第二章 沉淀分离法

第二章沉淀分离法Precipitationseparation第一节沉淀分离法第二节共沉淀分离法第三节蒸馏和挥发分离法化学与材料科学学院化学与材料科学学院§2－1沉淀分离法一、沉淀分离的原理与要求（principleandrequirementsofprecipitation）二、沉淀分离法的特点（characteristicofprecipitationmethod）三、沉淀的类型与形成条件（typesofprecipitationandtheirformationconditions）四、无机沉淀剂沉淀法（inorganicprecipitator）五、有机沉淀剂沉淀法（organicprecipitator）化学与材料科学学院一、沉淀分离的原理与要求对沉淀反应的要求：所生成的沉淀溶解度小、纯度高、稳定化学与材料科学学院第一节沉淀分离法沉淀分离的原理：创造条件使待测组分与沉淀剂生成溶解度较小的物质而以沉淀的形式从溶液中析出。二、沉淀分离法的特点第一节沉淀分离法优点：1.简单、价廉;2.可大批量处理;3.(和重量法结合)准确度高.缺点:1.对大多数金属选择性不强;2.耗时.化学与材料科学学院晶形沉淀和无定形沉淀的比较晶形沉淀无定形沉淀外观颗粒状胶状和絮状直径大，0.1-1m小，0.02m性质颗粒大，沉降速度快，沉淀较纯净，吸附力小颗粒小，沉降速度慢，容易聚集，吸附能力大，易共沉淀和继沉淀形成条件相对过饱和度小，临界CQ/s值大,稀溶液，晶核少相对过饱和度大，临界CQ/s值小浓溶液中，晶核多形成过程异相成核，定向速度大均相成核，聚集速度大实验条件稀、热、慢、搅、陈浓、热、快、搅、加入电解质或胶体（带相反电荷）第一节沉淀分离法三、沉淀的类型与形成条件化学与材料科学学院第一节沉淀分离法四、无机沉淀剂沉淀法1.沉淀为氢氧化物(hydroxide)2.沉淀为硫化物(sulfide)3.沉淀为硫酸盐(sulfate)4.沉淀为氟化物(fluoride)5.基体沉淀法(matrixisolation)1.沉淀为氢氧化物1)氢氧化物沉淀与溶液pH的关系由KSP可估算Mn+开始析出M(OH)n沉淀时的pH例:Ksp,Fe(OH)3=4×10-38,若[Fe3+]=0.01mol/L,则要沉淀就必须:化学与材料科学学院第一节沉淀分离法mol/L12338106.101.0104][OHpOH11.8;pH2.2(开始沉淀)在常量分离中，当溶液中某种离子浓度还剩下10-6mol/L，便认为不存在。化学与材料科学学院第一节沉淀分离法113638104.310104]OH[pOH=10.5pH=3.5(沉淀完全)[注意]:上面的计算是近似的。化学与材料科学学院第一节沉淀分离法2)氢氧化物沉淀与溶液pH的关系由KSP可估算Mn+完全析出M(OH)n沉淀时的pH1）无定形沉淀的KSP与沉淀的形态、陈化情况有关。原因:2）KSP应考虑，用活度积。3）溶液中不仅有［Fe3+］，还有Fe(OH)2+、Fe(OH)+２等。第一节沉淀分离法化学与材料科学学院表各种金属离子氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH值氢氧化物溶度积KSP开始沉淀时的pH值[M+]=0.01mol·L-1沉淀完全时的pH值Sn(OH)41×10-570.51.3TiO(OH)21×10-290.52.0Sn(OH)21×10-271.73.7Fe(OH)31×10-382.23.5Al(OH)31×10-324.15.4Cr(OH)31×10-314.65.9Zn(OH)21×10-176.58.5Fe(OH)21×10-157.59.5Ni(OH)21×10-186.48.4Mn(OH)21×10-138.810.8Mg(OH)21×10-119.611.6第一节沉淀分离法3）控制pH的方法a）NaOH------两性与非两性分离沉淀部分沉淀溶液Mg2+、Cu2+、Ag+、Au+、Cd2+、Hg2+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、Th4+、Bi3+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Mn2+、稀土Ca2+、Sr2+、Nb(Ⅴ)、Ta(Ⅴ)`2AlO`2CrO`22ZnO`-22PbO`23SnO`23GeO`2GaO`22BeO`23SiO`24WO`24MoO.3VO第一节沉淀分离法下列各组混合溶液中,能用过量NaOH溶液分离的是()(A)Pb2+-Al3+(B)Pb2+-Co2+(C)Pb2+-Zn2+(D)Pb2+-Cr3+(B)第一节沉淀分离法Exercise1化学与材料科学学院Exercise2Give“T”fortrueand“E”forerror.金属离子氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH值是一致的,故只要控制好溶液的pH,即可获得完全分离.E采用氢氧化物沉淀分离时,由于某些金属离子氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH重叠,共沉淀是不可避免的.T第一节沉淀分离法化学与材料科学学院b)沉淀部分沉淀溶液Hg2+、Be2+、Fe3+、Al3+、Cr3+、Bi3+、Sb3+、Sn4+、Ga3+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、Th4+、Mn4+、Nb（Ⅴ）、Ta（Ⅴ）、U（Ⅵ）、稀土Mn2+Fe2+Pb2+Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+及`23)(NHAg`243)(NHCu`243)(NHCd`263)(NHZn.243)(NHNi`243)(NHCo43NHNH高价与一、二价M及易与NH3配位的M分离（pH=8~10）第一节沉淀分离法含有Fe3+、Mg2+的溶液，若用沉淀分离法分离，能使它们分离完全的试剂是（）A.NH3•H2OB.NaOHC.NH3-NH4ClD.CH3COOH(C)第一节沉淀分离法Exercise3化学与材料科学学院下面各组混合溶液中,能用pH≈9的氨缓冲液分离的是()(A)Ag+-Co2+(B)Fe3+-Ag+(C)Cd2+-Ag+(D)Ag+-Mg2+(B)第一节沉淀分离法Exercise4化学与材料科学学院用氨水分离Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+时,()A.Fe3+Al3+Ca2+Mg2+被沉淀,Cu2+Zn2+留在溶液中B.Fe3+Al3+被沉淀,Ca2+Mg2+Cu2+Zn2+留在溶液中C.Ca2+Mg2+被沉淀,Fe3+Al3+Cu2+Zn2+留在溶液中D.Cu2+Zn2+被沉淀,Fe3+Al3+Ca2+Mg2+留在溶液中B第一节沉淀分离法Exercise5化学与材料科学学院水溶液中含有Fe3+和Cr3+，若用沉淀分离法使铁和铬分离，应采取什么方法?应将Cr3+氧化成CrO42-,再用氨水或氢氧化钠溶液沉淀Fe3+,铬以铬酸根形式保留在溶液中。第一节沉淀分离法Exercise6化学与材料科学学院C)ZnO悬浊液（pH=6)----使某些高价Mn+沉淀其它微溶性碳酸盐或氧化物的悬浊液,如:BaCO3、CaCO3、PbCO3、MgO的悬浊液具有同样的功效，仅控制的pH范围各不相同而已。HAc-NaAc也能达到同样的效果.第一节沉淀分离法化学与材料科学学院ZnO+H2O原理:[Zn2+][OH-]2=Ksp=1.210-17LmolZnOH/101.11.0102.1][102.1817217pOH=8pH=6Zn2++2OH-Zn(OH)2第一节沉淀分离法化学与材料科学学院沉淀部分沉淀溶液Fe3+、Cr3+、Ce4+、Ti4+、Zr4+、Hf4+、Bi3+、Sn4+、V(Ⅵ)U(Ⅳ)、Nb(Ⅴ)Ta(Ⅴ)、W(Ⅵ)等Be2+、Cu2+、Ag+、Hg2+、Pb2+、Sb3+、Sn2+、Mo(Ⅵ)V(Ⅴ)、U(Ⅵ)Au(Ⅲ)、稀土等Ni2+、Co2+、Mn2+、Mg2+等使某些高价Mn+沉淀第一节沉淀分离法化学与材料科学学院沉淀剂－－H2S许多金属离子都能生成硫化物沉淀（约40余种金属离子可生成难溶硫化物沉淀），但各种金属硫化物沉淀的溶解度相差较大,（Ksp不同。如：Bi2S3110-97；Sb2S3210-93；HgS410-53；Ag2S210-49；CuS610-36；CdS810-27；FeS610-18；MnS210-10）因此可以通过控制S2-的浓度来控制沉淀离子的种类。第一节沉淀分离法2.沉淀为硫化物第一节沉淀分离法H2S是二元弱酸H++HS–Ka1=1.310-7HS-H++S2-Ka2=7.110-15H2S总反应H2S2H++S2-Ka=[H+]2[S2-][H2S][S2-]=[H2S]/[H+]29.210–22=9.210–22/[H+]2因此，控制[H+]即可控制[S2-]。常见阳离子：Ag+Hg22+Pb2+Bi3+Cu2+Cd2+Hg2+As(Ⅲ,Ⅴ)Sb(Ⅲ,Ⅴ)Sn(Ⅱ,Ⅳ)Fe3+Al3+Cr3+Fe2+Mn2+Zn2+Co2+Ni2+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+K+Na+NH4+硫化物不溶于水硫化物溶于水碳酸盐溶于水碳酸盐不溶于水0.3mol/L[H+]l硫化物沉淀0.3mol/L[H+]l硫化物不沉淀氯化物不溶热水氯化物溶于热水ⅠⅡⅢⅣⅤ分组步骤示意图ⅠⅤ组试液ⅡⅤ组试液ⅢⅤ组试液ⅣⅤ组试液AgClHg2Cl2PbSBi2S3CuSCdSHgSAs2S3Sb2S3SnS2Al(OH)3Cr(OH)3Fe2S3FeSMnSCoSNiSZnSBaCO3SrCO3CaCO3K+NaNH4+Mg2+HCl,∆H2O2,0.3mol/LHCl,NH4I及H2SNH3+NH4Cl,(NH4)2SNH3+NH4Cl,(NH4)2CO3第一节沉淀分离法两酸两碱分组步骤示意图ⅠⅤ组试液ⅡⅤ组试液ⅢⅤ组试液ⅣⅤ组试液AgClHg2Cl2PbCl2Cu(OH)2Co(OH)2Cd(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3MnO(OH)2Cr(OH)3PbSO4BaSO4SrSO4CaSO4AsO43-ZnO22-K+(Na+,NH4+)HCl乙醇,H2SO4H2O2,NH3+NH4ClNaOHBi(OH)3Sb(OH)3NH2HgClSn(OH)2Mg(OH)2Ni(OH)2第一节沉淀分离法设计下列各组离子的分离方案(1).Ag+、K+、Fe3+、Cr3+、Hg2+ⅡⅤ组试液ⅢⅤ组试液AgClHgSCr(OH)3Fe2S3K+HCl,∆0.3mol/LHCl,H2SNH3+NH4Cl,(NH4)2S第一节沉淀分离法(1).Ag+、K+、Fe3+、Cr3+、Hg2+K+、Fe3+、Cr3+、Hg2+K+、Fe3+、Cr3+K+、CrO2-AgClHgSFe(OH)3Cr(OH)3K+HCl0.3mol/LHCl,H2S过量NaOH酸中和,并过量第一节沉淀分离法(2).Ag+、Cu2+、Al3+、Ba2+Cu2+、Al3+、Ba2+Al3+、Ba2+Al3+AgClCuSBaSO4HCl0.3mol/LHCl,H2SH2SO4第一节沉淀分离法(3).Cu2+、Ca2+、Pb2+Cu2+、Ca2+PbCl2CuSHCl（NH4）2SCa2+第一节沉淀分离法(4).Cu2+、Cd2+、Zn2+Zn2+CuS、CdS稀HCl0.3mol/LHCl,H2SCuSCd2+第一节沉淀分离法硫化物沉淀分离法中,由于各种金属硫化物沉淀的溶解度相差较大,根据H2S的分布曲线,溶液中的S2-的浓度与pH有关,控制溶液pH可控制分步沉淀.判断题:T第一节沉淀分离法1)沉淀为硫酸盐2)沉淀为氟化物Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ra2+、Pb2+与其它金属离子分离Ca2+、Sr2+、Mg2+、Th４+、稀土与其它金属离子分离第一节沉淀分离法3.其它无机沉淀剂4.基体沉淀法在适当条件下，可用沉淀法除去基体成分，使待测痕量元素定量留在母液中，这种做法称为基体沉淀法，常用于痕量元素的多元素同时富集。基体沉淀法中，最大的误差来源是共沉淀现象。为了避免共沉淀，有以下