2011年6月14日 星期二

選擇性沈澱 Selective Preciptitation


化學原理啟迪207
1.     溶液的金屬離子混合物透過選擇性沈澱分離,利用含有陰離子反應物的溶液,與混合溶液其中一種金屬離子形成沈澱物。
2.     舉例來說,假設有一份溶液含有Ba2+Ag+離子,增加NaCl到溶液中,會反應形成AgCl的白色固體沈澱;但因為BaCl2是可溶的,Ba2+離子仍會游離在溶液中。
3.     【例題】有一份溶液含有1.0×104 M Cu+2.0×103M Pb2+。如果我們慢慢加入I到這份溶液裡,將會先形成PbI2Ksp=1.4×108)或CuIKsp5.3×1012)沈澱?判斷每一種鹽類沈澱需要的I濃度。
4.     【解題】PbI2溶解度積常數Ksp
1.4×108Ksp[Pb2+][I]2
5.     因為溶液中[Pb2+]2.0×103M,在沒有造成PbI2沈澱條件下,I的最大濃度可Ksp計算出來:
1.4×108[Pb2+][I]2(2.0×103)[I]2
[I] 2.6×103 M
I濃度超過2.6×103 M就會造成PbI2固體沈澱
6.     同樣地,CuIKsp
5.3×1012[Cu+][I](1.0×104)[I]
[I] 5.3×108 M
I濃度超過5.3×108 M這個就會造成CuI固體沈澱
7.     I加入的混合溶液同時含有Cu+Pb2+CuI將會先沈澱,因為它需要的[I]濃度較低。所以,利用反應試劑I,就能夠讓Cu+Pb2+分離。
8.     各種金屬硫化物鹽類的溶解度有極大的不同,所以硫離子經常用來分離金屬離子,進行沈澱性選擇。舉例來說,假設有一份溶液含有103M Fe2+103M Mn2+混合物。因為FeSKsp3.7×1019MnSKsp2.3×1013)難溶解低,一點一點增加S2到混合液中會造成FeS沈澱,讓Mn2+仍舊溶解於溶液中。
9.     利用硫離子sulfide ion當沈澱反應的反應試劑的一個實際原因是,它是鹼性的,我們可透過溶液的pH值操控它的濃度。H2S雙質子酸,解離分為二個階段:
H2S(aq) ←→ H+(aq)  + HS(aq)   Ka1=1.0×107
HS(aq)  ←→ H+(aq)  + S2(aq)   Ka21.0×1019
10. 特別留意,從Ka2值很小可以知道,S2離子強烈地吸引質子。在酸性溶液([H+]質子濃度很大),[S2]相對較小,因為這個環境條件使得解離平衡位置在左邊。另一方面,在鹼性溶液[S2]硫離子濃度比較大,因為[H+]質子濃度低會把二次解離的平衡位置往右拉,產生較大量的S2
11. 所以,最難溶解的硫化物鹽類,例如CuSKsp=8.5×1045)和HgSKsp=1.6×1054),會在酸性容液中沈澱,而較易溶解的物質,例如MnSKsp=2.3×1013)和NiSKsp=3×1021)仍持續溶解於酸性溶液中。然後,我們讓溶液變得有點鹼性,較易溶解的硫化物就會沈澱下來。
12. 【量化分析 Qualitative Analysis】標準的混合溶液的量化分析表,溶液中含有所有常見的陽離子,依據他們的溶解度分成五組(這五組與元素週期表沒有直接關係)。每一組用特定的離子沈澱分離。
13. 第一組不溶的氯化物 GroupⅠinsoluble chlorides
當氯化氫HCl加入一份含有各種陽離子混合溶液中,只有銀Ag+、鉛Pb2+、和汞Hg22+會沈澱成氯化物。其他的氯化物都是可溶的、游離在溶液中。移除第一組的沈澱物,剩下的離子用硫離子分離。
14. 第二組在酸性溶液中不溶的硫化物 GroupⅡsulfides insoluble in acid solution
移除不溶的氯化物之後,溶液仍然呈現酸性,因為之前加入了HCl。接著加入H2S到溶液,最不溶解的硫化物(汞Hg2+、鎘Cd2+、鉍Bi3+、銅Cu2+和錫Sn4+)將沈澱,因為溶液中含有高濃度的H+,所以[S2]的濃度很低。

15. 第三組-在鹼性溶液中不溶硫化物 GroupⅢsulfides insoluble in basic solution
在這個階段我們會把溶液變得比較趨於鹼性,並且增加更多的H2S。鹼性溶液能夠產生高濃度的[S2],這能夠讓溶解度比較高的硫化物沈澱。能與硫離子反應產生硫化物沈澱的陽離子是鈷Co2+、鋅Zn2+、錳Mn2+、鎳Ni2+和鐵Fe2+。如果溶液裡還有鉻Cr3+和鋁Al3+離子,他們也會沈澱,但是是和氫氧根離子OH結合,成為不溶的氫氧化物(請記得我們已經把這個溶液變成鹼性的了)。
16. 第四組-不溶的碳酸鹽 GroupⅣinsoluble carbonates
到這一步為止,元素週期表上的鹼金族1A和鹼土族2A以外的陽離子都沈澱了。當溶液加入CO322A族形成不溶的碳酸鹽,並且沈澱。舉例來說,鋇Ba2+、鈣Ca2+和鎂Mg2+CO32形成固體的碳酸鹽沈澱,能夠從溶液中單獨取出。
17. 第五組-鹼金屬與銨離子 GroupⅤalkali metal and ammonium ions
到這個階段溶液裡面還剩下的離子是1A族陽離子,它們都能與NH4+離子形成不溶的鹽類。用火焰燃燒1A族的陽離子會顯現出它們的獨特顏色。離子釋出的光譜導致每一種元素特殊的燃燒色彩。
n   翻譯編寫Steven S. ZumdahlChemical Principles 圖片來源:FUNDAMENTAL PHOTOGRAPHS

徐弘毅:
1.     選擇性沈澱,是指把溶液中各種陽離子沈澱下來的方法,包括加入某些陰離子、調整酸鹼度、溫度……等等
當氯化氫HCl加入一份含有各種陽離子混合溶液中,只有銀Ag+、鉛Pb2+、和汞Hg22+會沈澱成氯化物。
2.     每天社會上的新聞那麼多,要從新聞當中挑出重點的工作是各新聞媒體主管,又叫做「守門員」,他們主要的責任是過濾資訊。到底一名媒體主管應該做哪些動作,才能篩選、沈澱出對百姓有利的重要資訊?
3.     一、新聞媒體主管一定要不斷地多元學習,閱讀各領域的國外大學教科書。媒體主管如果無知,就會限制新聞記者的自由,造成媒體吹捧怪力亂神,所挑選出來的資訊就會沒有知識性、沒有長久性、也經常違背「世界人權宣言」。
4.     二、新聞媒體主管一定要德智體群美五育均衡並重,養成良好的生活習慣,絕對不應該出入情色場所,勾結權貴階級,接受政黨酬庸,絕對不應該擔任政黨的黨工,否則都會有偏見而成為權貴階級的奴才。
5.     三、新聞媒體的主要工作是監督「行政、立法、司法」三權,所以稱為第四權。所以新聞媒體主管就是以揭發行政、立法、司法權貴階級的醜惡為最主要的工作。只有最嚴格的標準監督這些權貴,才能保障人民的基本人權;新聞媒體是社會公器,「人民」才是媒體真正的主人新聞媒體的所有播報內容都要以維護百姓利益為核心
6.     四、新聞媒體主管一定要經常監督其他媒體是否專業,不要整天想著自己要跳槽升官,應該不斷地揭發同業與新聞學教授的醜聞,這樣才能達到媒體自律的理想。
7.     五、新聞媒體要成為社會大眾與學者溝通的平台,要為弱勢者發聲,並要求學者專家提出具體可行的解決之道,然後要求政府官員達成。一方面要反應民意,一方面要把口齒不清的學者的學術用語,翻譯成平易近人的白話文,讓行動遲緩的政府官員速度快一點。
8.     全世界公務人員的通病就是行政效率緩慢、動作遲緩,全世界學者最主要的毛病就是口齒不清、不會講白話文、沒有溝通能力;新聞媒體主管的工作就是要讓社會弱勢的聲音與需求,透過學者與政府機構來解決。

1 則留言:

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