越大，溶度積越大；度積越大； 3. 對于不同類型的難溶電解質(zhì)，必須經(jīng)過計

8、算來對于不同類型的難溶電解質(zhì)，必須經(jīng)過計算來比較。比較。 AgCl (s)、 AgBr (s) 、 AgI (s) 、 Ag2CrO4(s)Ksp 10 10 10 13 10 17 10 12 S (AgCl) S (AgBr ) S (AgI ) S (AgCl) S (Ag2CrO4) 溶度積與溶解度換算的條件：溶度積與溶解度換算的條件：2. 難溶電解質(zhì)必須完全解離。難溶電解質(zhì)必須完全解離。 1. 適用于溶解后解離出的正、負(fù)離子在水溶液中不適用于溶解后解離出的正、負(fù)離子在水溶液中不發(fā)生水解等副反應(yīng)或程度較小的物質(zhì)。發(fā)生水解等副反應(yīng)或程度較小的物質(zhì)。3. 適用于離子強(qiáng)度較小，可以用濃度代替

9、活度的情況適用于離子強(qiáng)度較小，可以用濃度代替活度的情況在溶液中分步電離的難溶電解質(zhì)不適用在溶液中分步電離的難溶電解質(zhì)不適用難溶弱電解質(zhì)不適用難溶弱電解質(zhì)不適用 難溶的硫化物、碳酸鹽、難溶的硫化物、碳酸鹽、磷酸鹽等不適用。磷酸鹽等不適用。Fe(OH)3Hg2Cl2、Hg2I2第三節(jié)第三節(jié) 多相離子平衡的移動多相離子平衡的移動（一）同離子效應(yīng)（一）同離子效應(yīng)同離子效應(yīng)使難溶強(qiáng)電解質(zhì)的溶解度降低同離子效應(yīng)使難溶強(qiáng)電解質(zhì)的溶解度降低討論：討論： 利用同離子效應(yīng)，可使沉淀更加完全利用同離子效應(yīng)，可使沉淀更加完全 在有同離子效應(yīng)時，在有同離子效應(yīng)時，Ksp與與S的關(guān)系與在純水中不同的關(guān)系與在純水中不同 例

10、例 題題 分別計算分別計算PbCl2 (1) 在純水中的溶解度；在純水中的溶解度；(2) 在在0.10 molL-1 Pb(NO3)2溶液中的溶解度；溶液中的溶解度；(3) 在在0.10 molL-1 NaCl溶液中的溶解度溶液中的溶解度 (已知已知Ksp (PbCl2)1.1710-5)。 （1）S（PbCl2）1.4310-2 molL-1 （2）S（PbCl2）5.4110-3molL-1 （3）S（PbCl2）1.1710-3molL-1 例題：計算在例題：計算在298K時，時，AgCl在在0.010molL-1NaCl溶液溶液中的溶解度，并與其在純水中的溶解度比較。中的溶解度，并與其

11、在純水中的溶解度比較。 已知已知AgCl的的Ksp=1.7710-10。解：在解：在NaCl溶液中的溶解度為溶液中的溶解度為S。AgCl(s)Ag+ Cl-平衡時：平衡時： S S+0.010由于存在同離子效應(yīng)，由于存在同離子效應(yīng)， S 0.010Ksp(AgCl)=Ag+ Cl-= S (S+0.010)Ksp(AgCl) = S0.010S= Ksp(AgCl) /0.010=1.7710-8molL-1純水中的溶解度純水中的溶解度 S 為為1.3310-5molL-1。 例題：在例題：在20mL 0.0020molL-1的的Na2SO4溶液中加溶液中加入入20mL 0.020molL-1

12、 BaCl2溶液，判斷溶液，判斷SO42-離子是離子是否沉淀完全？否沉淀完全？ 已知已知Ksp(BaSO4) =1.0710-10。 解解: 混合后混合后, c(SO42-)=0.0010molL-1, c(Ba2+)=0.010molL-1有有BaSO4沉淀生成。沉淀生成。BaSO4(s)Ba2+SO42-平衡時：平衡時： 0.0090 + x xKsp=x(0.0090+x)x0.0090=1.07 10-10 x =1.210-8molL-1 20KW, c/Kb=0.050/(1.7910-5) 500由由NH3解離的解離的OH-=145Lmol1046. 9050. 01079. 1

13、 cKbQ (Mg(OH)2) = c(Mg2+) c2(OH-) = 0.050(9.4610-4)2 = 4.4710-8Mg(OH)2(s)Mg2+2OH-Q Ksp，有沉淀生成。，有沉淀生成。（2）要使）要使Mg2+不析出，則：不析出，則：QcKsp15122Lmol1006. 1050. 01061. 5)Mg(OH cKspNH3+H2ONH4+OH-+平衡時平衡時 0.050-OH- x + OH- OH- 0.050 x OH- 12553434Lmol1044. 81006. 1050. 01079. 1OHNHNHNHOHNH bbKKm(NH4Cl) = 8.4410-2

14、2010-353.5 = 0.09 g三、沉淀的溶解三、沉淀的溶解條件：條件： QKsp（一）生成弱電解質(zhì)（一）生成弱電解質(zhì)Mg(OH)2(s)Mg2+ + 2OH-2HCl2H+ + 2Cl-+2H2O平平衡衡移移動動方方向向生成弱酸、弱堿、生成弱酸、弱堿、H2O及難電離的可溶鹽等及難電離的可溶鹽等思思 考：考：v Mg(OH)2為何可溶于為何可溶于NH4Cl溶液中？溶液中？v 如何理解如何理解CaCO3溶于溶于HCl溶液中？溶液中？v 為什么為什么ZnS沉淀可以溶于沉淀可以溶于HCl溶液中？溶液中？例題：例題： 計算使計算使0.10mol的的MnS、ZnS、CuS溶于溶于1L鹽酸中，鹽酸中

15、，所需鹽酸的最低濃度。所需鹽酸的最低濃度。 解解: (1) MnS：Ksp=4.5610-14, H2S：Ka1=5.010-8，Ka2=1.2010-15。溶解后，溶解后，Mn2+=0.10molL-1，H2S=0.10molL-1113142sp2Lmol1056. 410. 01056. 4MnS KH2SH2OH2OH3O+H3O+HS-HS-+S2-1613158132a2a1113232a2a12Lmol1066. 31056. 410. 01020. 11010. 51056. 4SHHLmol1056. 4OHSHS KKKK(2)ZnS：H+0.145 molL-1(3)Cu

16、S：H+6.94105molL-1濃鹽酸也不能使?jié)恹}酸也不能使CuS溶解。溶解。（二）生成難解離的配離子（二）生成難解離的配離子AgCl(s)Ag+ + Cl-+平平衡衡移移動動方方向向Ag(NH3)2+2NH3（和沉淀的溶解度、配離子的穩(wěn)定性有關(guān)）（和沉淀的溶解度、配離子的穩(wěn)定性有關(guān)）（三）利用氧化還原反應(yīng)使沉淀溶解（三）利用氧化還原反應(yīng)使沉淀溶解硫化物硫化物名稱名稱Ksp酸中溶解情況酸中溶解情況MnS4.6510-14溶于溶于HAc及及HCl等等FeS1.310-18溶于溶于HCl、H2SO4、HNO3等強(qiáng)酸等強(qiáng)酸ZnS2.9310-23溶于溶于HCl、H2SO4、HNO3等強(qiáng)酸等強(qiáng)酸Cu

17、S1.2710-36溶于溶于HNO3HgS6.4410-53不溶于酸，溶于王水不溶于酸，溶于王水CuS(s)Cu2+ + S2-HNO3S+ NO總反應(yīng)式為總反應(yīng)式為 3CuS 8HNO3 3Cu(NO3)2 3S 2NO 4H2O3HgS(s) + 2HNO3 + 12HCl = 3H2HgCl4 + 3S + 2NO + 4H2OHgS的的Ksp更小，必須用王水才能使之溶解。更小，必須用王水才能使之溶解。四、分步沉淀四、分步沉淀 當(dāng)溶液中含有數(shù)種可產(chǎn)生沉淀的離子，加當(dāng)溶液中含有數(shù)種可產(chǎn)生沉淀的離子，加入某沉淀劑和溶液中的幾種離子都能產(chǎn)生沉淀入某沉淀劑和溶液中的幾種離子都能產(chǎn)生沉淀時，溶液中

18、的離子將按一定的順序沉淀下來，時，溶液中的離子將按一定的順序沉淀下來，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為分步沉淀分步沉淀或或分級沉淀分級沉淀。實際應(yīng)用于共存離子的分離實際應(yīng)用于共存離子的分離例題：例題： 在含有在含有0.010molL-1I和同濃度的和同濃度的Cl的溶液中，滴的溶液中，滴加加AgNO3溶液（忽略引起的體積變化），問何者先沉溶液（忽略引起的體積變化），問何者先沉淀？當(dāng)?shù)?？?dāng)AgCl開始沉淀時，溶液中的開始沉淀時，溶液中的I濃度是多少？濃度是多少？Ksp,AgCl=1.7710-10, Ksp,AgI=8.5110-17。解：解：115AgIsp,AgILmol1051. 8)I ()Ag(

19、 cKc18AgClsp,AgClLmol1077. 1)Cl()Ag( cKcAgI先沉淀先沉淀19817AgIsp,Lmol1081. 41077. 11051. 8)Ag()I ( cKc例題：例題： 在在0.0100 molL-1 K2CrO4和和0.100 molL-1 KCl的混合的混合溶液中，滴加溶液中，滴加AgNO3溶液，溶液，CrO42-和和Cl-哪個離子先哪個離子先沉淀？能否用分步沉淀的方法將兩者分離？沉淀？能否用分步沉淀的方法將兩者分離？解：解：Ag+2CrO42-Ksp(Ag2CrO4)=1.1110-121512Lmol1005. 10100. 01011. 1Ag

20、Ag+Cl-Ksp(AgCl)=1.7710-10Ag+1.7710-10/ Cl-=1.7710-9molL-1Cl-離子先沉淀。離子先沉淀。當(dāng)當(dāng)Ag+=1.0510-5molL-1時，時，Cl- = Ksp(AgCl)/Ag+Cl- = 1.7710-10/1.0510-5 = 1.6810-5molL-1例題：例題： 某溶液中含有某溶液中含有0.10 molL-1 Cd2+和和 0.10 molL-1Zn2+。為使為使Cd2+形成形成CdS沉淀而與沉淀而與Zn2+分離，應(yīng)控制溶液中的分離，應(yīng)控制溶液中的S2-濃度在什么范圍？濃度在什么范圍？Ksp,CdS=3.610-29,Ksp,ZnS

21、=1.210-23解：解：要使要使Cd2+離子沉淀，離子沉淀，S2最小濃度為：最小濃度為：S2-=Ksp,CdS/Cd2+= 3.610-29/0.10=3.610-28不使不使Zn2+離子析出，離子析出，S2離子最高濃度為：離子最高濃度為：S2-=Ksp,ZnS/Zn2+=1.2 10-23/0.10=1.210-22當(dāng)當(dāng)S2濃度處于濃度處于3.610-28與與1.210-22之間時，可以之間時，可以使使Cd2+析出而析出而Zn2+留在溶液中。留在溶液中。S2-=1.210-22, Cd2+=Ksp,CdS/S2-=3.010-7Cd2+能沉淀完全。能沉淀完全。S2-= Ksp,CdS/10

22、-5=3.610-24例題：例題： 如果溶液中如果溶液中 Fe3+ 和和 Mg2+ 的濃度均為的濃度均為0.10 mol L-1, 使使 Fe3+ 定量沉淀而使定量沉淀而使 Mg2+ 不沉淀的條件是什么不沉淀的條件是什么? Fe(OH)3 (s)Fe3+ + 3OH-解：解：Ksp = Fe3+OH-3 = 2.79 10-39Fe3+ 沉淀完全時的沉淀完全時的OH-為為:39sp12133352.79 10OH 6.53 10mol LFe1 10K pOH = 11.18 , pH = 2.82Mg2+開始沉淀的開始沉淀的pH值為值為:12sp2615.61 10OH Mg0.107.49

23、 10 mol LK pOH = 5.13, pH =8.87 因此因此, 只要控制只要控制pH值在值在 2.81 8.87 之間即可使之間即可使 Fe3+ 定量沉淀而使定量沉淀而使 Mg2+ 不沉淀。不沉淀。五、沉淀的轉(zhuǎn)化五、沉淀的轉(zhuǎn)化 在含有某一沉淀的溶液中，加入適當(dāng)?shù)脑噭?，使在含有某一沉淀的溶液中，加入適當(dāng)?shù)脑噭?，使之轉(zhuǎn)化為另一種沉淀的過程，稱為之轉(zhuǎn)化為另一種沉淀的過程，稱為沉淀的轉(zhuǎn)化沉淀的轉(zhuǎn)化。例題：例題： 鍋爐中的鍋垢含有鍋爐中的鍋垢含有CaSO4，可用，可用Na2CO3處理，使轉(zhuǎn)處理，使轉(zhuǎn)化為易溶于酸的化為易溶于酸的CaCO3沉淀，這樣可以將鍋垢除去。沉淀，這樣可以將鍋垢除去。Ca

24、SO4(s) + CO32- = CaCO3(s) + SO42-4953sp4sp2322422324104 . 11096. 41010. 7)(CaCO)(CaSOCOCaSOCaCOSO KKK 對于同種類型的沉淀的轉(zhuǎn)化，由對于同種類型的沉淀的轉(zhuǎn)化，由Ksp較大的轉(zhuǎn)化較大的轉(zhuǎn)化為為Ksp較小的。較小的。例題：例題： 在磚紅色的在磚紅色的Ag2CrO4沉淀中加入沉淀中加入KCl溶液，磚紅色溶液，磚紅色沉淀轉(zhuǎn)化為白色沉淀沉淀轉(zhuǎn)化為白色沉淀AgCl。Ag2(CrO4)(s) + 2Cl- = 2AgCl(s) + CrO42-7210122sp42sp222242241058. 3)1077. 1(1012. 1)AgCl()CrOAg(AgClAgCrOClCrO KKK平衡常數(shù)越大，轉(zhuǎn)化越易進(jìn)行。平衡常數(shù)越大，轉(zhuǎn)化越易進(jìn)行。 不同類型沉淀的轉(zhuǎn)化，是由溶解度大的轉(zhuǎn)化不