第4章 沉淀
无机化学(三) 第四章 沉淀-溶解平衡
时，溶液中存在如下平衡：
溶解
AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq)
结晶
平衡常数：
KsӨ(AgCl) = {ceq(Ag+)/cӨ}·{ceq(Cl-)/cӨ}
不考虑量纲时: Ks(AgCl) = ceq(Ag+)·ceq(Cl-)
当温度一定时, Ks(AgCl) 恒定, 把此平衡常数称“溶度
初始浓度: [Fe3+]=0.10/2=0.050mol/L
[NH43+]=0.20/2=0.10mol/L
加入NH3/NH43+混合液前
[NH3·H2O]=0.20/2=0.10mol/L 平衡时，根据缓冲溶液计算公式可得：
[OH-]=(Ks/0.10 )1/3 =2.98×10-13mol/L
[OH-] = Kb×[NH3·H2O]/[NH4+]
加入NH3/NH43+混合液后，
≈ Kb = 1.7×10-5 溶解
[OH-]升高，Q{Fe(OH)3}增 大，且大于Ks{Fe(OH)3} ，
Fe(OH)3(s)
Fe3+(aq)+3OH-(aq) 发生沉淀。
结晶
NH3/NH43+混合液就
那么: Q = [Fe3+] ·[OH-] 3 = 2.5×10-16 > Ks 所以: 有Fe(OH)3沉淀生成
平衡浓度(mol/L):
结晶 ns
ms
溶度积：Ks(AnBm) = (ns)n·(ms)m = nn·mm·sn+m
则有： s nm Ks (nnmm )
<例1>
25℃时,Ks(AgCl) = 1.77×10-10, Ks(Ag2CrO4) = 1.12×10-12,
第四章 沉淀滴定法
第四章沉淀滴定法§4-1沉淀溶解平衡以沉淀反应为基础的滴定分析方法称为沉淀滴定法。
沉淀滴定法除必须符合滴定分析的基本要求外，还应满足：1．沉淀反应形成的沉淀的溶解度必须很小．2．沉淀的吸附现象应不妨碍滴定终点的确定。
沉淀滴定法主要用于水中Cl－离子、Ag＋离子等的测定一、溶度积常数1 溶解度和溶度积微溶化合物MA在饱和溶液中的平衡可表示为MA(s)→M+ (L)+A-(L)式中MA s、M L、A L，中下角码(S)和(L)分别表示固态和液态．在一定温度下当微溶化合物MA沉淀溶解平衡时，其溶度积为一常数KΘsp=αM+.αA-例如AgCl(s)→ Ag+(aq) + Cl- (aq)当溶解与结晶速度相等时，达到平衡状态K AgCl为一常数：K AgCl = [Ag+][ Cl-]该常数称为溶度积常数，用Ksp表示。
AnBm(s)→nA m+ (aq) + mB n- (aq)则Ksp AnBm= [A m+]n[B n-]m同一类型的电解质，可以用Ksp直接比较溶解度的大小，不同类型的难溶电解质，不能用Ksp比较。
对MmAn型沉淀．溶度积的计算式为令该沉淀的溶解度为S，即平衡时每升溶液中有Smol的MmAn溶解，此时必同时产生mSmol的M n+和nS mol的A m-．即其中m,n是离子前的系数例如F e(OH)3是1－3型沉淀2．条件溶度积在一定温度下，微溶电解质MA在纯水个其溶度积Ksp是一定的，它的大小是由微溶电解质本身的性质决定的。
外界条件变化，如pH值变化、络合剂的存在，也会使沉淀溶解平衡中除主反应外，还有副反应发生。
考虑这些影响时的溶度积常数称为条件溶度积常数、简称条件溶度积。
用K'sp表示。
Ksp与K'sp 的关系是式中 K'sp一一条件溶度积，Ksp——微溶化合物的溶度积为微溶化合物水溶液中M和A的副反应系数。
与络合平衡中算法相同。
当pH值、温度、离子强度、络合剂浓度等一定时．K'sp是—常数。
第四章 沉淀溶解平衡
解：c(Ba2+)=0.02×10/20=0.01mol/L c(SO42-)=0.002×10/20=0.001mol/L [ Ba 2 ] 0.02 10 / 20 0.01mol / l 2+)c(SO 2-)=0.01×0.001=1.0×10-5>K Q=c2(Ba 4 sp [ SO4 ] 0.002 10 / 20 0.001mol / l 5 有沉淀生成 Q 0.01 0.001 10 K 有沉淀生成
当溶液中存在同离子效应时，必然也有盐效 应，这两种效应对难溶强电解质所产生 的影 响恰好相反。
随着Na2SO4浓度 的增加，难溶电 解质的溶解度先 减小(同离子效应 起主导作用)，而 后增大(盐效应起 主导作用)。
如果电解质溶解度很小，盐效应的影响实际上很小，同离 子效应对难溶强电解质的溶解度的影响远大于盐效应的影 响。二者同时存在时，在近似计算中可以忽略盐效应。
K sp 0.01
1.77 10 mol / L
8
纯水中:
AgCl Ag Cl
s
10
s
5
s K sp 1.77 10
1.33 10 mol / L
发现：同离子效应使沉淀的溶解度降低。 所以为了控制使某些离子沉淀完全，可采取：
一般对不易除去的沉淀剂, 可过量20%—50%； 对于在烘干或灼烧时易挥发的沉淀剂可过量50~100%；
沉淀剂不宜过量太多，否则将有盐效应使溶解度增大。
b．盐效应 实验发现: 一定温度下，BaSO4, AgCl等难溶强电解质在KNO3
溶液中的溶解度比在纯水中大，并且硝酸钾的浓度
越大，难溶强电解质的溶解度和溶度积也越大。
第4章沉淀法和结晶及区域熔炼和晶体生长
AgCl，1.7 SrSO4，10 BaSO4，32 PbCrO4，45
正如在化学反应中有一个活化能的势垒一样，在结晶之前存在着 一个需要克服的势垒，而过饱和度就是表示这个势垒的大小。
2。依前题若是纯品甲的溶解度大于乙的溶解度， 比如说在室温时(15℃)每100毫升溶剂能溶解纯 晶甲10克，溶解乙2克，若此粗制品在100毫升 热溶剂中已能全部溶解。那么待冷至室温，坶液中 含有纯品甲10克，乙2克，析出结晶中含有纯品 甲37.5克，乙0.5克。这样杂质的含量已相对地 减少了。若再将其溶解于80毫升的热溶剂中。待 冷至室温，母液中含有纯品甲8克及乙0.5克而析 出的结晶为纯品甲29.5克。若将第二次母液蒸千， 残渣再用20毫升溶剂重结晶，这时母液中含有纯 品甲2克，乙0.4克，而析出的结晶中含纯品甲6 克，乙0.1克。再用6毫升溶剂重结晶一次，可得 到纯品甲5.4克。连前共得纯品甲34.9克。
因为
一方面由于乙醚的易燃性，用起来应特别小心； 另一方面乙醚易沿瓶壁挥发而被溶物质析出于瓶壁上，以致影 响结晶的纯度。
在选择溶剂时必须考虑到被溶解物质的结构，因为溶质往往易溶于 与其结构近似的溶剂中。极性物质较易溶于极性溶剂，而难溶于非 极性溶剂，这种溶解度的规律对实验工作有一定的指导作用。例如 欲纯化的物质是非极性的化合物。试验巳知其在异丙醇中的溶解度 太小，不合于做溶剂之用，则一般不必再试验极性更强的溶剂，如 甲醇、水，而相反地应试验极性较小的溶剂。当然，溶剂最终选择， 只能用实验方法来决定。 若不能选择出一种单一的溶剂进行重结晶，则可应用混合溶剂。混 合溶剂一般现两种能以任何比例互溶的溶剂组成，其中一种较易溶 解待结晶的物质，另一种较难溶解。一般常用的混合溶剂有乙醇与 水，乙醇与乙醚，乙醇与丙酮，乙醇与氯仿，二氧六环与水。乙醚 与石油醚等。
第4章沉淀
4.1杂质颗粒在静水中的沉淀 4.2沉砂池、平流式沉淀池、辐流式沉淀池 4.3斜板、斜管沉淀池 4.4澄清池 4.5浓缩 4.6水中造粒 4.7气浮
No. 1
4.1杂质颗粒在静水中的沉淀
一、概述 二、沉淀类型的分析 三、理想沉淀池的沉淀原理
No. 2
一、概述
沉淀法的处理对象：悬浮物质 根据悬浮物质的性质、浓度和絮凝性能， 沉淀可以分为四类： 1、自由沉淀 2、絮凝沉淀 3、成层沉淀 4、压缩沉淀
No. 14
(三)成层沉淀与压缩沉淀
当水中悬浮物质的浓度很高时 (5000mg/L以上)时，开始沉淀以后，水 样会很快形成上清液与污泥层之间的清 晰界面。污泥层内的颗粒之间的相对位 置稳定，沉淀表现为界面的下沉，而不 是单颗粒下沉，沉速用界面沉速表示。
No. 15
A：等速沉淀区 B:过度区 C:压缩区
3、成层沉淀
定义： 沉淀过程中絮凝的悬浮物形成层状物， 成整体沉淀状，形成较明显的固液界面。 常见于：活性污泥法的二沉池、污泥浓 缩池、化学凝聚沉淀
No. 6
4、压缩沉淀
定义： 沉淀过程中最后悬浮颗粒相聚于水底， 互相支撑，互相挤压，发生进一步沉降
No. 7
在实际的活性污泥法二沉池及浓缩池中 沉淀与浓缩的过程中，都顺序存在着1、 2、3、4这四种类型的沉淀过程，只是 产生各类沉淀的时间长短不同而已。
是一种通量的概念
No. 22
可见，沉淀池的截留速度u0等于其表面 负荷。也即沉淀效率取决于颗粒沉速或 表面负荷，与池深和停留时间无关。 通过静置沉淀试验，根据要求达到的沉 淀总效率，求出颗粒沉速后也就确定了 沉淀池的溢流率。
No. 23
在实际沉淀池中，情况要比理想沉淀池复 杂得多，前面的假定都会因紊流、风吹、
第4章、沉淀
式（4－14）表明，截留沉速u0和表面负荷q在 数值上相等，但两者含义不同。
2、沉淀效率 （1）沉速为ui＜u0的某一特定颗粒的去除率E 设原水中沉速ui＜u0的颗粒的浓度为C，由图4－ 7，沿着高度h内进入沉淀池的沉速为ui的颗粒能全部沉 到池底被去除。故有：
QcC hBvC h h/ t ui = = = = E= QC HBvC H H / t u0
在水处理中，根据悬浮物的浓度和絮凝性能， 悬浮物分离沉降分为下列四种形式： 1、分散颗粒的自由沉淀 当颗粒浓度较低，在沉降过程中不受颗粒彼此间影 响时，称为自由沉淀。 分散颗粒系指不具絮凝性能的颗粒，即下沉过程 中，颗粒的大小、形状、重量不会发生变化。分散 颗粒的沉降也称为自然沉淀。 低浓度沉砂和预沉一般属此类沉降。 2、絮凝颗粒的自由沉淀 絮凝颗粒指具有絮凝性能的颗粒，絮粒因碰撞聚集 生成更大的絮体，在沉降过程中颗粒的沉速随絮凝 体增大而改变。絮凝颗粒的沉降也称为絮凝沉降。 大多数混凝沉淀均属此种类型。
第4章 沉
概述
淀
原水经过混合与絮凝过程后，水中胶体杂质已形 成粗大絮凝体，必须采取某些处理方式使絮凝体从水 中分离出来，从而获得澄清水。通常可采用沉淀池、 澄清池或者气浮池工艺来去除水中悬浮颗粒。 当水中悬浮颗粒比重大于1时，可采用沉淀方法 去除。沉淀是指在重力作用下将悬浮颗粒从水中沉降 分离的工艺 。沉淀可用于简单的沉砂、预沉和混凝、 软化后的悬浮物去除，以及污泥的浓缩等。 当水中悬浮颗粒比重小于1时，可采用气浮方法 去除。气浮方法通常用于处理含藻类较多的湖泊水。
C0 H 0 CP = HP
（4－8）
式（4－8）为—个很重要的关系式。它表达了下 述关系：在高度H0 内均匀浓度为C0 的悬浮物总量， 与高度为HP 内均匀浓度为CP 的悬浮物总量完全相 等。 该切线的斜率即表示浓度为CP 的浑液面下沉速 度，其值为： HP − H vP = （4－9)
第4章沉淀反应
（4）代入数据后，求值或解方程
其中（2）是关键步骤
C Sr3(PO4)2的溶度积KSP表达式是________
A. KSP = [Sr2+][PO43-] B. KSP = [3Sr2+][2PO43-] C. KSP = [Sr2+]3[PO43-]2 D. KSP = [Sr32+][(PO4)23-]
= 2.8 10－ 9
所以 CaCO3在水中的溶解度
s = 5.3 10－5 mol•dm－3
Ksp 与 s 之间的数量关系，取决
于离子的平衡浓度与 s 之间的数量关 系。 例如在本例中 [ Ca2+ ] 和 [ CO32－ ] 均等于 s。
例 4. 13
298 K 时，Ag2CrO4 的溶解
2.沉淀的溶解（沉淀的转化）
（1）生成弱电解质
Mg(OH)2(S) Mg2＋＋2OH－
HCl
H2O ZnS Zn2+ + S2NH4+ NH3·H2O
H2S
（2）竞争反应及其平衡常数K
HCl
计算使0.10mol的ZnS、CuS溶于1L盐酸中，所需盐酸的最 低浓度。 （ Ksp（CuS）=1.27×10－36 ； Ksp （ZnS）=2.93×10－23）
我们可以利用热力学数据求解一定条件下沉淀－ 溶解平衡的平衡常数
AgCl(s)
f Gm / kJ mol 1
Ag＋(aq)＋Cl－(aq)
77.12 -131.26
-109.80
求： K sp
rGm (T ) f Gm ( Ag ) f Gm (Cl ) f Gm ( AgCl )
无机化学 第四章 沉淀的形成与沉淀溶解平衡
2）选择沉淀物溶解度最小的沉淀剂，使 离子沉淀更完全 3）定性沉淀完全 c 10-5 mol.L-1 ,
定量沉淀完全 c 10-6 mol.L-1
思考：
某溶液中cCl-=
cBr
=
cI-
=0.01
mol.L-1
，
慢慢滴加
AgNO3溶液，会有什么现象？
c Mg 2
c OH
K
θ sp
c (OH )
K
θ sp
c (Mg 2 )
1.9 10 5 mol
L1
c (OH
)
K
θ b
cb cs
1.76
10 5 0.05 c (NH 4 Cl)
c (NH 4 Cl) 4.74 10 2 mol L1
m (NH 4 Cl) 4.74 10 2 0.02 53.5 0.05g
第四章 沉淀的形成和沉淀溶解平衡
4.1 难溶电解质的溶度积
1.溶度积
沉淀溶解平衡常数 Ksp ( Ksp )
AmDn(s)
m An+(aq) + n Dm-(aq)
平衡时
K
sp
cm (An ) cn (Dm )
一定温度下，难溶电解质饱和溶液中各 离子浓度以其计量系数为指数的乘积为一常 数
2.溶解度与溶度积的关系
Kθ sp,BaSO4 0.01
1.1108 mol L1
思考题
分别计算Mn(OH)2 在纯水、0.01mol. L-1 NaOH 溶液和0.01mol. L-1 MnCl2 溶液中的溶解度。
3.盐效应
在难溶电解质饱和溶液中加入其它强 电解质，难溶物的溶解度增大的现象。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第4章沉淀
一．填空题
1.颗粒杂质能否在沉淀池中沉淀下来，主要取决于颗粒杂质的和。
2.在水中作沉降运动的颗粒杂质，主要受、、三种力作用。
3.在理想沉淀池沉淀区，表面负荷和在数值上相等。
4.在理想沉淀区的沉淀效率只与有关，当处理水量一定时，沉淀效率只与有关。
5.根据水的流动方向，斜板沉淀方式分为、、、。
6.自我造粒型流化床高效固液分离设备主要由、、、、 5个部分组成
7.浓缩池的深度由、、三部分的高度组成。
二．选择题
1.平流式沉淀池的构造主要分为（）四部分。
A.沉淀区、配水区、进水区和浑水区
B.沉淀区、分离区、配水区和出水区
C.反应区、存泥区、进水区和浑水区
D.沉淀区、存泥区、进水区和出水区
2.设计某一水厂平流沉淀池，一般采用以下参数（）是合适的。
A.沉淀时间90min、有效水深3.2m、长宽比取5、长深比取20
B.沉淀时间45min、有效水深3.2m、长宽比取5、长深比取20
C.沉淀时间90min、有效水深2.5m、长宽比取5、长深比取10
D.沉淀时间4h、有效水深3.2m、长宽比取5、长深比取10
3.平流式沉淀池的处理流量为15000m3/d,水厂自用水量按5%计，颗粒截留沉速为0.7mm/s，其表面负荷约为（）。
A.110m3/(m2·d)
B. 600m3/(m2·d)
C. 16.8m3/(m2·d)
D. 60.5m3/(m2·d)
4.二沉池的功能是（），排除清澈的处理水，对（）进行浓缩，使（）的污泥及剩余污泥达到一定的浓度。
A.去除颗粒物质；活性污泥；污泥处理
B. 有机物和无机物；污水；进入消化池
C. 泥水分离；沉淀污泥；回流到曝气池
D.去除悬浮颗粒；沉淀污泥；初沉池
5.平流沉淀池的水平流速可采用10-25mm/s，水流应避免过多（）。
A.急流
B.转折
C.涡流
D.交叉
6.平流沉淀池宜采用（）配水和溢流堰集水，溢流率一般可采用小于500m3/(m﹒d)
A. 穿孔墙
B.导流墙
C.左右穿孔板
D.上下隔板
7.异向流斜管沉淀池宜用于浑浊度长期低于（）度的原水。
A. 1000
B.800
C.300
D.500
8.异向流斜管沉淀池，斜管（）液面负荷，应按相似条件下的运行经验确，一般可采用9-11m3/m2﹒d。
A. 进水区
B. 配水区
C. 沉淀区
D. 出水区
9.异向流斜管沉淀池，斜管设计一般可采用下列数据：管径为25-35mm;斜长为1.0m；倾角为（）。
A. 30°
B. 75°
C. 45°
D. 60°
10.异向流斜管沉淀池，斜管沉淀池的清水区保护高度一般不宜小于（）m;底部配水区高度不宜小于1.5m..
A.1.0
B. 1.2
C. 1.5
D. 0.8
11.同向流斜板沉淀池宜用于浑浊度长期低于（）度的原水。
A.100
B. 200
C. 150
D.300
12. 同向流斜板沉淀池斜板沉淀区液面负荷，应根据当地原水水质情况及相似条件下的水厂运行经验或试验资料确定，一般可采用（）m3/(m2﹒h)。
A.30-40
B. 15-25
C. 10-20
D.20-30
13.同向流斜板沉淀池沉淀区斜板倾角设计一般可采用（）。
A. 30°
B. 45°
C. 60°
D. 40°
14.同向流斜板沉淀池应设均匀（）的装置，一般可采用管式、梯形加翼或纵向沿程集水等型式。
A. 集水
B. 进水
C. 配水
D. 排泥
三．名词解释
1.界面沉降
2.截留沉速
3.拥挤沉淀
4.自由沉淀
5.浅池理论
6.气浮
7. 等浓度面沉降过程线
8.水中造粒
四．简答题
1.理想沉淀池的三个假设？
2.凝聚性颗粒杂质和非凝聚性颗粒杂质沉降特点分别是什么？
3.凝聚性颗粒和非凝聚性颗粒的等浓度面沉降过程线有什么不同，并画出示意图。
4.推导公式/iuEQA=，并解释公式的意义？
5.如何减轻浑水异重流的影响，具体的措施有哪些？
6.试分析斜管沉淀的原理？
7.上向流斜板沉淀池和下向流斜板沉淀池，哪种更适合处理高浊度的水，请解释具体的原因？
8.电解气浮的工作原理是什么？
五．计算题
1.非凝聚性悬浮颗粒在实验条件下的沉淀数据列于下
表。
试确定理想平流式沉淀池当表面负荷为43.2m3／(m2·d)时的悬浮物去除百分率。
实验管取样口选在水面下120cm。
代表初始的悬浮物浓度。
C表示在时间t时由各个取样口取出的水样所含的悬浮物浓度，C
沉淀试验记录
2.已知颗粒密度 =2.65g/cm3，粒径 d=0.45mm（按球形颗粒考虑），求该颗粒在
20℃水中沉降速度为多少？ 3、平流沉淀池设计流量为720m3/h。
要求沉速等于和大于0.4mm/s的颗粒全部去除。
试按理想沉淀条件，求：（1）所需沉淀池平面积为多少m2？（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？
斜管沉淀池的发展即基于此理论。
5.
（1）增大水流的弗洛德数Fr可减小浑水异重流的影响；
（2）增大流速可以提高水流的稳定性，所以现代平流沉淀池都采用较高的流速，当然，提高流速有一定限度，以免流速过大，水流紊动过强，使沉下的杂质重新被水流冲起，影响出水水质；
（3）减少沉淀池的水力半径R，也可使Fr增大，提高水流稳定性，采用较小的水深，可使R减小。
6.
（1）按照理想沉淀池原理，在保持截留沉速u
和水平流速ν都不变的条件下，减小沉淀池的深度，就能相应地
减少沉淀时间和缩短沉淀池的长度，该理论称作浅池理论；
（2）斜管沉淀池是把与水平面成一定角度(一般60°左右)的管状组件(断面矩形或六角形等)置于沉淀池中构成。
水流可从下向上或从上向下流动，颗粒则沉于众多斜管底部，而后自动滑下。
7.
（1）上向流斜板沉淀池最能适应处理高浊度的水，因为浊质浓度较高、密度较大的进水由下部进入斜板，沉淀后浊质浓度较低、密度较小的沉淀水，由上部流出，在沉淀单元中形成上清下浊的分布，构成了一个力学稳定的体系；
（2）而下向流斜板沉淀，浊质浓度较高、密度较大的进水由上部流入，沉淀后浊质浓度较低、密度较小的沉淀水由下部流出，在沉淀单元中构成一个力学不稳定体系，当进水浊质浓度较高时，在斜板沉淀单元中会发生浑水下潜现象，从而使下向流斜板沉淀过程遭到干扰和破坏。
所以下向流斜板沉淀池只适宜与浊度很低的水的沉淀。
8.电解气浮法是在直流电的作用下，用惰性的阳极和阴极直接电解水，可在正负两级产生氢和氧的微气泡，从而将水中颗粒物带至水面进行固液分离。
五．计算题
1.64.7% ；
2.7.5cm/s ；
3.(1)500m2；(2)25%。