沉淀溶解.pptx

1.1.溶解和沉淀作用在水环境中意义溶解和沉淀作用在水环境中意义溶解表示了污染物在水环境中的迁移能溶解表示了污染物在水环境中的迁移能力力一般金属化合物在水中迁移能力，直观一般金属化合物在水中迁移能力，直观地可以用溶解度来衡量地可以用溶解度来衡量溶解反应同化是一种多相反应，一般需溶解反应同化是一种多相反应，一般需用溶度积来表征溶解度用溶度积来表征溶解度1注意点注意点某些非均相平衡进行很缓慢，在动态环某些非均相平衡进行很缓慢，在动态环境下不易到达平衡境下不易到达平衡根据热力学对于一组给定条件下所预测根据热力学对于一组给定条件下所预测的稳定固相可能不一定就是所形成的相的稳定固相可能不一定就是所形成的相可能存在过饱和现象，即出现物质的溶可能存在过饱和现象，即出现物质的溶解度大于溶解度极限值的情况解度大于溶解度极限值的情况固体溶解所产生的离子可能在溶液中进固体溶解所产生的离子可能在溶液中进一步反应一步反应2.2.溶解和沉淀的动力学过程溶解和沉淀的动力学过程沉淀过程沉淀过程成核作用成核作用溶液溶液中无规则运动的溶质组分变成具有确定表中无规则运动的溶质组分变成具有确定表面的有组织的结构面的有组织的结构非均相晶核较均相晶核容易生成非均相晶核较均相晶核容易生成晶体生长晶体生长晶体不断从溶液中获得离子，使晶核颗粒晶体不断从溶液中获得离子，使晶核颗粒长大长大的过程的过程晶体晶体聚集聚集3Crystalgrowthrate晶体生长速率：生长速率与溶液的浓度、温度、晶核粒度大小及表面状况等因素均有关系。4溶解溶解过程过程沉淀的逆过程，一般由溶质离开固体的扩散速率所沉淀的逆过程，一般由溶质离开固体的扩散速率所控制控制(溶解速率与固体物质的性质、接触界面、溶溶解速率与固体物质的性质、接触界面、溶剂性质及温度等条件有关剂性质及温度等条件有关)5溶解速率，molL-1t-1溶解速率常数，Lmg-1t-1单位体积中具有一定粒度的固体物质的量，mgL-1饱和浓度molL-1溶液中固体物质的浓度，molL-1动力学过程3.3.溶度积溶度积The Solubility ProductThe Solubility Product在一定温度下，难溶电解质饱和溶液中在一定温度下，难溶电解质饱和溶液中离子浓度幂的乘积等于常数，称该难溶离子浓度幂的乘积等于常数，称该难溶电解质的溶度积常数，简称溶度积，简电解质的溶度积常数，简称溶度积，简写为写为 Ksp6很多重金属碳酸盐、硫化物、氢氧化物、很多重金属碳酸盐、硫化物、氢氧化物、磷酸盐等，具有极低的溶度积磷酸盐等，具有极低的溶度积Ksp，重金属，重金属离子在溶液中遇到碳酸根离子、硫离子、离子在溶液中遇到碳酸根离子、硫离子、氢氧根离子、磷酸根离子等时，会形成重氢氧根离子、磷酸根离子等时，会形成重金属化合物，当其离子活性乘积金属化合物，当其离子活性乘积（例如：反应（例如：反应Pb2+S2-PbS，其离子活性，其离子活性乘积为乘积为Pb2+S2-）大于）大于Ksp时，重金属化合时，重金属化合物便发生沉淀物便发生沉淀可溶态的含量很低，主要以可溶态的含量很低，主要以Pb(OH)2、PbCO3、PbSO4铅的难溶盐形式存在。且铅的难溶盐形式存在。且Pb2+可以置换黏土矿物上的可以置换黏土矿物上的Ca2+，在土壤，在土壤中很少中很少移动移动7氧化物和氢氧化物氧化物和氢氧化物8金属氧化物和氢氧化物的溶解度与溶液的金属氧化物和氢氧化物的溶解度与溶液的pHpH值呈线值呈线性关系。性关系。Ksp=Men+OH-n氢氧化物的溶解度氢氧化物的溶解度14-pKsp/n9Cd(OH)2=Cd2+2OH-（Ksp=2.210-14）Cd2+OH-2=2.210-14 Cd2+=2.210-14/(1.010-14/H+)2 logCd2+=14.3 2pH10氧化物和氢氧化物氧化物和氢氧化物土壤土壤pH值是影响重金属迁移转化的重要因素值是影响重金属迁移转化的重要因素羟基金属离子配合羟基金属离子配合与羟基金属离子配合物与羟基金属离子配合物Me(OH)nZ-n金属氧化物或氢氧化物的总溶解度表示金属氧化物或氢氧化物的总溶解度表示MeT：1112Fe(OH)2(s)Fe2+2OH-Ksp=10-14.5Fe(OH)2(s)Fe(OH)+OH-Ks1=10-9.4Fe(OH)2(s)+OH-Fe(OH)3-Ks3=10-5.1pFe2+=-13.5+2pHpFeOH+=-4.6+pHpFe(OH)3-=19.1-pHpHpc45678910111213140123456789Fe2+Fe(OH)+Fe(OH)3-Fe(II )T硫化物硫化物PbS Bi2S3 CuS CdS Sb2S3 SnS2 As2S3 HgS硫化物硫化物 14溶液中二价金属离子的饱和浓度为：Me2+=Ksp/S2-金属硫化物的溶度积硫化物硫化物饱和溶液中饱和溶液中H H2 2S S分子浓度分子浓度HH2 2SS保持在保持在0.1mol/L0.1mol/L(4-62)16在纯水溶液：由于H2S在纯水溶液中的二级电离甚微，故可根据一级电离，近似地认为：H+=HS(4-62)代入代入17在有金属离子的水溶液中：在有金属离子的水溶液中：若溶液中存在二价金属离子若溶液中存在二价金属离子MeMe2+2+，则，则MeMe2+2+S S2 2 K Kspsp在在H H2 2S S和和MeSMeS均达到饱和的溶液中，可算出溶液中金属离子的饱均达到饱和的溶液中，可算出溶液中金属离子的饱和浓度为：和浓度为：在在H H2 2S S和和MeSMeS均达到饱和的溶液中，可算出溶液中金属离子的均达到饱和的溶液中，可算出溶液中金属离子的饱和浓度为：饱和浓度为：封闭体系封闭体系CaCOCaCO3 3封闭体系封闭体系 (只考虑固相和液相，把只考虑固相和液相，把H2CO3*当作当作 不挥发酸处理不挥发酸处理)CT为常数，为常数，1819当当pHpK2时时当当pK1pHpK2时，时，K1H+K2 当当pHpK1时：时：H+K1K2 20图4-10封闭体系中CT=常数时，MeCO3(s)的溶解度CaCOCaCO3(S)3(S)在在纯水中的溶解度纯水中的溶解度在纯水中溶解，溶质为：在纯水中溶解，溶质为：Ca2+、H2CO3*、HCO3-、CO32-、H+和和 OH-All Ca2+that becomes dissolved must equal in concentration the sum of the dissolved carbonic species质量平衡质量平衡原则：原则：Ca2+=CTCondition of electroneutrality电荷平衡电荷平衡原则（电中性）：原则（电中性）：H+2 Ca2+=HCO3-+2CO32-+OH-21（4-66）（4-67）22溶液中各种离子达到平衡时，有：溶液中各种离子达到平衡时，有：（4-68）(4-68)代入得电荷平衡式代入得电荷平衡式(4-67)：Can be solved by trial and error23pH pK2 10.33时，时，21 lgCa2+=0.5 lg KSPpK1 pH pK2时，时，2 k2/H+lgCa2+=0.5lgKSP0.5lgk20.5lgpHpH pK1时，时，2 k1k2/H+2lgCa2+=0.5lgKSP 0.5lgk1k2 lgpH（4-66）和（）和（4-68）代入得：）代入得：对于其它金属碳酸盐，则有：对于其它金属碳酸盐，则有：24图图4-11开放开放体系体系CaCO3暴露在含有暴露在含有CO2的气相中，大气中的气相中，大气中pCO2固定，溶液中固定，溶液中CO2浓度也相应固定。浓度也相应固定。2526根据溶度积关系则：根据溶度积关系则：由于要与气相中由于要与气相中CO2处于平衡，此时处于平衡，此时Ca2+CT，但仍保持有同样的电中性条件：，但仍保持有同样的电中性条件：H+2Ca2+=HCO3-+2CO32-+OH-27图图4-12水溶液中不同固相的分级沉淀水溶液中不同固相的分级沉淀以以Fe()为例，讨论在一定条件下，何种固体占优为例，讨论在一定条件下，何种固体占优势。（如在碳酸盐溶液中，势。（如在碳酸盐溶液中，CT=10-3mol/L）28pHpc456789101112131401234567892910.5图图4-13 FeCO3和和Fe(OH)2的溶解图的溶解图FeCO3(s)(1)Fe(OH)2(s)(2)(3)(4)(5)(6)水的稳定性水的稳定性水的稳定性水的稳定性当溶液中当溶液中CaCO3(S)处于未饱和状态，水处于未饱和状态，水具有具有侵蚀性侵蚀性当溶液中当溶液中CaCO3(S)处于过饱和处于过饱和状态，水状态，水具具有有沉积性沉积性当溶液中当溶液中CaCO3(S)处于平衡状态处于平衡状态，水具，水具有有稳定性稳定性饱和平衡时的饱和平衡时的pHspHs计算值计算值CaCO3溶液平衡是二个平衡的组合，即：溶液平衡是二个平衡的组合，即：当水具有稳定性时，当水具有稳定性时，CO32-必须同时满足这两个平衡，即：必须同时满足这两个平衡，即：33333434当当pH10时，时，H+和和Kw/H+二值相差不大，并二值相差不大，并且与碱度相比甚小，可以忽略。且与碱度相比甚小，可以忽略。满足上式的满足上式的H+，可作为，可作为CaCO3达溶解平衡状态达溶解平衡状态的标志，称为的标志，称为pHs(-logH+=pH)3535当水中碱度和当水中碱度和Ca2+浓度一定时，浓度一定时，pHs为一为一定值，可表示为：定值，可表示为：当当pH9时，最后一项可以略去：时，最后一项可以略去：3636把水的实测把水的实测pH值与计算出的值与计算出的pHs进行比较，两者进行比较，两者的差值，称为的差值，称为稳定性指数稳定性指数S，即：，即：SpHpHs根据根据S值的大小，可以值的大小，可以判断水的稳定性判断水的稳定性。一般把一般把S0.250.3范围内的水都认为是稳定的范围内的水都认为是稳定的酸化酸化或碱化调整水的稳定性或碱化调整水的稳定性当水具有侵蚀性或沉积性时，可以利用当水具有侵蚀性或沉积性时，可以利用酸化或碱化的方法进行酸化或碱化的方法进行pH的调整，使的调整，使水达到水达到CaCO3溶解平衡的稳定状态。溶解平衡的稳定状态。3737酸化酸化或碱化调整水的稳定性或碱化调整水的稳定性【例例】某水样某水样pH=7.0，总碱度，总碱度0.4mmol/L，Ca2+=0.7mmol/L，计算，计算确定水是否需要进行稳定性调整？确定水是否需要进行稳定性调整？38383939如果水中含盐量较大，还需要考虑溶液离子强度的如果水中含盐量较大，还需要考虑溶液离子强度的影响，以离子活度值进行计算，一般可加一个校正影响，以离子活度值进行计算，一般可加一个校正值值P：一般天然水中离子强度一般天然水中离子强度I2.510-5C，C为溶解性固体，为溶解性固体，即含盐量（即含盐量（mg/L），），根据这些经验公式，就可对根据这些经验公式，就可对pHs进进行校正了。行校正了。E.g.2E.g.2若向纯水中加入若向纯水中加入CaCO3(S)，并将此体系暴露，并将此体系暴露于含有于含有CO2的大气中，问在的大气中，问在25 pH为为8.0时时达到饱和平衡所应含有的达到饱和平衡所应含有的Ca2+浓度是多少浓度是多少？Ksp(CaCO3)=Ca2+CO32-=10-8.3240