1、沉淀溶解平衡与溶度积规则解读
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沉淀-溶解平衡一、溶度积电解质的溶解度在每100g水中为0.1g以下的,称为微溶电解质。
在一定温度下,当水中的微溶电解质MA溶解并达到饱和状态后,固体和溶解于溶液中的离子之间就达到两相之间的溶解平衡:s表示固体,根据化学平衡原理:[MA(s)]是常数,可以并入常数项中,得到[M+][A-]=K[MA(s)]=Ksp (2-8)式(2-8)表明:在微溶电解质的饱和溶液中,温度一定时,各离子浓度幂之乘积为一常数,称为溶度积常数,简称溶度积。
用符号Ksp表示。
对于MmAn型电解质来说,溶度积的公式是[M]m[A]n= Ksp (2-9)须注意,式(2-9)中省略了离子的电荷。
表2-7列出了一部分微溶电解质的溶度积。
溶度积的大小取决于微溶电解质的本性,它随温度的升高而升稍微增大。
表2-7 一些微溶电解质的溶度积(18~25℃)溶度积和溶解度都可以表示物质的溶解能力,所以它们之间可以互相换算。
知道溶解度可以求出溶度积,也可以由溶度积求溶解度。
不过由于影响微溶电解质溶解度的因素很多,如同离子效应、盐效应等,所以换算往往是比较复杂的。
我们只介绍不考虑这些因素时的简单换算方法。
但是要注意不能把它推广应用到任意微溶电解质。
应该指出:溶度积的大小与溶解度有关,它反映了物质的溶解能力。
对同类型的微溶电解质,如AgCL,AgBr,AgI,BaSO4,PbSO4,CaCO3,CaC2O4等,在相同温度下, Ksp越大,溶解度就越大;Ksp越小,溶解度就越小。
对于不同类型的微溶电解质,不能认为溶度积小的,溶解度都一定小。
如Ag2CrO4的溶度积(Ksp=1.1×10-12)比CaCO3 的溶度积(Ksp=2.8×10-9)小,但Ag2CrO4的溶解度(6.5×10-5mol.L-1)却比CaCO3的溶解度(5.29×10-5 mol.L-1)大.因此,从Ksp大小比较溶解度大小时,只有在同类型的电解质之间才能直接比较,否则要通过计算,下面举例说明溶解度和溶度积之间的换算。
溶度积与溶解度的关系关键词:溶度积,溶解度难溶电解质的溶度积及溶解度的数值均可衡量物质的溶解能力。
因此,二者之间必然有着密切的联系,即在一定条件下,二者之间可以相互换算。
根据溶度积公式所表示的关系,假设难溶电解质为A m B n,在一定温度下其溶解度为S,根据沉淀-溶解平衡:B n(s)mA n+ + nB m−A[A n+]═ m S,[B m−]═ n S则K sp(A m B n)═ [A n+]m[B m−]n ═ (m S)m(n S)n ═ m m n n S m+n(8-2)溶解度习惯上常用100g溶剂中所能溶解溶质的质量[单位:g/(100g)]表示。
在利用上述公式进行计算时,需将溶解度的单位转化为物质的量浓度单位(即:mol/L)。
由于难溶电解质的溶解度很小,溶液很稀,可以认为饱和溶液的密度近似等于纯水的密度,由此可使计算简化。
【例题8-1】已知298K时,氯化银的溶度积为1.8×10−10,Ag2CrO4的溶度积为1.12×10−12,试通过计算比较两者溶解度的大小。
解(1)设氯化银的溶解度为S1根据沉淀-溶解平衡反应式:AgCl(s)Ag++Cl−平衡浓度(mol/L)S1S1K sp(AgCl)═ [Ag+][Cl−]═ S12S1 ═10⨯═ 1.34×10−5(mol/L)8.1-10(2)同理,设铬酸银的溶解度为S2AgCrO4(s)2Ag++ CrO42-平衡浓度(mol/L)2S2 S2K sp(Ag2CrO4)═[Ag+]2 [CrO42-]═(2S2)2S2═4S23S2 6.54×10−5(mol/L)>S1在上例中,铬酸银的溶度积比氯化银的小,但溶解度却比碳酸钙的大。
可见对于不同类型(例如氯化银为AB型,铬酸银为AB2型)的难溶电解质,溶度积小的,溶解度却不一定小。
因而不能由溶度积直接比较其溶解能力的大小,而必须计算出其溶解度才能够比较。
溶度积与溶度积规则一、溶度积定义:在一定条件下,难溶强电解质)(s B A n m 溶于水形成饱和溶液时,在溶液中达到沉淀溶解平衡状态(动态平衡),各离子浓度保持不变(或一定),其离子浓度幂的乘积为一个常数,这个常数称之为溶度积常数,简称溶度积,用K SP 表示。
二、溶度积表达式:)(s B A n m )()(aq nB aq mA m n -++n m m n sp B c A c K )()(-+⋅= (适用对象:饱和溶液)① sp K 只与温度有关,而与沉淀的量和溶液中的离子的浓度无关。
② 一般来说,对同种类型难溶电解质(如AgCl 、AgBr 、AgI 、4BaSO ),sp K 越小,其溶解度越小,越易转化为沉淀。
不同类型难溶电解质,不能根据sp K 比较溶解度的大小。
三、溶度积规则—离子积在一定条件下,对于难溶强电解质)(s B A n m )()(aq nB aq mA m n -++在任一时刻都有nm m n c B c A c Q )()(-+⋅= (适用对象:任一时刻的溶液)可通过比较溶度积与溶液中有关离子浓度幂的乘积----离子积(c Q )的相对大小判断难溶电解质在给定条件下的沉淀生成或溶解情况:sp c K Q >,溶液过饱和,有沉淀析出,直至溶液饱和,达到新的平衡; sp c K Q =,溶液为饱和溶液,沉淀与溶解处于平衡状态;sp c K Q <,溶液未饱和,向沉淀溶解的方向进行,无沉淀析出,若加入过量难溶电解质,难溶电解质溶解直至溶液饱和。
化学上通常认为残留在溶液中的离子浓度小于L mol 5101-⨯时,沉淀就达完全(2011年浙江)13、海水中含有丰富的镁资源。
某同学设计了从模拟海水中制备MgO 的实验方案:模拟海水中的离子浓度(L mol ⋅)+Na+2Mg+2Ca -Cl-3HCO439.0 050.0 011.0 560.0 001.0溶液NaOH Lmol mL 0.10.13.8250.10=pH C L 模拟海水过滤 ①滤液M沉淀物X.11=pH NaOH 调到固体加过滤 ②滤液N沉淀物YMgO注:溶液中某种离子的浓度小于511.010mol L --⨯⋅,可认为该离子不存在;实验过程中,假设溶液体积不变。
沉淀溶解平衡溶度积及计算沉淀是指溶液中的物质在达到饱和时生成固态的沉淀物,溶解则是指将物质溶解在溶剂中形成溶液。
在平衡状态下,溶解和沉淀的速率相等,达到溶解平衡。
溶解平衡可以用溶解度来描述,而溶解度则可以通过溶解度积计算。
溶解度积定义:对于一种固体化合物AB,当其达到溶解平衡时,可以用以下溶解度积(Ksp)来表示:Ksp = [A+]^m [B-]^n其中,[A+]和[B-]分别代表溶解物中的阳离子A和阴离子B的活性(或浓度),m和n代表它们的摩尔系数。
例子:以AgCl为例,表达式为:Ksp = [Ag+] [Cl-]计算溶解度积:由于溶解度积只与溶解物相关,所以可以按照以下步骤计算:1.确定离子的活性:活性是溶液中离子的有效浓度,可以使用浓度来估算。
如果浓度非常低,则需要使用活度系数来校正,这般计算更为精确。
活性指数可以根据溶液的离子浓度与标准活度的比值来确定。
2.计算溶解度积:当得到活性后,将其代入到溶解度积表达式中,即可计算出溶解度积的值。
3.考虑溶质溶剂的物质平衡:物质的溶解需要满足一定的物质平衡,这个平衡方程可以用来计算直接的离子浓度。
4.考虑离子间的反应平衡:由于离子之间可能会发生反应,所以需要考虑离子间的反应平衡。
举例说明:以AgCl的溶解为例,假设溶解度为s:AgCl→Ag++Cl-根据溶解度积定义可以得到方程式:Ksp = [Ag+][Cl-] = s^2根据电离程度分析或电解质分析方法,可得出Ag+的浓度为s,Cl-的浓度为2s。
考虑AgCl的溶解与Ag+和Cl-间的反应:AgCl→Ag++Cl-AgCl具有很小的溶解度,因此可以假设它的溶解度为x,而Ag+和Cl-的浓度分别为2x和x。
根据反应过程可得:AgCl(s)+Ag+→AgCl2-K1=[AgCl2-]/[Ag+][Cl-]=(x)/(2x)(x)=1/(2x)由于化学平衡,可得出:K1 × Ksp = 1由此可得出x = 4/Ksp这样我们就可以根据溶解度积的值计算出溶解度了。