分步沉淀的概念和计算
在实际工作中,常常会遇到系统中同时含几种离子,当加入某种沉淀剂时,几种离子均可能发生沉淀反应,生成难溶电解质。例如,向含有相同浓度的Cl-和CrO42-的溶液中,滴加AgNO3溶液,首先会生成白色的AgCl沉淀,然后生成砖红色的Ag2CrO4沉淀。这种先后沉淀的现象,叫分步沉淀。对于混合溶液中几种离子与同一种沉淀剂反应生成沉淀的先后次序,可用溶度积规则来进行判断。
比如,设某混合液中,c(Cl-) = c(CrO42-) = 0.010 mol/L, 逐滴加入AgNO3后,析出沉淀所需要的Ag+最低浓度是_____
AgCl: c(Ag+) = = = 1.8×10^-8 mol/L
Ag2CrO4:c(Ag+) = = 3.10×10^-5 mol/L
由于析出AgCl沉淀所需的c(Ag+)比析出Ag2CrO4沉淀所需要的小得多,所以AgCl会先沉淀。
随着AgCl沉淀不断地生成,c(Cl-)会不断减少,若要继续生成沉淀,就必须继续加入Ag+,当c(Ag+)增加到能使CrO42-开始析出Ag2CrO4沉淀时c(Ag+) = = 3.10×10^-5 mol/L 此时由于两者处于同一溶液
用c(Ag+) c (Cl-) = (AgCl) = 1.8×10^-10 mol/L 可算出
c(Cl-)= 6.72×10^-7mol/L
计算表明,当Ag2CrO4开始析出沉淀,c(Cl-)<<10-5 mol/L,Cl-早已沉淀完全。因此,根据溶度积原理,适当地控制条件就可以达到分离的目的。
对于同类型的沉淀来说,Ksp小的先沉淀,溶度积差别越大,后沉淀离子的浓度越小,分离效果就越好。
分步沉淀的次序
(1) 与 Ksp 及沉淀类型有关
沉淀类型相同,被沉淀离子浓度相同, Ksp 小者先沉淀, Ksp 大者后沉淀;
沉淀类型不同,要通过计算确定。
(2) 与被沉淀离子浓度有关
有关金属硫化物沉淀的计算
--对于酸溶解反应来说,例如,MnS和CuS在酸中的溶解,实际上是一个包含了沉淀溶解平衡和酸碱平衡的多重平衡。
例题:在0.10 mol·L-1 ZnCl2 溶液中用H2S饱和(0.10 mol·L-1)。试计算为防止ZnS沉淀所需的 c(H+)。
∵ (1) = (2) + (3) ∴ K1Ө = c2(H+) / c(Zn2+) c(H2S) = K2 ´ K3
c2(H+) /(0.1 ´0.1) = 91.3 c(H+) = Ö 91.3 ´ 0.01 = 0.96 mol·L-1
即 c(H+)大于0.96 mol·L-1 即可防止ZnS沉淀产生。