第九章重量分析法

75第九章重量分析法思考题与习题1.重量分析对沉淀的要求是什么？答：要求沉淀要完全、纯净。对沉淀形式的要求：溶解度要小，纯净、易于过滤和洗涤，易于转变为称量形式。对称量形式的要求：沉淀的组分必须符合一定的化学式、足够的化学稳定性、尽可能大的摩尔质量。2.解释下列名词：沉淀形式，称量形式，固有溶解度，同离子效应，盐效应，酸效应，络合效应，聚集速度，定向速度，共沉淀现象，后沉淀现象，再沉淀，陈化，均匀沉淀法，换算因数。答：沉淀形式：往试液中加入沉淀剂，使被测组分沉淀出来，所得沉淀称为沉淀形式。称量形式：沉淀经过过滤、洗涤、烘干或灼烧之后所得沉淀。固有溶解度：难溶化合物在水溶液中以分子状态或离子对状态存在的活度。同离子效应：当沉淀反应达到平衡后，加入与沉淀组分相同的离子，以增大构晶离度，使沉淀溶解度减小的效应。盐效应：由于强电解质盐类的存在，引起沉淀溶解度增加的现象。酸效应：溶液的酸度对沉淀溶解度的影响。配位效应：溶液中存在能与沉淀构晶离子形成配位化合物的配位剂时，使沉淀的溶解度增大的现象。聚集速度：沉淀形成过程中，离子之间互相碰撞聚集成晶核，晶核再逐渐长大成为沉淀的微粒，这些微粒可以聚集为更大的聚集体。这种聚集过程的快慢，称为聚集速度。定向速度：构晶离子按一定的晶格排列成晶体的快慢，称为定向速度。共沉淀现象：在进行沉淀时某些可溶性杂质同时沉淀下来的现象。后沉淀现象：当沉淀析出后，在放置过程中，溶液中的杂质离子漫漫在沉淀表面上析出的现象。再沉淀：将沉淀过滤洗涤之后，重新溶解，再加入沉淀剂进行二次沉淀的过程。陈化：亦称熟化，即当沉淀作用完毕以后，让沉淀和母液在一起放置一段时间，称为陈化。均匀沉淀法：在一定条件下，使加入沉淀剂不能立刻与被测离子生成沉淀，然后通过一种化学反应使沉淀剂从溶液中慢慢地均匀的产生出来，从而使沉淀在整个溶液中缓慢地、均76匀地析出。这种方法称为均匀沉淀法。换算因数：被测组分的摩尔质量与沉淀形式摩尔质量之比，它是一个常数。若分子、分母中主体元素的原子数不相等，应乘以适当的系数，这一比值称为“换算因数”，亦称“化学因数”。3.活度积、溶度积、条件溶度积有何区别？答：活度积：在一定温度下，难溶化合物的饱和溶液中，各构晶离子活度的乘积为一个常数。此常数称为活度积常数，简称活度积，用Kap表示之。溶度积：在一定温度下，难溶化合物的饱和溶液中各构晶离子浓度的乘积为一个常数。此常数称为溶度积常数，简称溶度积，用Ksp表示之。条件溶度积：在沉淀平衡的过程中，构晶离子在溶液中各型体的总浓度之积，用K’sp表示之。当溶液中离子强度很小时，Kap=Ksp若溶液中离子强度大时，则两者不相等，而是Kap小于Ksp。4.影响沉淀溶解度的因素有哪些？答：主要有同离子效应、盐效应、酸效应和配位效应。此外还有温度、溶剂、沉淀颗粒的大小和沉淀的结构等。5.简述沉淀的形成过程，形成沉淀的类型与哪些因素有关？答：在难溶化合物的过饱和溶液中，构晶离子互相碰撞而形成晶核，其它构晶离子向晶核扩散并吸附于晶核（异相成核则为外来杂质微粒）之上，便逐渐成长为晶体。形成沉淀的类型大体可分为三类：晶体沉淀、凝乳状沉淀和无定形沉淀。若溶液的相对过饱和度小时，沉淀速度很慢，沉淀主要是异相成核过程，从而可得到较大的沉淀颗粒，即晶体沉淀。若溶液的相对过饱和度大时，沉淀速度快，沉淀是异相成核与均相成核同时进行，从而可得到较小的沉淀颗粒，即凝乳状沉淀或无定形沉淀。6.BaSO4和AgCl的Ksp相差不大，但在相同条件下进行沉淀，为什么所得沉淀的类型不同？答：因为BaSO4形成晶核的临界均相过饱和比为1000，AgCl的临界均相过饱和比则为5.5，所以虽然两者的ksp基本相等，但当加入沉淀剂时BaSO4不易超过其Q/S，不致产生太多的晶核，故生成较大的沉淀颗粒；而AgCl则容易超过其Q/S，易形成大量的晶核，所以沉淀颗粒非常微小，而形成凝乳状沉淀。7.影响沉淀纯度的因素有哪些？如何提高沉淀的纯度？77答：影响沉淀纯度的因素有：共沉淀现象（表面吸附、吸留与包夹、生成混晶）和后沉淀现象。提高沉淀纯度的措施有：选择适当的分析程序、降低易被沉淀吸附的杂质离子浓度、选择适当的洗涤剂进行洗涤、及时进行过滤分离，以减少后沉淀、进行再沉淀和选择适宜的沉淀条件。8.说明沉淀表面吸附的选择规律，如何减少表面吸附的杂质？答：第一吸附层的吸附规律是：首先吸附构晶离子，其次是与构晶离子的半径大小相近、所带电荷相同的离子。第二吸附层的吸附规律是：电荷数越高的离子越容易被吸附；与构晶离子能形成难溶或溶解度较小的化合物的离子容易被吸附。此外沉淀的总表面积越大、杂质离子浓度越大吸附杂质越多，温度越高吸附杂质越少。减少表面吸附杂质的办法：（1）选择适当的分析程序；（2）降低易被吸附的杂质离子浓度；（3）用适当的洗涤剂进行洗涤；（4）必要时进行再沉淀；（5）选择适当的沉淀条件。9.简要说明晶形沉淀和无定形沉淀的沉淀条件。答：晶形沉淀的沉淀条件：在适当稀的溶液中进行，并加入沉淀剂的稀溶液；在不断搅拌下逐滴加入沉淀剂以进行沉淀；沉淀作用应在热溶液中进行；沉淀之后进行陈化。无定形沉淀的沉淀条件：沉淀作用应在比较浓的溶液中进行，加沉淀剂的速度也可以适当快一些；沉淀作用应在热溶液中进行；在溶液中加入适当的电解质；不必陈化；必要时进行再沉淀。10.为什么要进行陈化？哪些情况不需要进行陈化？答：初生成的沉淀颗粒有大有小，而大颗粒的溶解度比小颗粒小，经陈化之后，小的沉淀颗粒的溶解，大的沉淀颗粒长的更大；另外还可以使亚稳态晶型沉淀变成稳态晶型沉淀，使不完整的晶体沉淀变成完整的晶体沉淀，因而减少杂质含量，便于过滤和洗涤，所以要进行陈化过程。当有后沉淀现象发生时，陈化反应增加杂质的含量；对于高价氢氧化物陈化时会失去水份而聚集的十分紧密，不易洗涤除去所吸附的杂质。所以在上述情况下，沉淀完毕应立即过滤，不需要进行陈化。11.均匀沉淀法有何优点？答：均匀沉淀法使沉淀剂从溶液中缓慢地、均匀地产生出来，避免了沉淀剂局部过浓的现象，因而过饱和不致超过临界过饱和比太多，产生的晶核较少，易于过滤和洗涤。7812.有机沉淀剂较无机沉淀剂有何优点？有机沉淀剂必须具备什么条件？答：有机沉淀剂有以下优点：（1）选择性高（2）沉淀的溶解度小，有利于被测组分的沉淀完全；（3）沉淀吸附杂质少；（4）沉淀称量形式的摩尔质量大，则同样量的被测物质可以得到质量更多的沉淀，减少称量误差。有机沉淀剂必须具备的条件：能生成螯合物的沉淀剂必须具有酸性基团如：-COOH、-SO3H等，还必须具备含有配位原子的碱性基团如-NH2、C=O等.生成缔合物的沉淀剂必须在溶液中能够电离出大体积的离子，这种离子与被测离子带有异性电荷，而结合成缔合物沉淀。13.有机沉淀剂一般有哪些类型？反应机理如何？答：有机沉淀剂分为螯合物和缔合物两种类型。生成螯合物的沉淀剂的酸性基团上的H+被被测金属离子置换而形成盐，沉淀剂的碱性基团中的配合原子与金属离子形成配合键，因而形成螯合物沉淀。生成缔合物的沉淀剂在水溶液中电离出离子，这种离子与被测离子结合形成溶解度很小的缔合物沉淀。14.称取纯BaCl2·2H2O试样0.3675g，溶于水后，加入稀H2SO4将Ba2+沉淀为BaSO4，如果加入过量50﹪的沉淀剂，问需要0.50mol/L的H2SO4溶液若干毫升?解：设等量沉淀BaCl2需要0.50mol/L的H2SO4溶液V0mLBaCl2•2H2O+H2SO4==BaSO4↓+2HCl+2H2O110.3675/244.30.50V0解之，V0=3.0mL过量50%沉淀剂时，需H2SO4之体积为VmLV=V0(1+50%)=3.0×(1+50%)=4.5mL15.计算BaSO4的溶解度。（1）在纯水中；（2）考虑同离子效应，在0.10mol/LBaCl2溶液中；（3）考虑盐效应，在0.10mol/LNaCl溶液中；（4）考虑酸效应，在2.0mol/LHCl溶液中（5）考虑络合效应，在pH=0.010mol/LEDTA溶液中.解：(1)设BaSO4在纯水中之溶解度为S1则[Ba2+]=[SO42-]=S1Ksp=[Ba2+][SO42-]=S1279所以S1=10101.1spk=1.05×10-5mol/L（2）设BaSO4在0.10mol/LBaCl2溶液中之溶解度为S2.则[SO42-]=S2[Ba2+]=0.10+S2因为S20.10所以[Ba2+]=0.10Ksp=[Ba2+][SO42-]=0.10S2S2=Ksp/0.10=(1.1×10-10)/0.10=1.1×10-9mol/L（3）设BaSO4在0.10mol/LNaCl溶液中的溶解度为S3首先计算溶液中的离子I。I=0.52iiZC=0.5(0.10×12+0.10×12)=0.10由教材附录中查得当I=0.1时活度系数分别为38.02Ba24SO=0.355则S3=242SOBaspK（实际附录中的为）=355.038.0101.110=2.86×10-5mol/L（4）设BaSO4在2.0mol/LHCl溶液中之溶解度为S4。由教材附录中查的H2SO4的Ka2=1.0×10-2.则[Ba2+]=S4[SO42-]+[HSO4-]=S4HSO4-H++SO42-][]][[4242HSOSOHKa∴2244]][[][aKSOHHSO代入上式4342242224100.50.2100.1100.1][][SSSKHKSOaa80Ksp=[Ba2+][SO42-]=S4×5.0×10-3S4所以S4=3100.5spK=310100.5101.1=1.5×10-4mol/L（5）已知KBaY=107.86)(4BaSOspK=10-9.96pH=8.0时27.2)(10HY溶液中的平衡关系为BaSO4=Ba2++SO42-||HY=Y+H||BaY考虑酸效应和络合效应后，BaSO4的溶解度为S=[Ba2+]=[SO42-][Ba2+][SO42-]=BaYBaSOspBaSOspKK)(')(44[Y]=27.427.2)(/101001.0][HYaYαBa(Y)=1+KBaY[Y]=1+107.86×10-4.27=103.59S=418.359.396.9106.6101010mol/L16.计算在pH=2.00时的CaF2溶解度。解：设CaF2的溶解度为S,由于CaF2在水中存在下列平衡CaF2=Ca2++2F-F-+H+=HF因为[Ca2+]=S[F-]=CF-δF-＝2SδF-[Ca2+]×[F-]2=KSP=4S3×δ2F-查表得KSP=2.7×10-11Ka=7.2×10-4δF-=Ka／[H+]+Ka=7.2×10-4/10-2+7.2×10-481=0.0673321132101.1067.04107.24FspKSmol/L17.Ag2CrO4沉淀在（1）0.0010AgNO3mol/L溶液中，（2）0.0010mol/LK2CrO4溶液中，溶解度何者为大？解：在0.0010mol/LAgNO3溶液中，[CrO42-]=S1，[Ag+]=2S1+0.0010，因为2S10.0010，所以S1=KSP/[Ag+]2=2.0×10-12/0.0012=2.0×10-6mol/L0.0010mol/LK2CrO4溶液中，[Ag+]=2S2,，[CrO42-]=S2+0.0010，因为S20.0010，所以S2=][CrOK-24)CrOSP(Ag42=4001.0100.212=2.210-5mol/L后者溶解度大。18.若[NH3]+[NH4+]=0.10mol/L，pH=9.26,计算AgCl沉淀此时的溶解度.解：已知Ksp(AgCl)=10-9.75)(4NHaK=10-9.2632.311023.7210由于受到络合效应的影响,平衡后A