分步沉淀反应实验的设计及理论计算.doc

分步沉淀反应实验的设计及理论计算 　　摘要：在无机化学定性实验中，有时分步沉淀不能实现，效果不理想。本文以两个体系的沉淀反应为例，从理论上计算了分步沉淀实验的可行性与可操作性。 　　关键词：分步沉淀；实验 　　中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）29-0215-02 　　若溶液中存在两种以上离子，选用某种沉淀剂可使这些离子先后沉淀析出，这就称为分步沉淀。然而在实际的实验中，有时分步沉淀不能实现，效果不明显。 　　本文以两个体系的沉淀反应为例，从理论上计算了分步沉淀实验能否实现，对设计实验时会有所帮助。实验1在试管中加入0.1mol.l-1Na2S水溶液1滴和0.1mol.l-1K2CrO4水溶液2滴。用去离子水稀释至5ml并混合均匀。首先加入1滴0.1mol.l-1的Pb（NO3）2溶液，离心分离，观察试管底部沉淀的颜色，然后再向清液中继续滴加Pb（NO3）2溶液，观察此时生成沉淀的颜色。指出两种沉淀各是什么物质。 　　设实验1为体系A。按上述实验操作，加入1滴0.1mol.l-1Pb（NO3）2溶液后，得到棕色沉淀，是黑色沉淀和黄色沉淀的混合物。没有实现分步沉淀，这是什么原因？让我们对此实验做一理论计算及分析。 　　（1ml溶液按20滴计算） 　　K=[Pb2+]×[S2-] 　　K=[Pb2+]×[CrO42-] 　　对上述体系A，根据溶度积规则，出现黑色PbS沉淀所需Pb2+浓度[Pb2+]1为： 　　[Pb2+]1===3.54×10-25（mol.l-1） 　　出现黄色PbCrO4沉淀所需Pb2+浓度[Pb2+]2为： 　　[Pb2+]2===1.84×10-11（mol.l-1） 　　显然，出现黑色PbS沉淀所需Pb2+浓度[Pb2+]1为3.54×10-25，远远小于出现黄色PbCrO4沉淀所需Pb2+浓度1.84×10-11，所以先出现PbS沉淀。设出现黄色PbCrO4沉淀前，最多加入Pb（NO3）2的滴数为X滴，[S2-]表示出现黄色PbCrO4沉淀前S2-的浓度，[Pb2+]表示出现黄色PbCrO4沉淀前Pb2+的浓度，因为[Pb2+]1=3.54×10-25，与[S2-]0相比，这是一个及其小的正数，将其忽略。 　　则：[S2-]=[S2-]0-[Pb2+]1≈[S2-]0-[Pb2+]0 ① 　　[Pb2+]= ② 　　K=〔Pb2+〕〔CrO42-〕 ③ 　　由①②③式得 　　K=×〔CrO42-〕 　　1.77×10-14=× 　　解得X=1-5.2×10-15 　　5.2×10-15为一个不为零的正数，即X?1，也就是说，加入不到1滴0.1 mol.l-1 Pb（NO3）2 溶液，S2-就会沉淀完全，继续加入Pb（NO3）2溶液，就会产生PbCrO4黄色沉淀，而我们实验时每次加入溶液至少要加入一滴，所以这个实验中，沉淀的出现不能分步，不能先出现一种沉淀，再出现另一种沉淀。加入第一滴0.1 mol.l-1 Pb（NO3）2溶液时，就出现两种沉淀，只是黑色PbS沉淀多，黄色PbCrO4沉淀少，所以试管底部沉淀的颜色为棕色，继续滴加Pb（NO3）2溶液，黄色PbCrO4沉淀逐渐增多，沉淀逐步过渡为黄色。因此，用实验1来验证分步实验是不理想的。 　　我们再来讨论另一个实验。 　　实验2 沉淀的先后：在一支试管中加入0.1 mol?L-1 NaCl和0.1 mol?L-1 K2CrO4溶液各滴，然后在振荡的情况下逐滴加0.1 mol?L-1 AgNO3溶液5滴（小心不要滴在试管壁上）。记录沉淀的颜色变化。设此体系为体系B。 　　Ksp=〔Pb2+〕×〔S2-〕 　　Ksp=〔Pb2+〕×〔CrO42-〕 　　对上述体系B，出现白色AgCl沉淀所需Ag+的浓度〔Ag+〕1 　　〔Ag+〕1===4.43×10-9（mol.l-1） 　　出现红色PbCrO4沉淀所需Ag+的浓度〔Ag+〕2 　　〔Ag+〕2===5.29×10-6 　　由此可见，出现白色AgCl沉淀所需Ag+的浓度4.43×10-9mol.l-1远小于出现红色PbCrO4沉淀所需Ag+的浓度5.29×10-6，所以先出现白色AgCl沉淀。 　　设出现红色PbCrO4沉淀前，最多加入AgNO3的滴数为Y滴，〔Ag+〕1与〔Cl-〕0相比是一个极其小的正数，在〔Cl-〕0与〔Ag+〕1相减时，将〔Ag+〕1忽略。 　　这时的Cl-浓度〔Cl-〕=〔Cl-〕0-〔Cl-〕1=〔Cl-〕0-〔Ag+〕1≈〔Cl-〕0-（〔Ag+〕0 ④ 　　〔Cl-〕1表示产生氯化银沉淀所消耗的氯离子的浓度，则体系中 　　〔Ag+〕= ⑤ 　　K=[Ag