5、7、2、配位反应与配位平衡
作为Lewis酸碱加合物的配离子或配合物分子,在水溶液中存在者配合物的解离反应和生成反应间的平衡,这种平衡称为配位平衡。配位平衡关系到配合物的稳定性,这是在实际应用中必须考虑的配合物的重要性质。
化学平衡的原理都是适用于配位平衡。配离子在水溶液中像弱电解质一样能部分的解离出中心离子和配位体,例如:
的解离反应是分步进行的:
总的解离反应: 2
=
、 分别为 的分步解离常数; 是它的总解离常数,又称为配合物的不稳定常数。 愈大 ,配合物愈易解离,愈不稳定。
配合物解离反应的逆反应是配合物的生成反应。通常也用配合物生成反应的平衡常数来表示配合物的稳定性。生成反应的平衡常数又称为配合物的稳定常数,用 表示。生成反应也是分步进行的。对 来说:
总的生成反应: 2
= =
、 分别为 分步生成常数; 是配合物总的生成常数,又称为稳定常数或累积稳定常数。写成通式:
=
愈大 ,配合物愈稳定。
=
= =
一般来说,配合物的逐级稳定常数随着配位数的增大而减小。既 但各级稳定常数之间有时不是相差太大,进行平衡组成计算时,只有在累积稳定常数很大,配体在溶液中有较大浓度的情况下,才可作近似计算。否则,需要进行精确计算,而这种计算又是相当复杂的。
例题:
比较同类型配离子的稳定常数 ,可以判断这些配离子的相对稳定程度及判断配位反应进行的方向。
第六章 沉淀溶解平衡
水溶液中的酸碱平衡是均相反应,除此之外,另一类重要的离子反应是难溶电解质在水中的溶解,即在含有固体难溶电解质的饱和溶液中存在着电解质与它离解产生的离子之间的平衡,叫做沉淀-溶解平衡。这是一种多相离子平衡,沉淀的生成和溶解现象在我们的周围经常发生。例如,肾结石通常是生成难溶盐草酸钙 和磷酸钙 所致;自然界中石笋和钟乳石的形成与碳酸钙 沉淀的生成和溶解反应有关;工业上可用碳酸钠与消石灰制取烧碱等。这些实例说明了沉淀-溶解平衡对生物化学、医学、工业生产以及生态学有着深远影响。
在这一章,将对沉淀-溶解平衡进行定量讨论,首先对物质溶解性做一般介绍,再对溶度积常数以及溶液的PH值、配合物的形成等对难溶物的溶解度的影响加以讨论。
§6、1 溶解度和溶度积
6、1、1、溶解度
溶解性是物质的重要性质之一。常以溶解度来定量表明物质的溶解性,溶解度被定义为:在一定温度下,达到溶解平衡时,一定量的溶剂中含有溶质的质量。对水溶液来说,通常以饱和溶液中每100克水所含溶质质量来表示。电解质的溶解度往往有很大的差异,习惯上将其划分为易溶、可溶、微溶和难溶等不同的等级。如果在100 g水中能溶解10g以上的,这种溶质被称为易溶的溶质;物质的溶解度在1-10 g/100gH2O的溶质称为可溶的;物质的溶解度在小于0.1 g/100gH2O时,称为难溶的;溶解度介于可溶与难溶之间的,称为微溶。绝对不溶解的物质是不存在的。
对于学习无机化学,了解无机化合物溶解性是十分重要的。现将常见机化合物的溶解性总结如下:
●常见的无机酸是可溶的;硅酸是难溶的。
●氨、工A族氢氧化物、Ba(OH)2是可溶的;Sr(OH)2,Ca(OH)2是微溶的;其余元素的氢氧化物多是难溶的。
●几乎所有硝酸盐都是可溶的;Ba(NO2)2是微溶的。
●大多数醋酸盐是可溶的;Be(Ac)2是难溶的。
●大多数氯化物是可溶的;PbCl2是微溶的;AgCl,Hg2C12是难溶的。
●大多数溴化物、碘化物是可溶的;PbBr2,HgBr2是微溶的;AgBr,Hg2Br2,
AgI,Hg212,Pbl2和Hgl2是难溶的。
●大多数硫酸盐是可溶的;CaSO4,Ag2SO4,HgS04是微溶的;SrS04,BaS04和PbSO4是难溶的。
●大多数硫化物是难溶的,IA,ⅡA族金属硫化物和(NH4)2S是可溶的。
●多数碳酸盐、磷酸盐和亚硫酸盐是难溶的;IA族金属(Li除外)和铵离子的这些盐是可溶的。
●多数氟化物是难溶的;IA族(L1除外)金属氟化物、NH4F,AgF和BeF2是可溶的;SrF2,BaF2,PbF2是微溶的。
●几乎所有的氯酸盐、高氯酸盐都是可溶的;KClO4是微溶的。
●几乎所有的钠盐、钾盐均是可溶的;Na[Sb(OH)6],NaAc•Zn(Ac)2•3U02(Ac)2•9H20和K2Na[Co(N02)6]]是难溶的。
利用溶解度的差异可以达到分离或提纯物质的目的。这里主要讨论微溶和难溶(以下统称难溶)无机化合物的沉淀-溶解平衡。
6、1、2、溶度积
在一定温度下,将难溶电解质晶体放入水中时,就发生溶解和沉淀两个过程。以硫酸钡为例如图6-1所示, 是由 和SO42-组成的晶体,将其放入水中时,晶体中的 和SO42在水分子的作用(碰撞和吸引)下,不断由晶体表面进入溶液中,成为无规则运动的水合离子,这是 的溶解过程。与此同时,已经溶解在溶液中的 和SO42 在不断运动中相互碰撞或与未溶解的 表面碰撞,一部分又被异电荷吸引而以固体 沉淀的形式析出,这是 的沉淀过程或结晶。任何难溶电解质的溶解和沉淀过程都是可逆的,开始时溶解速率较大,沉淀速率较小。在一定条件下,当溶解和沉淀速率相等时,便建立了一种动态的多相离子平衡,可表示如下:
(aq) SO42(aq)
或简写为:
SO42
沉淀溶解平衡标准常数为
或简写为
只与难溶电解质的性质和温度有关,而与沉淀量无关。温度升高,多数难溶化合物的溶度积增大。通常,温度对 的影响不大,若无特殊说明,可使用25℃数据。
当然,溶度积常数也与固体的晶型有关。
溶度积常数,在数据表中可查得。
举例:
Fe(OH)3 Fe3 3OH-
Ag2CrO4 2Ag (aq) CrO42-(aq)
Ca3(PO4)2 3Ca2 (aq) 2PO43- (aq)
在多相离子平衡体系中,必须有未溶解的固相存在,否则就不能保证系统处于平衡状态。有时这种动态平衡需要有足够的时间(甚至几天或更长)才能达到。