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第三章 沉淀与结晶


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溶液成分:共同离子效应(溶液中除盐MmNn外还有含其 他共同离子的盐Mm’Nn,该盐的存在会使MmNn的溶解 度降低,称为共同离子效应),溶解度降低。
盐效应:溶液中有不带共同离子的强电解质存在时,溶解 度升高。
酸(碱)度效应:溶液中的酸碱度将影响其离子的形态和 浓度,相应影响其溶解度。 1.2.2过饱和溶液及结晶(沉淀)的生成 (1)过饱和溶液:当溶液中没有结晶核心存在时,溶质 的实际浓度往往超过其溶解度时仍不发生结晶,该溶液称 为过饱和溶液。
微小颗粒的溶解度大于大颗粒的溶解度,溶液中没有 结晶核心存在造成的。 (2)晶核的形成
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图1从液相中析出固相时液相中溶质的浓度变化
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如图1所示,在阶段I时溶质的浓度尚未达到成核所需 要的最低过饱和浓度Cmin,因此无晶核生成,当溶质的 浓度达到Cmin时进入II阶段,即成核阶段,在这种状态 下,溶质浓度C仍稍有增加,之后由于快速成核的大量消 耗而使C急剧降低,当C降回到Cmin时成核阶段结束,并 进入生长阶段直到其浓度C降到接近其溶解度Cs为止。其 中在溶液处于过饱和的介稳态时,由于分子或离子的运动, 某些局部区域内的分子凝聚而形成集团,形成这种分子集 团后可能聚集更多的分子而生长,也可能分散消失,这种
分子集团称为胚芽,它是不稳定的,只有当体积达到相当 大后才能稳定而不消失,此时称为晶粒。
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1)均相成核 从过饱和溶液中自动形成核心。
2)异相成核 溶液中存在夹杂物颗粒或其他固相表面,甚至杂质离
子也可能成为结晶的核心。
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(3)晶粒的长大 在过饱和过程溶液中形成晶粒以后,溶质在晶粒上不
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(4)晶体的生长形态 晶体的形貌是指晶体形态的几何规则,其虽然受到内
部结构的对称性、结构基元间键力和晶体缺陷等因素的制 约,但在很大程度上还受到生长环境相的影响,因此同一 种品种的晶体(即成分与结构相同)即能表现为具有对称 特征的几何多面体,又能生长成特殊的形态。当溶质(包 括杂质、掺杂和溶剂等)长入晶体时,那怕晶格产生微小 的变化,有时就能促使晶体发生变化,从而会强烈地影响 到晶体的物理性能。晶体的形态与晶体的生长过程密切相 关,而晶体的生长过程常常表现在晶体的形态上,晶体的 形貌随结晶时各种条件的不同而有显著的不同。
断地沉积,晶粒就不断长大。溶质分子(离子)的结晶过 程可分为四步: ①通过包括对流与扩散在内的传质过程达到晶体的表面; ②在晶体表面的吸附; ③吸附的分子或离子在表面迁移; ④进入晶格,使晶粒长大。
如果 ①为控制步骤,则称为传质控制,其他的称为界 面生长控制。通过搅拌来测定:
晶粒在5-10微米的晶粒生长才有效(晶粒小时晶体几 乎和溶液同时运动,不能改变扩散速度,对晶粒生长速度 无影响。)
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m
n
S0
K mn sp
m mn
n mn
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难溶电解质的溶度积 Ksp 与其溶解度s(mol·l-1)的关系, 是由该电解质组成决定的。其通式分别为:
AB型: AB2或A2B型 AB3或A3B型
Ksp 的大小不能直接反映出该难溶电解质溶解度的大 小,只有相同类型的化合物,才能用 Ksp 比较溶解度的大 小。
材料的粉末和纳米粉末。
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1.2沉淀与结晶过程的物理化学基础 1.2.1物质的溶解度 (1)溶度积Ksp和溶解度
在一定温度下,难溶电解质饱和溶液中离子的相对浓 度的系数方次项的乘积,为一常数。称为溶度积常数或简
称溶度积 Ksp。 难溶电解质 溶解度(对易溶物质通常用100g水中饱
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(2)影响溶解度的因素 温度: 根据等压方程,平衡常数和温度的关系如下:
d ln K dT
P
H 0 RT 2
H 0 为溶解的标准热效应。
溶液很稀时有:
K
am M n
an N m
Ksp
则有:
ln K sp
H 0 B RT
若溶解过程为吸热反应,H 0大于0,溶解度增加,反之降低。
和时所含溶质的克数;对难溶物则可用每升溶液中溶解的
“物质的量”(摩尔)来表示。)极小。
如反应:MmNn(S)=mMn++nNm-
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溶解度的计算: 设物质的溶解度为S0,则饱和溶液中的Mn+、Nm+的浓
度分别为mS0mol/L和nS0mol/L。 则有:
Ksp [M n ]m [N m ]n mm nn S0mn
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沉淀物的主要形态: (1)结晶型:外观呈明显的晶粒状,X射线能表征出特 有的晶体结构; (2)无定形(凝乳形):实际上为很小的晶粒的聚集体; (3)非晶形:X射线图形表明其无一定的晶体结构,非 晶形的沉淀不稳定,在一定条件下能转化成凝乳形。
即过饱和溶液首先形成核心,核心经长大成微粒后, 可能进行2种过程,即过饱和溶液中的溶质分子进一步形 成许多核心并长大为微粒,许多微粒经聚集成无定形沉淀; 过饱和溶液中的溶质扩散至已有微粒表面,并在表面上定 向排列长大晶形颗粒。
,计算

mol·l-1 Al(OH)3的相对分子质量为78g·mol-1,3.69×10-9mol·L1Al(OH)3相当于2.88×10-7g,溶于1000g水中,在100g水中, 可溶解Al(OH)3 2.8×10-8g。
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Ksp=[Mn+]m[Nm-]n 反应达到平衡 Ksp>[Mn+]m[Nm-]n 未饱和 Ksp<[Mn+]m[Nm-]n 过饱和
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例1 在25℃时,PbCl2的溶解度为1.6×10-2mol·L-1。求此温度下, PbCl2的溶度积 解 溶液中:

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例2 已知在298K时,Al(OH)3的 Al(OH)3在该温度下的溶解度(mol·L-1)。 解 设Al(OH)3的溶解度为s(mol·L-1)
第三章 沉淀与结晶
第一节 概述
1.1沉淀与结晶的关系
本质没有区别,都是先形成晶核,晶核再长大。但按照 习惯沉淀是往溶液中加入沉淀剂,而结晶是改变溶液的物理 化学状态使其过饱和。 应用:提取冶金和材料制备 (1)分离与提纯(净化):加入化学试剂,控制适当条件,
选择性的使杂质形成难溶化合物从溶液中析出; (2)析出产物:用于制备磁性材料、新型陶瓷材料、复合
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