物质在水溶液中的稳定性

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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]：影响物质稳定性的主要因素；水的热力学稳定区；电位—pH图的绘制方法与分析；高温水溶液热力学和电位—pH图[教学要求]：了解浸出、净化和沉积在湿法冶金中的应用；了解物质在水溶液中的稳定性及其影响因素；了解水的热力学稳定区的意义；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第十二章物质在水溶液中的稳定性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

2、物质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值对反应的作用以Fe(OH)3=Fe+3OH－（1）为例，可以推导出反应（1）的平衡条件是：12.1影响物质稳定性的主要因素1pH值对反应的作用结论：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欲定方向进行，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。12.1影响物质稳定性的主要因素

3、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=Fe12.1影响物质稳定性的主要因素(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：12.1影响物质稳定性的主要因素(2)溶液中离子之间的反应以Fe3+＋e=Fe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

4、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电位。12.1影响物质稳定性的主要因素结论：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。12.1影响物质稳定性的主要因素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，

5、就可以求出形成配合物的平衡电极电位值。12.1影响物质稳定性的主要因素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如生成配合离子时：当温度为298K时：12.1影响物质稳定性的主要因素用同样的方法，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、三是较难还原的。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

6、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：12.2水的热力学稳定区(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

7、时，12.2水的热力学稳定区根据（a）和（b）式，可以绘出水的热力学稳定区域图。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12.2水的热力学稳定区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：（1）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。这个过程将一直进

8、行到氧化剂由于活度减小而电极电位降低以及氧电极由于介质酸度增大而电极电位增大，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Z