第三講水溶液模型

第三講水溶液模型第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容研究水溶液模型的意義、目的；復(fù)習(xí)絡(luò)合物的知識(shí)；(1)絡(luò)合物的穩(wěn)定性；(2)簡(jiǎn)單的Me－H2O系；(3)含多種金屬多種配位體的溶液模型。建立水溶液模型的方法與步驟。第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月意義、目的：

Zn→HCl中→ZnCl2(中學(xué)知識(shí))

水溶液中的金屬并不總是以簡(jiǎn)單的陽離子Me2+的形態(tài)存在，常常與同時(shí)存在于水溶液中的配位體生成各種形式的絡(luò)合物。金屬在水溶液中的物種形式隨溶液成分的改變而變化。第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月意義、目的：濕法冶金更應(yīng)進(jìn)一步，了解金屬離子在水溶液的形態(tài)，以便指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月意義、目的：

研究一些濕法冶金過程，例如：萃取、離子交換等，建立水溶液模型，知道水溶液中金屬的物種形式以及它們的平衡濃度，有助于闡明這些過程的化學(xué)機(jī)理，并可以幫助人們選擇合適的萃取劑與離子交換劑;或者反之，在使用一定的萃取劑與離子交換劑時(shí)，調(diào)整溶液成分以使過程達(dá)到優(yōu)化，從而取得最好的結(jié)果。

第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月意義、目的：通過建立水溶液模型，就能解決水溶液中各種物種、絡(luò)合物的問題。第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月絡(luò)合物的生成：

配位體：能夠與溶液中金屬陽離子形成絡(luò)合物的陰離子。在一般的濕法冶金過程中，水溶液所含配位體有：F1-，Cl1-，I1-,，SO42-，HSO41-,CN1-，CO32-，HCO31-，NH3，OH1-等。此外，部分有機(jī)物，如：有機(jī)酸（檸檬酸）也可以作為絡(luò)合體。第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月絡(luò)合物的穩(wěn)定性：

假定二價(jià)金屬離子Me2+與負(fù)一價(jià)配位體為L(zhǎng)1-生成絡(luò)合物，反應(yīng)為式中：i為配位數(shù)，i＝1,2,3,……..。第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月絡(luò)合物的穩(wěn)定性：

絡(luò)合物的穩(wěn)定性可以用其累積生成常數(shù)來表征。平衡常數(shù)：稱為累計(jì)平衡常數(shù)，也稱為穩(wěn)定常數(shù)。式中[]內(nèi)為溶解物種的濃度。第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月絡(luò)合物的穩(wěn)定性：實(shí)例：累積平衡常數(shù)為第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月絡(luò)合物的穩(wěn)定性：

該實(shí)例具有現(xiàn)實(shí)意義。因?yàn)楹芏嘟饘匐x子能與OH-生成絡(luò)合物。即使水溶液中不含其他任何配位體時(shí)，也有OH-這一配位體存在，其絡(luò)合反應(yīng)也是不可忽略的。第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月絡(luò)合物的穩(wěn)定性：復(fù)習(xí)有關(guān)pH的概念：水的離解常數(shù)

(室溫)第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月絡(luò)合物的穩(wěn)定性：所以：第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月絡(luò)合物的穩(wěn)定性：因此：第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月絡(luò)合物的穩(wěn)定性：另一種表達(dá)式為：第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月絡(luò)合物的穩(wěn)定性：在計(jì)算時(shí)，采用上述兩種表達(dá)式均可，應(yīng)根據(jù)所掌握的數(shù)據(jù)而定。與可以互換，其互換關(guān)系為：第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月簡(jiǎn)單的Me－H2O系：在簡(jiǎn)單的Me－H2O系溶液中，除OH-外沒有其它的配位體。因此，在這樣的水溶液中金屬物種有Me

與n種型絡(luò)合物(i＝1,2,3…..，n)。各物種的平衡濃度為：第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月簡(jiǎn)單的Me－H2O系：金屬的物質(zhì)平衡為：或式中－水溶液中金屬的總濃度(分析濃度)；－水溶液中游離的Mez+離子濃度。第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月簡(jiǎn)單的Me－H2O系：水溶液中某一型物質(zhì)所占分?jǐn)?shù)為：

游離的離子所占分?jǐn)?shù)為：第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月簡(jiǎn)單的Me－H2O系：例如：Zn－H2O系溶液中物種的分布為：

lglgZn2+＋OH-=ZnOH+5.04-9.0Zn2+＋3OH-=Zn(OH)3-13.9-28.1Zn2+＋4OH-=Zn(OH)42-15.2-40.9計(jì)算結(jié)果見P73圖3-1所示。需要特別指出的是：As－H2O系和Sb－H2O系的情況有所不同。(P73)第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月簡(jiǎn)單的Me－H2O系：第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月含多種金屬多種配位體的溶液模型：如果溶液中含有n種金屬，(p=1,2,3,…..n)。溶液中含有m種配位體，(j＝1,2,3,…..m)，其中包括OH-。每一種配位體的加質(zhì)子反應(yīng)為：第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月含多種金屬多種配位體的溶液模型：若每一種金屬僅生成單核絡(luò)合物：

(i＝1,2,3,….6)，每種金屬可生成的絡(luò)合物共6種。n種金屬可生成的絡(luò)合物共6nm種。(博士生課程)第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月建立水溶液模型的方法與步驟：例1：銅氨溶液中，已知目的：求在溶液中各種物種的平衡濃度。第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月建立水溶液模型的方法與步驟：第一步：寫出水溶液中存在的所有水溶物種。

Cu2+，Cu(NH3)2+

，Cu(NH3)22+，Cu(NH3)32+，

x0，x1，x2，x3，

Cu(NH3)42+，Cu(NH3)52+，Cu(NH3)62+，

x4，x5，x6，

Cu(OH)+

，Cu(OH)20，Cu(OH)31-，Cu(OH)42-，

x7，x8，x9，x10，

NH3，NH4+，H+

x11，x12，x13第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月建立水溶液模型的方法與步驟：第二步：用代碼代替這些物種的平衡濃度。為方便計(jì)算，分別用x0，x1，x2.。。。。。x13表示。第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月建立水溶液模型的方法與步驟：第三步：寫出13個(gè)方程式。(1)水溶液中Cu的物質(zhì)平衡方程。(2)水溶液中NH3的質(zhì)量平衡方程。第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月建立水溶液模型的方法與步驟：(3)NH3的加質(zhì)子反應(yīng)。

NH3+H+=NH4+注：如果配位體為Cl－，則少一個(gè)加質(zhì)子反應(yīng)及方程。

第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月建立水溶液模型的方法與步驟：(4)Cu2+－NH3絡(luò)合物的累計(jì)生成常數(shù)方程（6個(gè)）。

Cu2+＋NH3=Cu(NH3)2+

..第29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月建立水溶液模型的方法與步驟：(5)Cu2+－OH-絡(luò)合物的累計(jì)生成常數(shù)方程（4個(gè)）。

Cu2+＋OH-=Cu(OH)+

..第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月建立水溶液模型的方法與步驟：(6)電荷平衡方程。（如果已知條件給出pH，則可以不要該方程）第31頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月建立水溶液模型的方法與步驟：采用Newton－Raphson法（疊代法）計(jì)算上述13(或14)個(gè)方程式