结晶沉淀教案.docVIP

第七章 沉淀与结晶 沉淀与结晶的关系 沉淀和结晶在本质上同属于新相析出的过程，主要是物理变化 。都是先形成晶核，晶核再长大。但按照 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、复合材料的粉末和纳米粉末。 沉淀与结晶过程的物理化学基础 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 100g水中饱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- （1）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： 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。 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 （2)影响溶解度的因素 ①温度 根据等压方程，平衡常数和温度的关系如下： 为溶解的标准热效应。 溶液很稀时有： 则有： 若溶解过程为吸热反应，大于0，溶解度增加，反之降低。 ②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。 ③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。 ④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。 沉淀 沉淀precipitation）：从液相中产生一个可分离的固相的过程，或是从过饱和溶液中析出的难溶物质。 沉淀作用表示一个新的凝结相的形成过程，或由于加入沉淀剂使某些离子成为难溶化合物而沉积的过程。物质的沉淀和溶解是一个平衡过程，通常用溶度积常数Ksp来判断难溶盐是沉淀还是溶解。 在经典的定性分析中，几乎一半以上的检出反应是沉淀反应。在定量分析中，它是重量法和沉淀滴定法的基础。沉淀反应也是常用的分离方法，既可将欲测组分分离出来，也可将其它共存的干扰组分沉淀除去。 沉淀的类型 沉淀可分为晶形沉淀和非晶形沉淀两大类型。 晶形沉淀内部排列较规则，结构紧密，颗粒较大，易于沉降和过滤硫酸钡是典型的晶形沉淀； 非晶形沉淀颗粒很小，没有明显的晶格，排列杂乱，结构疏松，体积庞大，易吸附杂质，难以过滤，也难以洗干净Fe2O3·nH2O是典型的非晶形沉淀。 实验证明，沉淀类型和颗粒大小，既取决于物质的本性，又取决于沉淀的条件。颗粒的沉淀规律与颗粒的性质和浓度有关。无粘结性的颗粒（称离散颗粒，如砂），相碰时不会结合，各自保持原有形态,因此,沉速不变。有粘结性的颗粒（如氢氧化铝的胶态沉淀），相碰时相互结合，失去原有形态，沉速改变。在实际工作中，须根据不同的沉淀类型选择不同的沉淀条件，以获得合乎要求的沉淀。对晶形沉淀，要在热的稀溶液中，在搅拌下慢慢加入稀沉淀剂进行沉淀。沉淀以后，将沉淀与母液一起放置，使其“陈化”，以使不完整的晶粒转化变得较完整，小晶粒转化为大晶粒。而对非晶形沉淀，则在热的浓溶液中进行沉淀，同时加入大量电解质以加速沉淀微粒凝聚，防止形成胶体溶液。沉淀完毕，立即过滤，不必陈化。 按照水中悬浮颗粒的浓度、性质及其絮凝性能的不同，沉淀可分为以下几种类型。 ? 悬浮固体浓度不高 ? 悬浮固体之间互不干扰，在沉淀过程中呈离散状态 ? 颗粒的沉淀轨迹成直线 ? 颗粒的物理性质，如形状、大小及比重等不发生变化 ? 自由沉淀可用牛顿定律及斯托克斯公式描述 (2)絮凝沉淀（也称干涉沉淀） ? 悬浮颗粒浓度不高（约为50～500mg/L） ? 悬浮颗粒之间相互碰撞产生絮凝作用 ? 颗粒的粒径与质量逐渐加大 ? 沉降速度不断加快 ? 沉淀的轨迹呈直线 ? 实际的沉速很难用理论公式计算，需通过试验测定 ? 化学混凝沉淀，活性污泥在二次沉淀池中的沉淀。 (3)区域沉淀（或成层沉淀，拥挤沉淀） ? 悬浮物颗粒浓度较高（大于500mg/l） ? 颗粒的沉降受到周围其它颗粒的影响，沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒，颗粒间相对位置保持不变，在清水与浑水之间形成明显的交界