物质在水溶液中的稳定

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1、第三篇：湿法冶金原理第十二章物质在水溶液中的稳定性教学内容①影响物质稳定性的主要因素；②水的热力学稳定区；③电位—pH图的绘制方法与分析；④高温水溶液热力学和电位—pH图。教学要求①了解浸出、净化和沉积在湿法冶金中的应用；②了解物质在水溶液中的稳定性及其影响因素；③了解水的热力学稳定区的意义；④熟练掌握电位—pH图的绘制方法及其应用。教学重点和难点电位—pH图的绘制方法与分析。目录12.1影响物质稳定性的主要因素12.2水的热力学稳定区12.3电位-pH图的绘制方法与分析12.4高温水溶液热力学和电位-pH图12.1影响物质

2、稳定性的主要因素物质在水溶液中的稳定程度主要决定于溶液中的pH值、电位及反应物的活度。1pH值对反应的作用根据如下反应：Fe(OH)3=Fe+3OH－（1）以此反应为例，可以推导出反应（1）的平衡条件是：结论：物质在水溶液中的溶解度，或叫稳定性程度，同种物质随溶液的pH值的不同而变，且不同物质在同样pH值下的稳定程度也不一样。这样，就可以控制溶液的pH值，使同一物质或不同物质的反应向预定方向进行，即使某些物质在溶液中稳定，而另一些物质在溶液中不稳定发生沉淀，达到分离的目的。2电位对反应的作用在湿法冶金过程中存在着许多氧化、还

3、原反应。一般说来，存在有两类氧化-还原反应。一类是简单离子的电极反应，例如：Fe2+十2e＝Fe另一类是溶液中离子间的反应，例如：Fe3+＋e＝Fe2+（1）简单离子的电极反应该反应的通式是：Mez+＋ze=Me以Fe2+十2e＝Fe为例，此类反应的平衡电位（εe）与水溶液中金属离子之间的关系，可由能斯特公式求出：(2)溶液中离子之间的反应以Fe3+＋e=Fe2+为例，此类反应的电极电位与溶液中离子活度之间的关系是：用同样方法可以计算出其它各半电池反应的平衡电极电位关系式。当溶液中离子活度已知时，便可算出在该条件下的平衡电极

4、电位。结论：控制溶液中的电位，就可以控制反应的方向和限度。当控制电位高于溶液的平衡电极电位时，溶液中的元素就向氧化方向进行，直到控制电位与溶液的平衡电极电位相等时为止。相反，溶液中的元素则向还原方向进行，也是至两电位相等时为止。3形成配合物对反应的作用设配合剂L不带电，形成配合物的反应通式为:上式便是配合物的平衡电极电位计算式。如果已知配合物的活度、配合剂的活度和配合物的离解常数，就可以求出形成配合物的平衡电极电位值。现以银为例来计算形成配合物对标准电极电位的影响。当不生成配合离子时：Ag+＋e=Ag生成配合离子时：Ag(C

5、N)-2+e=Ag+2CN-当温度为298K时：用同样的方法，可以求出：结论：以上计算结果表明，当生成配合离子后，显著降低了Au、Ag被氧化的电位。这是因为溶液中存在有CN－时，配合物显著降低了可被还原的Au、Ag的有效浓度。Au+、Ag+易被还原，而Au(CN)2-、Ag(CN)2-是较难还原的。所以，形成配合离子使金、银被氧化变得很容易，即金、银以配合离子稳定于溶液中。12.2水的热力学稳定区1水的热力学稳定区域图的绘制(1)如果在给定条件下，溶液中有电极电位比氢的电极电位更负电性的还原剂存在，还原过程就可能发生。而在酸

6、性介质中决定于电化学反应2H+＋2e=H2，或者在碱性溶液中决定于电化学反应2H2O＋2e=H2＋2OH－。氢电极电位以下式表示：298K时：(a)(2)如果在给定条件下，溶液中有电极电位比氧的电极电位更正电性的氧化剂存在，氧化过程就可能发生。而在酸性溶液中决定于电化学反应2H2O－4e=O2＋4H+，或者在碱性溶液中决定于电化学反应40H－－4e=O2＋2H2O。氧电极电位可以下式表示：298K时，(b)1－在为101325Pa（1atm）时氧电极电位随pH值的变化；2－在为101325Pa（1atm）时氢电极电位随pH值

7、的变化。a－Au3+/Au；b－Fe3+/Fe2+；c－Cu2+/Cu；d－Ni2+/Ni；e－Zn2+/Zn图12-1水溶液稳定存在的区域根据(a)和(b)式，可以绘出水的热力学稳定区域图。2水的热力学稳定区域图的分析通过对图12-1的分析，可以作出以下几点结论：凡位于区域Ⅰ中其电极电位高于氧的电极电位的氧化剂（例如Au3+）都会使水分解而析出氧气。直至导致两个电极电位值相等时为止。(2)凡位于区域III中其电极电位低于氢的电极电位的还原剂（例如Zn），在酸性溶液中能使氢离子还原而析出氢气。直至导致两个电极电位值相等时为止

8、。(3)电极电位处在如图12-1中线d所示位置的Ni2+－Ni体系及其它类似的体系，其特点是，此类体系可以与水处于平衡，也可以使水分解而析出氢气，这要看溶液的酸度如何而定。以线1和线2所围成的区域II，就是所谓的水的热力学稳定区。据以上分析可见，电极电位在区域II之内的一切体系，从它们不与