摘 要: 解析難溶電解質(zhì)溶解度、溶度積兩個概念,歸納三種類型的難溶電解質(zhì)溶解度的計算,通過舉例和分析總結(jié),幫助學(xué)生靈活應(yīng)用知識。
關(guān)鍵詞: 難溶電解質(zhì) 溶解度 溶度積 同離子效應(yīng)
難溶電解質(zhì)溶解度計算是沉淀溶解平衡知識板塊的重點之一,對沉淀的生成、分離、轉(zhuǎn)化、溶解等后續(xù)知識的學(xué)習(xí)有重要意義。本文作者對這部分計算進(jìn)行歸納和總結(jié),幫助學(xué)生透徹掌握溶解度概念,達(dá)到靈活應(yīng)用知識之目的。
難溶電解質(zhì)的溶解度S,是難溶電解質(zhì)飽和水溶液的濃度,可有多種表示方式:100克水中所溶解電解質(zhì)的最大質(zhì)量;飽和水溶液的摩爾濃度、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、質(zhì)量濃度等,單位分別為g?100g水,mol?L,%,g?L。
難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)K,是一定溫度下(25℃),難溶電解質(zhì)在水中達(dá)沉淀溶解平衡時的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),此時水溶液一定是難溶電解質(zhì)的飽和水溶液。
例如難溶電解質(zhì)AB的溶解度為Smol?L,即AB飽和水溶液的濃度為Smol?L,其飽和水溶液中存在沉淀溶解平衡:AB(s)?葑mA(aq)+nB(aq)。
難溶電解質(zhì)在水中溶解量很小,溶解的即認(rèn)為全部解離,所以AB飽和水溶液中c(A)=mSmol?L;c(B)=nSmol?L,K(AB)=[A][B]=(mS)(nS)=mnS (1)
溶解度與溶度積的概念不同,但存在聯(lián)系,均能說明難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力,可由式(1)相互換算。
1.由溶度積計算溶解度
【例1】已知25℃時各難溶電解質(zhì)的溶度積K如表1,比較下列三組物質(zhì)的溶解度大小。
1)AgCl、AgI、FeS
2)AgS、AgCrO、Fe(OH)
3)AgCl、AgCrO
解:1)設(shè)AgCl的溶解度是Smol?L,則:
AgCl(s)?葑Ag(aq)+Cl(aq)
c/mol?L S S
K(AgCl)=[Ag][Cl]=S=1.77×10
解得S=1.33×10,所以AgCl的溶解度是1.33×10mol?L。
同理算出AgI、FeS的溶解度分別為9.23×10mol?L、2.24×10mol?L。
所以AgCl、AgI、FeS的溶解度大小順序為AgCl>AgI>FeS。
2)設(shè)AgS的溶解度是Smol?L,則:
AgS(s)?葑2Ag(aq)+S(aq)
c/mol?L 2S S
K(AgS)=[Ag][S]=(2S)S=2.51×10
解得S=1.84×10,所以AgS的溶解度是1.84×10mol?L。
同理算出AgCrO、Fe(OH)的溶解度分別為6.54×10mol?L、2.30×10mol?L.
所以AgS、AgCrO、Fe(OH)的溶解度大小順序為AgCrO>Fe(OH)>AgS.
3)由1)、2)可知AgCl的溶解度1.33×10mol?L,AgCrO的溶解度6.54×10mol?L,
所以AgCl、AgCrO溶解度大小順序為AgCrO>AgCl。
結(jié)論:相同類型(1∶1型;1∶2或2∶1型;1∶3或3∶1型)的難溶電解質(zhì)在水中溶解度的大小可以通過溶度積直接比較;不同類型的難溶電解質(zhì),不能用溶度積直接比較溶解度的大小。
【例1】中1)AgCl、AgI、FeS均為1∶1型,由于大小順序為AgCl>AgI>FeS,所以溶解度大小順序也為AgCl>AgI>FeS。
2)AgS、AgCrO、Fe(OH)均為1∶2或2∶1型,K大小順序為AgCrO>Fe(OH)>AgS,所以溶解度大小順序也為AgCrO>Fe(OH)>AgS。
3)AgCl、AgCrO分別為1∶1和2∶1型,K大小順序為AgCl>AgCrO,而溶解度的大小順序為AgCrO>AgCl。
【例2】25℃,Ca(OH)的溶度積為5.02×10,求該溫度下飽和Ca(OH)水溶液的pH值。
解:設(shè)Ca(OH)的溶解度是Smol?L,
Ca(OH)(s)?葑Ca(aq)+2OH(aq)
c/mol?LS2S
解法同例1得S=1.08×10,則Ca(OH)飽和溶液中c(OH)=2S=2.16×10,
pH=14-pOH=12.33.
2.由溶解度計算溶度積
【例3】已知25℃各難溶電解質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù)如表2,計算25℃各難溶電解質(zhì)的溶度積。
解:將各物質(zhì)的溶解度由質(zhì)量濃度換算成摩爾濃度,換算關(guān)系式c=,結(jié)果如表3所示,則AgCl的=K=S=1.77×10;BaSO的K=S=1.08×10;Fe(OH)的K=S(2S)=4.87×10;Fe(OH)的K=S(3S)=2.81×10。
由于甘汞HgCl在水中的解離按下式進(jìn)行
HgCl(s)?葑Hg(aq)+2Cl(aq)
c/mol?L S 2S
所以HgCl的K=S(2S)=1.43×10.
【例4】已知25℃,Mg(OH)飽和水溶液的pH值為10.35,求該溫度下Mg(OH)的溶度積常數(shù)。
解: Mg(OH)(s)?葑Mg(aq)+2OH(aq)
c/mol?LS2S
Mg(OH)飽和水溶液的pOH=14-pH=3.65,
則c(OH)=2.24×10,Mg(OH)的溶解度S=c(OH)=1.12×10mol?L.
Mg(OH)的溶度積K=S(2S)=5.61×10(注意與【例2】比較).
3.同離子效應(yīng)對溶解度的影響
【例5】計算25℃,AgCl分別在0.1mol?LNaCl溶液和0.1mol?LAgNO溶液中的溶解度,K(AgCl)如表1。
解:設(shè)AgCl在0.1mol?LNaCl溶液中的溶解度Smol?L,則:
AgCl(s)?葑Ag(aq)+Cl(aq)
c/mol?L S S+0.1
化簡:AgCl溶解度本身很小,S?塏0.1,又存在0.1mol?LCl的同離子效應(yīng),使AgCl溶解度進(jìn)一步降6d55d009d23b1977b654862c752bd847低,所以S+0.1≈0.1,
K(AgCl)=[Ag][Cl]=S(S+0.1)≈S×0.1=1.77×10
S=1.77×10。
同理AgCl在0.1mol?LAgNO溶液中溶解度S=1.77×10。
所以AgCl在0.1mol?LNaCl和0.1mol?LAgNO3溶液中的溶解度相等,均為1.77×10mol?L,遠(yuǎn)小于在純水中的溶解度1.33×10mol?L(純水中溶解度計算見【例1】)。
【例6】計算25℃,F(xiàn)e(OH)分別在0.1mol?LFeCl和0.1mol?LNaOH溶液中的溶解度,K(Fe(OH))如表1。
解:設(shè)Fe(OH)在0.1mol?LFeCl溶液中的溶解度Smol?L,則:
Fe(OH)(s)?葑Fe(aq)+2OH(aq)
c/mol?LS+0.12S
化簡:Fe(OH)溶解度本身很小,S?塏0.1,又存在0.1mol?L的Fe的同離子效應(yīng),使Fe(OH)溶解度進(jìn)一步降低,所以S1+0.1≈0.1,K(Fe(OH))=[Fe][OH]=(S+0.1)(2S)≈0.1×4S=4.87×10,S=1.10×10。
設(shè)Fe(OH)在0.1mol?LNaOH溶液中的溶解度Smol?L,則:
Fe(OH)(s)?葑Fe(aq)+2OH(aq)
c/mol?LS 2S+0.1
化簡:Fe(OH)溶解度本身很小,2S?塏0.1,又存在0.1mol?L的OH的同離子效應(yīng),使Fe(OH)溶解度進(jìn)一步降低,所以2S+0.1≈0.1,K(Fe(OH))=[Fe][OH]=S(2S+0.1)≈S×0.1=4.87×10,S=4.87×10。
所以Fe(OH)在0.1mol?LFeCl和0.1mol?LNaOH溶液中的溶解度分別為1.10×10mol?L和4.87×10mol?L,并不相等,但都遠(yuǎn)小于純水中的溶解度2.3×10mol?L(計算見【例1】)。
結(jié)論:同離子效應(yīng)使難溶電解質(zhì)的溶解度明顯降低,鹽效應(yīng)使溶解度略微增大;二者共存時,只考慮前者。
【例7】比較25℃,BaSO在下列介質(zhì)中的溶解度大?。?br/> A.純水 B.0.1mol?LBaCl溶液
C.0.1mol?LKSO溶液 D.0.1mol?LKCl溶液
(答案:D>A>B=C)
【例8】比較25℃,AgS在下列介質(zhì)中的溶解度大?。?br/> A.純水 B.0.1mol?LNaS溶液
C.0.1mol?LAgNO溶液D.0.1mol?LKNO溶液
(答案:D>A>B>C)
注意比較【例5】與【例6】、【例7】與【例8】的差別。
我通過以上例題分析和比較,希望讀者能更好地掌握難溶電解質(zhì)溶解度的相關(guān)計算,使知識融會貫通,應(yīng)用熟練。
參考文獻(xiàn):
?。?]胡常偉,周歌.大學(xué)化學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.8.
?。?]曲寶涵.普通化學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2009.
?。?]徐家寧,史蘇華,宋天佑.無機(jī)化學(xué)考研復(fù)習(xí)指導(dǎo)[M].北京:科學(xué)出版社,2009.
?。?]康立娟,樸鳳玉.普通化學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2009.
?。?]慕慧.基礎(chǔ)化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)[M].北京:科學(xué)出版社,2007.
符號說明:
腳標(biāo)eq:平衡狀態(tài)
摩爾濃度:c
質(zhì)量濃度:m
摩爾質(zhì)量:M
?。跙]:相對濃度[B]=其中c=1.0mol?L
注:“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”