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沉淀

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化学反应中的沉淀产生过程
化学反应中的沉淀产生过程

化学上,沉淀(英语:precipitation)是指从溶液中析出固体物质的过程,也指在沉淀过程中析出的固体物质。事实上,沉淀多为难溶物(20°C时溶解度<0.01g)。在化学实验和生产中广泛应用沉淀方法进行物质的分离。

水处理中指悬浮物在水中下沉,是悬浮物和水在密度上的差异形成的。

生成原因

化学中沉淀的产生是由于化学反应而生成溶解度较小的物质,或者由于溶液的浓度大于该溶质的溶解度所引起的。

沉淀物

理想的沉淀物溶解度低(溶度积常数小)、容易过滤(颗粒大),再烘干至一定温度后,组成一定、杂质少且稳定性高。以下就沉淀物的颗粒、杂质、烘烧分别加以说明。

颗粒大小

沉淀物的颗粒大小受到相对过饱和度、沉淀物溶解度、反应物浓度、静置时间、温度、电解质等因素的影响。

相对过饱和度,其中Q表示瞬间局部区间沉淀剂的浓度,S是沉淀物的溶解度。

在沉淀过程中沉淀物可以是许多小颗粒,也可以由小颗粒长成大颗粒,此两种机制即受到相对过饱和度大小的影响。若小,会有利于沉淀物颗粒长大。为了使颗粒长大,Q要小S要大,慢慢加入浓度低的沉淀剂,不时搅拌可使Q值变小,加热可以使S值增加,这些做法可使相对过饱和度变小,而使颗粒变大。

将沉淀物与原溶液一起静置一段时间后,亦可使沉淀颗粒变大。在静置期间,沉淀物的溶解与生成不断地进行,为动平衡状态。由于小颗粒表面积大,在同样质量下,小颗粒的表面积比大颗粒的大,因此溶解速度快。静置过程中,小颗粒沉淀物减少,大颗粒沉淀增加。

较高的温度可以使上热使沉淀物颗粒变大的这种操作方法叫浸煮。

沉淀物表面带有相同的电荷,互相排斥不易凝聚。加入电解质可以减少斥力,而凝聚成大颗粒。

杂质与提纯

在沉淀生成的过程,可能会吸附或包裹杂质于沉淀物中。由于小颗粒沉淀的比表面积较大,所以吸附较严重,而沉淀颗粒大可减少杂质的吸附[1]。沉淀物包裹的杂质可经由过滤使沉淀物与原溶液分离后,再将沉淀物溶解于适当溶液及加入沉淀剂再沉淀的方式可以减少杂质含量[2]

当沉淀物过滤时,也可以使用含电解质的溶液清洗沉淀物,以减少吸附的杂质。清洗溶液所含的电解质,必须要能于烘干过程中受热挥发,或受热分解为气体。例如:以稀氢氯酸清洗氯化银沉淀后,氢氯酸能于加热过程中变成气态,以得到去除了可溶杂质的氯化银

用含电解质的溶液而不是水清洗沉淀,是为了避免水清洗造成原本已凝聚的胶体沉淀,因为失去电解质而又分散成胶体颗粒,不利于沉淀的过滤。

烘干与灼烧

过滤所得的沉淀物需加热,以烘干去除溶剂及挥发性物质。但部分沉淀物还要灼烧才能得到所需的化合物。例如:草酸钙在225°C时,会去除结晶水,生成无水草酸钙;但在900°C时,无水草酸钙会分解成氧化钙,因此,需要注意受灼烧化合物的性质与灼烧温度。

化学方程式内的标记

通常在化学反应方程式中沉淀会被标上“↓”,如:

Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O

从液相中产生可分离固相物的过程

常见沉淀

过渡金属碱和过渡金属的碳酸盐多为沉淀。

化学式 名称 溶解度(20°C时,单位:g
(有括号的为括号内温度下的溶解度)
颜色
AgBr 溴化银 黄色
AgCl 氯化银 8.9*10-5(10) 白色
AgI 碘化银 黄色
AlOH3 氢氧化铝 白色
BaCO3 碳酸钡 2*10-3 白色
BaSO4 硫酸钡 2.22*10-4(18) 白色
CaCO3 碳酸钙 1.4*10-3(25) 白色
CuCO3 碳酸铜
CuOH2 氢氧化铜 蓝色
CuS 硫化铜 黑色
FeCO3 碳酸亚铁
FeOH2 氢氧化亚铁 白色
FeOH3 氢氧化铁 红褐色
Hg2Cl2 氯化亚汞 白色
MgCO3 碳酸镁 白色
MgOH2 氢氧化镁 白色
MnCO3 碳酸锰 6.5*10-3 玫瑰红[来源请求]
MnOH2 氢氧化锰
PbI2 碘化铅 黄色
PbSO4 硫酸铅
SrSO4 硫酸锶
ZnCO3 碳酸锌 0.001 无色
ZnOH2 氢氧化锌
ZnS 硫化锌 白色

参见

参考资料

  1. ^ 沉淀的沾污. chemlabs.nju.edu.cn. [2019-02-09]. (原始内容存档于2019-02-09). 
  2. ^ 刘, 新泳; 刘, 兆鹏. 实验室有机化合物制备与分离纯化技术 第一版. 北京: 人民卫生出版社. 2011. ISBN 9787117137591. OCLC 885565773. 

书籍

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