高中化学第三章水溶液中的离子平衡34难溶电解质的溶解平衡第2课时沉淀反应的应用导学案新人教版选修4.docx
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高中化学第三章水溶液中的离子平衡34难溶电解质的溶解平衡第2课时沉淀反应的应用导学案新人教版选修4
第2课时 沉淀反应的应用
沉淀的生成和溶解
1.沉淀的生成
(1)沉淀生成的应用
在涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中,常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
(2)沉淀的方法
①调节pH法:
如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁,使其溶解于水,再加入氨水调节pH至7~8,可使Fe3+转变为Fe(OH)3沉淀而除去。
反应如下:
Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH
。
②加沉淀剂法:
如以Na2S、H2S等作沉淀剂,使某些金属离子,如Cu2+、Hg2+等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀,也是分离、除去杂质常用的方法。
反应如下:
Cu2++S2-===CuS↓,Cu2++H2S===CuS↓+2H+;Hg2++S2-===HgS↓,Hg2++H2S===HgS↓+2H+。
③同离子效应法:
增大溶解平衡中离子浓度,使平衡向沉淀生成的方向移动。
2.沉淀的溶解
(1)沉淀溶解的原理
根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,如果能设法不断地移去溶解平衡体系中的相应离子,使平衡向沉淀溶解的方向移动,就可以使沉淀溶解。
(2)溶解沉淀的试剂类型
①主要类型:
用强酸溶解。
例如:
溶解CaCO3、FeS、Cu(OH)2等难溶电解质。
②用某些盐溶液溶解。
例如:
Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液,化学方程式为Mg(OH)2+2NH4Cl===MgCl2+2NH3·H2O。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)沉淀溶液中的Ba2+,加入的Na2SO4溶液浓度越大沉淀效果越好。
( )
(2)可以使要除去的离子全部通过沉淀除去。
( )
(3)除去MgCl2溶液中的Fe2+,先加入双氧水,再加入MgO即可。
( )
(4)为减少洗涤过程中固体的损耗,最好选用稀H2SO4代替H2O来洗涤BaSO4沉淀。
( )
(5)洗涤沉淀时,洗涤次数越多越好。
( )
答案:
(1)√
(2)× (3)√ (4)√ (5)×
2.(2017·九江高二月考)要使工业废水中的Pb2+沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂,已知Pb2+与这些离子形成的化合物的溶解度如下:
化合物
PbSO4
PbCO3
PbS
溶解度/g
1.03×10-4
1.81×10-7
1.84×10-14
由上述数据可知,选用的沉淀剂最好是( )
A.硫化物
B.硫酸盐
C.碳酸盐
D.以上沉淀剂均可
解析:
选A。
产生沉淀的溶解度越小,沉淀反应进行的越完全。
1.选用合适的沉淀剂
在选择时应注意以下两点:
①要使生成沉淀的反应能够发生;②希望沉淀生成的反应进行的越完全越好,因此沉淀剂要过量。
2.不同沉淀方法的应用
(1)直接沉淀法:
通过沉淀剂除去溶液中的某种指定离子或获取该难溶电解质。
(2)分步沉淀法:
鉴别溶液中含有哪些离子或分别获得不同难溶电解质。
(3)共沉淀法:
向溶液中加入沉淀剂,除去溶液中性质相似的离子。
(4)氧化还原法:
改变溶液中离子的存在形式,促使其转化为更难溶的电解质便于分离除去。
3.沉淀溶解常用的方法
(1)酸溶解法:
如CaCO3溶于盐酸,Al(OH)3、Cu(OH)2溶于强酸等。
(2)盐溶解法:
如Mg(OH)2可溶于NH4Cl溶液中。
(3)生成配合物法:
如AgCl可溶于氨水。
(4)氧化还原法:
如CuS、HgS等可溶于HNO3中。
已知:
25℃时,Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp(MgF2)=7.42×10-11。
下列说法正确的是( )
A.25℃时,饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比,前者的c(Mg2+)大
B.25℃时,在Mg(OH)2的悬浊液中加入少量的NH4Cl固体,c(Mg2+)增大
C.25℃时,Mg(OH)2固体在20mL0.01mol/L氨水中的Ksp比在20mL0.01mol/LNH4Cl溶液中的Ksp小
D.25℃时,在Mg(OH)2的悬浊液中加入NaF溶液后,Mg(OH)2不可能产生MgF2沉淀
[解析] Mg(OH)2与MgF2均为AB2型难溶电解质,故Ksp越小,其溶解度越小,前者c(Mg2+)小,A项错误;因为NH4Cl溶于水后存在平衡NH
+OH-NH3·H2O,所以加入NH4Cl后促进Mg(OH)2的溶解平衡向右移动,c(Mg2+)增大,B项正确;Ksp只受温度的影响,25℃时,Mg(OH)2的溶度积Ksp为常数,C项错误;加入NaF溶液后,若Qc=c(Mg2+)·c2(F-)>Ksp(MgF2),则会产生MgF2沉淀,D项错误。
[答案] B
沉淀的生成
1.已知下表数据:
物质
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Fe(OH)3
Ksp/25℃
8.0×10-16
2.2×10-20
4.0×10-38
完全沉淀时的pH范围
≥9.6
≥6.4
3~4
对含等物质的量的CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3的混合溶液的说法,不正确的是( )
A.该混合溶液的pH<3
B.向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先看到红褐色沉淀
C.向该溶液中加入适量氯水,并调节pH至3~4后过滤,可获得纯净的CuSO4溶液
D.在pH=5的溶液中Fe3+不能大量存在
解析:
选C。
溶液pH<3时,溶液中才能含有大量Fe3+,A项正确;根据溶度积常数可判断B项正确;由选项C的操作可知,溶液中还有氯离子,即溶液中还存在CuCl2,C项错误;由表中数据知Fe3+在pH=4的环境中已沉淀完全,D项正确。
2.25℃时,已知Ksp(Ag2SO4)=1.2×10-5,Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2C2O4)=3.5×10-11,Ksp(AgI)=1.5×10-16,该温度下有关叙述正确的是( )
A.AgCl、Ag2C2O4、AgI三者的饱和溶液中c(Ag+)大小顺序:
Ag2C2O4>AgCl>AgI
B.将0.02mol·L-1AgNO3溶液和0.02mol·L-1NaCl溶液等体积混合,无沉淀生成
C.向5mL饱和AgCl溶液中滴加0.5mL0.1mol·L-1KI溶液,无沉淀生成
D.向浓度均为0.1mol·L-1的NaCl和KI混合溶液中滴加AgNO3溶液,先有白色沉淀生成
解析:
选A。
AgCl饱和溶液中,c(Ag+)=
=
mol·L-1,Ag2C2O4饱和溶液中,c(Ag+)=
=
mol·L-1,AgI饱和溶液中,c(Ag+)=
=
mol·L-1,用估算法可判断,A项正确;将0.02mol·L-1AgNO3溶液和0.02mol·L-1NaCl溶液等体积混合后,混合溶液中c(Ag+)·c(Cl-)=0.01×0.01=1.0×10-4>Ksp(AgCl),故有沉淀生成,B项错误;用估算法判断C项,饱和AgCl溶液中c(Ag+)≈1.0×10-5mol·L-1,滴加0.5mL0.1mol·L-1KI溶液后,由数量级可看出溶液中c(Ag+)·c(I-)一定大于Ksp(AgI)=1.5×10-16,故有沉淀析出,C项错误;Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),故向浓度均为0.1mol·L-1的NaCl和KI混合溶液中滴加AgNO3溶液,先有黄色AgI沉淀生成,D项错误。
沉淀的溶解
3.当氢氧化镁固体在水中达到溶解平衡Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)时,为使Mg(OH)2固体的量减少,需加入少量的( )
A.NH4NO3B.NaOH
C.MgSO4D.Na2SO4
解析:
选A。
要使Mg(OH)2固体的量减小,应使Mg(OH)2的溶解平衡右移,可减小c(Mg2+)或c(OH-)。
NH4NO3电离出的NH
能结合OH-,使平衡右移。
4.Al(OH)3为两性氢氧化物,在水溶液中存在酸式电离和碱式电离两种形式,试根据平衡移动原理,解释下列有关问题:
(1)向Al(OH)3沉淀中加入盐酸,沉淀溶解,其原因是______________________________,有关离子方程式是____________________________________。
(2)向Al(OH)3沉淀中加入苛性钠溶液,沉淀溶解,其原因是_________________________,有关离子方程式是____________________________________。
答案:
(1)Al(OH)3的碱式电离为Al(OH)3Al3++3OH-,加入酸溶液时,由于H+与Al(OH)3电离出来的少量OH-反应生成H2O,使Al(OH)3的碱式电离平衡向右移动 Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
(2)Al(OH)3的酸式电离为Al(OH)3H++AlO
+H2O,加入碱性溶液时,OH-与Al(OH)3电离出的H+反应生成H2O,使c(H+)减小,Al(OH)3的酸式电离平衡向右移动 Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O
沉淀的转化
1.实验探究
(1)Ag+的沉淀物的转化
实验步骤
实验现象
有白色沉淀生成
白色沉淀变为黄色
黄色沉淀变为黑色
化学方程式
AgNO3+NaCl===
AgCl↓+NaNO3
AgCl+KI===AgI+KCl
2AgI+Na2S===Ag2S+2NaI
实验结论
溶解度小的沉淀可以转化成溶解度更小的沉淀
(2)Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化
实验步骤
实验现象
产生白色沉淀
白色沉淀变为红褐色
化学方程式
MgCl2+2NaOH===Mg(OH)2↓+2NaCl
3Mg(OH)2+2FeCl3===
2Fe(OH)3+3MgCl2
实验结论
Fe(OH)3比Mg(OH)2溶解度小
2.沉淀转化的实质
沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。
一般来说,溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。
两种沉淀的溶解度差别越大,沉淀转化越容易。
3.沉淀转化的应用
(1)锅炉除水垢
反应方程式是CaSO4+Na2CO3===CaCO3+Na2SO4,CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑。
(2)对一些自然现象的解释
在自然界也发生着溶解度小的矿物转化为溶解度更小的矿物的现象。
例如:
各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变成CuSO4溶液,并向深部渗透,遇到深层的闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)时,便慢慢地使之转变为铜蓝(CuS)。
其反应如下:
CuSO4+ZnS===CuS+ZnSO4,CuSO4+PbS===CuS+PbSO4。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)AgCl沉淀易转化为AgI沉淀且Ksp(AgX)=c(Ag+)·c(X-),故Ksp(AgI)<Ksp(AgCl)。
( )
(2)验证Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2,可将FeCl3溶液加入Mg(OH)2悬浊液中,振荡,可观察到沉淀由白色变为红褐色。
( )
(3)溶解度小的电解质不能转化成溶解度更小的电解质。
( )
(4)在CaCO3的溶解平衡体系中通入CO2,溶解平衡不移动。
( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)× (4)×
2.
(1)工业废水处理过程中,重金属离子可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。
写出用FeS除去Hg2+的离子方程式:
________________________________________________________________________。
(2)写出锅炉除水垢过程中有关反应的化学方程式:
_______________________________。
(3)原生铜的硫化物转化:
原生铜的硫化物
CuSO4(溶液)
CuS(铜蓝)。
写出CuSO4转化为铜蓝的化学方程式:
____________________________________________。
答案:
(1)FeS(s)+Hg2+(aq)===HgS(s)+Fe2+(aq)
(2)CaSO4(s)+Na2CO3(aq)===CaCO3(s)+Na2SO4(aq),CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑
(3)CuSO4(aq)+ZnS(s)===CuS(s)+ZnSO4(aq),
CuSO4(aq)+PbS(s)===CuS(s)+PbSO4(s)
沉淀转化的一般原则
1.溶解度较小的沉淀易转化成溶解度更小的沉淀。
2.当一种试剂能沉淀溶液中的几种离子时,生成沉淀所需试剂离子浓度越小的越先沉淀。
3.如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大,就能分步沉淀,从而达到分离离子的目的。
4.两种沉淀的溶解度差别越大,沉淀转化越容易。
已知AgCl为难溶于水和酸的白色固体,Ag2S为难溶于水和酸的黑色固体。
常温下,Ksp(AgCl)=1.8×10-18,Ksp(Ag2S)=6.3×10-50。
向AgNO3溶液中加NaCl溶液,静置,过滤,洗涤后,再加Na2S溶液,预测实验现象,并写出反应的离子方程式。
[解析] AgCl(s)存在溶解平衡:
AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq);Ag2S(s)存在溶解平衡:
Ag2S(s)2Ag+(aq)+S2-(aq)。
加入S2-,使Qc(Ag2S)增大,Qc(Ag2S)>Ksp(Ag2S)时,生成Ag2S沉淀,AgCl沉淀溶解平衡向右移动而逐渐溶解。
[答案] 现象:
白色沉淀(AgCl)转化成黑色沉淀(Ag2S);离子方程式:
Ag++Cl-===AgCl↓,S2-(aq)+2AgCl(s)===Ag2S(s)+2Cl-(aq)。
在沉淀的转化中,可以由Ksp小的物质转化为Ksp更小的物质,Ksp小的物质能否转化成Ksp较大些的物质?
答案:
可以。
在沉淀的转化中,一般为Ksp小的物质转化为Ksp更小的物质,且Ksp相差越大,越有利于转化,且转化较完全。
但也可以由Ksp小的物质转化为Ksp较大些的物质,如虽然Ksp(BaSO4) 沉淀的转化
1.已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=1.0×10-16。
下列关于难溶物之间转化的说法中错误的是( )
A.AgCl不溶于水,不能转化为AgI
B.两种难溶物的Ksp相差越大,难溶物就越容易转化为更难溶的物质
C.AgI比AgCl更难溶于水,所以AgCl可以转化为AgI
D.常温下,AgCl若要在NaI溶液中开始转化为AgI,则NaI的浓度必须不低于
×10-11mol/L
解析:
选A。
Ksp(AgI)<Ksp(AgCl),故AgI比AgCl更难溶,一定条件下,AgCl可以转化为AgI。
饱和AgCl溶液中c(Ag+)=
×10-5mol/L,要使AgCl在NaI溶液中开始转化为AgI,根据溶度积规则可知,需使Qc(AgI)>Ksp(AgI),故I-的浓度必须不低于
mol/L=
×10-11mol/L。
2.向5mLNaCl溶液中滴入一滴AgNO3溶液,出现白色沉淀,继续滴加一滴KI溶液并振荡,沉淀变为黄色,再滴入一滴Na2S溶液并振荡,沉淀又变成黑色,根据上述变化过程,分析此三种沉淀物的溶解度关系为( )
A.AgCl=AgI=Ag2S B.AgClC.AgCl>AgI>Ag2SD.AgI>AgCl>Ag2S
解析:
选C。
沉淀溶解平衡总是向更难溶的方向转化,由转化现象可知三种沉淀物的溶解度关系为AgCl>AgI>Ag2S。
重难易错提炼
1.沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。
2.利用生成沉淀分离或除去某种离子,首先要使生成沉淀的反应能够发生,其次生成沉淀的反应进行的越完全越好。
选择沉淀剂的要求是除去溶液中的某种离子,又不能影响其他离子的存在,并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子还要便于除去,如沉淀Ca2+时选用CO
而不选用SO
。
3.沉淀转化的实验
(1)AgNO3溶液
产生白色沉淀
沉淀转化为黄色
沉淀转化为黑色;
(2)MgCl2溶液
产生白色沉淀
沉淀转化为红褐色。
4.沉淀转化的应用
(1)锅炉除水垢
水垢[CaSO4(s)]
CaCO3(s)
Ca2+(aq)。
(2)自然界中矿物的转化
原生铜的硫化物
CuSO4溶液
铜蓝(CuS)。
课后达标检测
[基础巩固]
1.下列应用或现象主要体现的是沉淀溶解平衡原理的是( )
①热纯碱溶液洗涤油污的能力强 ②误将钡盐[BaCl2、Ba(NO3)2]当作食盐食用后,常用0.5%的Na2SO4溶液解毒 ③溶洞的形成 ④碳酸钡不能作“钡餐”而硫酸钡能 ⑤泡沫灭火器灭火
A.②③④ B.①②③
C.③④⑤D.全部
解析:
选A。
①利用的是水解原理,⑤利用两种离子水解的相互促进作用,②③④体现的均是沉淀溶解平衡原理。
2.在下列溶液中,BaSO4的溶解量最大的是( )
A.1mol/L硫酸B.2mol/L硫酸
C.纯水D.0.1mol/L硫酸
解析:
选C。
因为在BaSO4饱和溶液中,c(Ba2+)·c(SO
)=Ksp(BaSO4)是一个定值,则c(SO
)越大,BaSO4的溶解量越小。
四个选项中只有纯水中c(SO
)最小,所以在纯水中BaSO4的溶解量最大。
3.在BaSO4饱和溶液中加入少量的BaCl2溶液产生BaSO4沉淀,若以Ksp表示BaSO4的溶度积常数,则平衡后溶液中( )
A.c(Ba2+)=c(SO
)=(Ksp)
B.c(Ba2+)·c(SO
)>Ksp,c(Ba2+)=c(SO
)
C.c(Ba2+)·c(SO
)=Ksp,c(Ba2+)>c(SO
)
D.c(Ba2+)·c(SO
)≠Ksp,c(Ba2+)<c(SO
)
答案:
C
4.已知如下物质的溶度积常数:
FeS:
Ksp=6.3×10-18;CuS:
Ksp=6.3×10-36。
下列说法正确的是( )
A.同温度下,CuS的溶解度大于FeS的溶解度
B.同温度下,向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体后,Ksp(FeS)变小
C.向含有等物质的量的FeCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液,最先出现的沉淀是FeS
D.除去工业废水中的Cu2+,可以选用FeS作沉淀剂
解析:
选D。
A项由于FeS的Ksp大,且FeS与CuS的Ksp表达式是相同类型的,因此FeS的溶解度比CuS大;D项向含有Cu2+的工业废水中加入FeS,FeS会转化为更难溶的CuS,可以用FeS作沉淀剂;B项Ksp不随浓度变化而变化,它只与温度有关;C项先达到CuS的Ksp,先出现CuS沉淀。
5.下列说法不正确的是( )
A.Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关
B.由于Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),所以ZnS沉淀在一定条件下可转化为CuS沉淀
C.其他条件不变,离子浓度改变时,Ksp不变
D.难溶电解质的Ksp越小,溶解度越小
解析:
选D。
Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,与沉淀的量和离子的浓度无关,A、C正确;相同类型的难溶电解质,沉淀向溶解度更小的方向转化,B正确;只有相同类型的难溶电解质,Ksp越小,溶解度才越小,D错误。
6.在2mL物质的量浓度相等的NaCl和NaI溶液中滴入几滴AgNO3溶液,发生的反应为( )
A.只有AgCl沉淀生成
B.只有AgI沉淀生成
C.生成等物质的量的AgCl和AgI沉淀
D.两种沉淀都有,但以AgI为主
解析:
选D。
在同浓度的NaCl和NaI溶液中c(Cl-)=c(I-),但滴入几滴AgNO3溶液后,由于Ksp(AgI)<Ksp(AgCl),所以生成的沉淀以AgI为主,且先生成AgI沉淀。
7.(2017·包头高二月考)已知:
Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中滴加适量CuSO4溶液,产生的实验现象是( )
A.固体逐渐溶解,最后消失
B.固体由白色变为黑色
C.固体颜色变化但质量不变
D.固体逐渐增多,但颜色不变
解析:
选B。
ZnS和CuS的阴、阳离子个数比为1∶1,且Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),可得ZnS溶解度大于CuS,因此在ZnS饱和溶液中加CuSO4溶液会使ZnS沉淀转化生成黑色CuS沉淀。
8.实验:
①0.1mol·L-1MgCl2溶液和0.2mol·L-1NaOH溶液等体积混合得到浊液a,取少量浊液a过滤得到滤液b和白色沉淀c;②向浊液a中滴加0.1mol·L-1FeCl3溶液,出现红褐色沉淀。
下列分析不正确的是( )
A.滤液b的pH=7
B.②中颜色变化说明Mg(OH)2转化为Fe(OH)3
C.实验可以证明Fe(OH)3的溶解度比Mg(OH)2的小
D.浊液a中存在沉淀溶解平衡:
Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)
解析:
选A。
根据题意,发生的反应为Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓;3Mg(OH)2(s)+2Fe3+(aq)===3Mg2+(aq)+2Fe(OH)3(s)。
由于存在Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),所以滤液b的pH应大于7,A项错误。
9.(2017·石家庄检测)工业上用化学法除锅炉的水垢时,先向锅炉中注入饱和Na2CO3溶液浸泡,将水垢中的CaSO4转化为CaCO3,再用盐酸除去[已知:
Ksp(CaCO3)=1×10-10,Ksp(CaSO4)=9×10-6],下列说法错误的是( )
A.升高温度,Na2CO3溶液的Kw和c(OH-)均会增大
B.沉淀转化的离子方程式为CO
(aq)+CaSO4(s)===CaCO3(s)+SO
(aq)
C.该条件下,CaCO3溶解度约为1×10-3g
D.CaSO4和CaCO3共存的悬浊液中,c(SO
)/c(CO
)=9×104
解析:
选C。
升高温度,水的电离平衡正向移动,Kw增大,Na2CO3水解平衡正向移动,c(OH-)增大,故A项正确;沉淀由难溶物质转变为更难溶的物质,故B项正确;由Ksp(CaCO3)可知饱和CaCO3溶液的浓度为1×10-5mol·L-1,100mL饱和CaCO3溶液中含有CaCO3为1×10-4g,溶解度约为1×10-4g,故C项错误;CaSO4和CaCO3共存的悬浊液中,c(SO
)/c(CO
)=Ksp(CaSO4)/Ksp(CaCO3)=9×104,故D项正确。
10.
(1)对于Ag2S(s)2Ag+(aq)+S2-(aq),其Ksp的表达式为____________。
(2)下列说法中不正确的是____。
A.用稀盐酸洗涤AgCl沉淀比用水洗涤损耗AgCl少
B.一般地,物质的溶解度随温度的升高而增加,故物质的溶解大多是吸热的
C.对于Al(OH)3(s)Al(OH)3(aq)Al3++3OH-,前者为溶解平衡,后者为电离平衡
D.除去溶液中的Mg2+,用OH-沉淀比用CO
好,说明Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的大
E.沉淀反应中常加过量的