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多相離子平衡一沉淀和溶解

銅臭 / 2022-07-21

前面討論的是弱電解質(zhì)的電離平衡，是均勻液相中的平衡，稱為單相(或均相)平衡。本節(jié)將討論有關(guān)難溶電解質(zhì)的沉淀與溶解的平衡，這個在固相和液相之間形成的平衡，稱為多相(或異相)平衡。

沉淀和溶解，在水處理和化學實驗工作中是經(jīng)常碰到的現(xiàn)象。例如，把天然水中的雜質(zhì)(如Ca²?和Mg²?)轉(zhuǎn)變成難溶的沉淀物予以除去;鍋爐受熱面結(jié)垢與汽輪機葉片上積鹽以及使其溶解除掉;水中一些雜質(zhì)的測定和分離等，都要利用有關(guān)沉淀和溶解的理論。

物質(zhì)能否生成沉淀或能否溶解，可利用溶度積進行判斷。

溶度積和溶度積原理

1.溶度積。任何一種難溶電解質(zhì)，都不是絕對不溶的。所以水中若有難溶物質(zhì)存在時，就成為該物質(zhì)的飽和溶液。雖然此溶液很稀，但仍存在著固體和溶液中離子之間的多相平衡，如在CaCO?的飽和溶液中:

根據(jù)質(zhì)量作用定律，可以寫出這個反應的平衡常數(shù)表達式:

由于化學上規(guī)定把純固體物質(zhì)的濃度作為1,所以上式可寫為: K=[Ca²?][CO?²?]。為了表達這個常數(shù)的特殊性，常以L、IIP、Ks.p等符號來代替K，并將難溶電解質(zhì)的化學式注在右下角。因而上式可寫成:

由此可知，在一定溫度下難溶電解質(zhì)的電離方程式中的離子系數(shù)都等于1時，此難溶電解質(zhì)各種離子濃度的乘積是一個常數(shù)。如CaCO?電離方程式中Ca²?和CO?²?的系數(shù)都是1，則Lcaco?=[Ca²?][CO?²?]。若電離方程式中離子系數(shù)不都等于1時，此難溶電解質(zhì)各離子濃度方次數(shù)(方次數(shù)等于電離方程式中各離子相應的系數(shù))的乘積是一常數(shù)。如Ca?(PO?)?電離方程式中Ca²? 的系數(shù)為3 ,PO?³?的系數(shù)為2，則Lca?(PO?)? =[Ca²?]³[PO?³?]²。這一常數(shù)稱為難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)，簡稱溶度積。

由于物質(zhì)的溶解度隨溫度而改變，因此，溫度改變時，溶度積也隨之改變。故在應用溶度積具體的數(shù)值時，必須注意溫度。

2.溶度積原理。必須指出，溶度積是溶液中各離子濃度乘積的極限值，是沉淀物與溶液達平衡的標志。離子濃度乘積小于落度積時，說明溶液與沉淀物尚未達平衡，溶液中不會有沉淀物析出，溶液中的離子可以在其乘積小于溶度積的濃度范圍內(nèi)，以任意的濃度存在。但只要溶液中有沉淀物存在，不論其量多少，就表明溶液與沉淀物已達平衡，溶液中離子濃度乘積必等于沉淀物的溶度積。因此，將溶液中離子濃度的乘積(簡稱離子積)和溶度積比較，判斷有無沉淀生成:

離子積<溶度積，溶液未達平衡，無沉淀析出。

離子積=溶度積，溶液達飽和，但仍無沉淀析出。

離子積>溶度積，有沉淀析出直至離子積=溶度積，溶液與沉淀處于平衡狀態(tài)。

以上這個規(guī)律稱為溶度積原理或溶度積規(guī)則。

例1:在20毫升水樣中，加入1MAgNO?溶液0.1毫升(2滴)。問水樣中CI?的濃度至少為多少時，始能發(fā)生沉淀? Lagcl =1.8×10?¹?。

例2:某生水含有Ca²?3x10??克離子/升。在此一升生水中加入0.5升6×10?³M的Na?CO?溶液時，問是否有沉淀產(chǎn)生?沉淀完畢后，溶液中[Ca²?] 為多少?已知Lcaco?=4.8X10??(不考慮CaCO?的水解)。

解:混合后總體積為: 1升+0.5升=1.5升

沉淀完畢后，仍維持下列平衡:

CaCO?⇔Ca²?+CO?²?

設(shè)達平衡時，飽和溶液中[Ca²?]= x

已沉淀的[Ca²?]=2x10??-x

因為生成CaCO?沉淀時，一個Ca²?要與1個CO?²?結(jié)合。故已沉淀的[CO?²?]=已沉淀的[Ca²?]=2×10??-x。

則溶液中[CO?²?]=2×10?³-(2x10??-x)

=1.8×10?³+x

[Ca²?][CO?²?]=x(1.8x10?³+x)= Lcaco?=4.8X10??

因與1.8X10?³比較x很小，可以略而不計，則1.8x10?³+x≈1.8×10?³

x×1.8×10?³=4.8×10??

x=2.7×10??克離子/升

答:沉淀完畢后，溶液中的[Ca²?]=2.7X10??克離子/升。

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