现代分离技术2.ppt

第二章沉淀分离法separation precipitation 沉淀分离法：是在试料溶液中加入沉淀剂，使某一成分以一定组成的固相析出，经过滤而与液相分离的方法。 沉淀法是经典的化学分离法，适用于常量组分的分离。 优点：不需要特殊的仪器，操作简单，易于掌握。 缺点：沉淀易于被溶液中共存的杂质所沾污以及沉淀都有一定的溶解度而使分离不完全。 第一节 沉淀分离法 一些离子的硫酸盐、碳酸盐、草酸盐和卤化物都具有较小的溶解度，可以据此进行沉淀分离，但用的比较多的就是氢氧化物分离和硫化物沉淀进行分离 1金属氢氧化物的沉淀分离 1.1氢氧化物沉淀与溶液pH值的关系 1）溶度积： 在含有金属离子Mm+的溶液中，加入含有沉淀剂Xn?的另一溶液时，生成难溶性沉淀MnXm，这时溶液中存在如下的平衡： 它的大小主要取决于沉淀的结构、温度等因素。 在特定温度下，由已知的Ksp可以计算出某化合物的溶解度。 根据溶度积规则，又可判断沉淀的生成与溶解。 为了能够进行有效分离．Ksp应为10—6或更小。 如有几种离子均可沉淀时，则它们的Ksp值要有足够的差异，才能使其中溶解度最小的物质在特定条件下沉淀出来，而其他的离子留在溶液之中。 2）实际上，由Ksp计算得到的pH值，只是近似值 ①、计算pH值时，是假定金属离子只以一种阳离子形式存在于溶液中，实际上溶液中金属离子可能OH?形成各种羟基配离子。 ②、沉淀的溶解度与析出沉淀形态、颗粒大小及沉化时间等条件有关，所以实际获得的沉淀的溶度积与文献记载的数值往往有一点差值。 ③、一般文献记载的Ksp值是指稀溶液中不存在其他离子时，难溶化合物的溶度积，实际上由于溶液中其他离子的存在，影响离子的活度系数和活度，使离子的活度积和溶度积有一定的差距。 1.2常用的控制溶液的pH值的方法 1.2.1氢氧化钠法 1.2.2氨水法 1.2.3有机碱法 1.2.4悬浊液法 用有机碱可使刚开始沉淀的pH值可以相应低一点 有机碱往往还具有配位剂及表面活性剂的作用，因此有机碱沉淀剂能明显改善分离效果， 常用的有机碱有吡啶、苯胺、六次甲基四胺等 . 2.金属硫化物的沉淀分离 2.1与溶液的酸度有关 H2S =2H+ +S2? K1=Ka1Ka2 (1) M2+ + S2?=MS K2=1/Ksp (2) (1)+(2) M2+ + H2S = 2H+ + MS K= Ka1Ka2/Ksp [H2S]=0.1mol?L?1 如果MS不沉淀，则需要[M2+][S2?]Ksp，而M2+为可溶盐，生成的沉淀的量又很少，即Ksp很小。所以 [M2+]≈C（题目所给的浓度）。 则溶液中 就没有沉淀生成。 (1) 而S2?来源于H2S=2H++S2?. 例题： 溶液中含有Zn2+离子和Cd2+离子各0.010mol·L-1， 向溶液中通H2S达到饱和，当保持溶液的[H+]离子浓度在多少之间时，才可以使CdS沉淀完全，而不生成ZnS沉淀？ Ksp(ZnS)=2.5×10-22 ，Ksp(CdS)=8.0×10-27， H2S的Ka1=9.1×10-8，Ka2=1.1×10-12 3均相沉淀（precipitation from homogeneous solution ） 3.1沉淀基本原理 临界过饱和度：对于任何一种沉淀来说，只有当相对过饱和度超过一定数值时，晶核才能开始形成，这个相对过饱和度，称为~。 均相沉淀法原理： 在沉淀作用开始的时候，整个溶液中沉淀物质的相对过饱和度均匀的保持在刚能超过临界过饱和度，使晶核可以形成，聚集速度较小，形成的晶核也较少，这样就能获得颗粒粗大，而且形状完整的晶形沉淀。 均相沉淀法，就是根据这个原理。 均相沉淀法得到的晶形沉淀颗粒较粗，表面积较小，共沉淀的杂质较少，沉淀较纯。 利用均相沉淀法甚至可以得到具有晶形性质的Fe(OH)3、Al(OH)3。 Willard和唐宁康曾在几天时间内慢慢把0.002mol/L氨溶液加入含有100mg Al3+溶液中，从而获得特别致密的Al(OH)3沉淀。 他们又提出在溶液中水解尿素产生OH?以沉淀Al3+的办法，也得到了相同的结果。 3.2例子 1）改变溶液的pH值 利用某种试剂的水解反应，使溶液的pH值逐渐改变，当溶液的pH值达到某一数值的时候，沉淀就逐渐形成。 一般多用尿素的水解反应，来达到逐渐改变pH值的目的。 (NH2)2CO + H2O= 2NH3 +CO2 2）在溶液中直接产生出沉淀剂 用硫代乙酰水解产生的H2S或S2-来沉淀硫化物的方法就是这