在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和化工生產(chǎn)中,常常利用沉淀的生成和溶解進(jìn)行產(chǎn)品的制備、離子的分離和提純,以及分析檢驗(yàn)等。本節(jié)以化學(xué)平衡為依據(jù),討論難溶電解質(zhì)的沉淀和溶解之間的平衡理論及其應(yīng)用,也就是多相系統(tǒng)的離子平衡及其移動(dòng)。
任何難溶的電解質(zhì)在水中總是或多或少的溶解,絕對(duì)不溶的物質(zhì)是不存在的。例如BaSO4在水中雖然難溶,還會(huì)有一定數(shù)量的Ba2+和SO42-離開晶體表面而進(jìn)入水中。同時(shí)已溶解的部分Ba2+和SO42-又有可能回到BaSO4晶體表面而析出。在一定條件下,當(dāng)溶解與沉淀的速率相等時(shí),BaSO4晶體和溶液相應(yīng)的離子之間達(dá)到動(dòng)態(tài)的多相離子平衡,稱為沉淀溶解平衡。
BaSO4 (s) ? Ba2+(aq)+ SO42-(aq)
其平衡常數(shù)表達(dá)式為
Kspθ(BaSO4)=[c(Ba2+)/cθ]·[c(SO42-)/cθ]=c(Ba2+)·c(SO42-) (cθ=1mol/dm3)
對(duì)于一般難溶電解質(zhì)(AmBn),其溶解平衡通式可表示為
AmBn(s) ? mAn+(aq)+nBm-(aq) (2-16)
溶解平衡常數(shù)表達(dá)式為
Kspθ(AmBn)=[c(An+)/cθ]m·[c(Bm-)/cθ]n=cm(An+)·cn(Bm-) (2-17)
式(2-17)表明,在難溶電解質(zhì)的飽和溶液中,當(dāng)溫度一定時(shí),各組分離子濃度冪的乘積為一常數(shù),稱作溶度積常數(shù),簡(jiǎn)稱溶度積。
Kspθ與其他平衡常數(shù)一樣,是溫度的函數(shù)。其數(shù)值既可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得得,也可以用熱力學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算。
溶度積和溶解度的數(shù)值都可以用來(lái)表示難溶電解質(zhì)的溶解能力。它們之間可以相互換算,既可以從溶解度求溶度積,也可以從溶度積求溶解度。在換算日時(shí)要注意所用的濃度單位必須使用mol/dm3。
例2-13 在25℃時(shí)氯化銀的溶度積為1.8×10-10,鉻酸銀的溶度積為1.1×10-12,試求氯化銀和鉻酸銀的溶解度。
注意,上述溶度積與溶解度的換算是一種近似的計(jì)算,忽略了難溶電解質(zhì)的離子與水的作用等情況。該計(jì)算結(jié)果表明,AgCl的溶度積Kspθ雖比Ag2CrO4的Kspθ甲大,但AgCl的溶解度(1.34×10-5mol/dm3)反而比Ag2CrO4,的溶解度(6.5×10-5mol/dm3)要小。這是因?yàn)锳gCl是AB型難溶電解質(zhì),Ag2CrO4是A2B型難溶電解質(zhì)。對(duì)于同一類型的難溶電解質(zhì),可以通過(guò)溶度積的大小來(lái)比較它們的溶解度的大小。例如,均屬AB型的難溶電解質(zhì)AgCl、BaSO4和CaCO3等,在相同溫度下,溶度積越大,溶解度也越大;反之亦然。但對(duì)于不同類型的難溶電解質(zhì),則不能用溶度積直接比較溶解度的大小。