难溶电解质溶解度 难溶电解质溶解度的相关计算

  摘 要: 解析难溶电解质溶解度、溶度积两个概念,归纳三种类型的难溶电解质溶解度的计算,通过举例和分析总结,帮助学生灵活应用知识。   关键词: 难溶电解质 溶解度 溶度积 同离子效应
  
  难溶电解质溶解度计算是沉淀溶解平衡知识板块的重点之一,对沉淀的生成、分离、转化、溶解等后续知识的学习有重要意义。本文作者对这部分计算进行归纳和总结,帮助学生透彻掌握溶解度概念,达到灵活应用知识之目的。
  难溶电解质的溶解度S,是难溶电解质饱和水溶液的浓度,可有多种表示方式:100克水中所溶解电解质的最大质量;饱和水溶液的摩尔浓度、质量百分数、质量浓度等,单位分别为g•100g水,mol•L,%,g•L。
  难溶电解质的溶度积常数K,是一定温度下(25℃),难溶电解质在水中达沉淀溶解平衡时的标准平衡常数,此时水溶液一定是难溶电解质的饱和水溶液。
  例如难溶电解质AB的溶解度为Smol•L,即AB饱和水溶液的浓度为Smol•L,其饱和水溶液中存在沉淀溶解平衡:AB(s)?葑mA(aq)+nB(aq)。
  难溶电解质在水中溶解量很小,溶解的即认为全部解离,所以AB饱和水溶液中c(A)=mSmol•L;c(B)=nSmol•L,K(AB)=[A][B]=(mS)(nS)=mnS (1)
  溶解度与溶度积的概念不同,但存在联系,均能说明难溶电解质在水中的溶解能力,可由式(1)相互换算。
  1.由溶度积计算溶解度
  【例1】已知25℃时各难溶电解质的溶度积K如表1,比较下列三组物质的溶解度大小。
  1)AgCl、AgI、FeS
  2)AgS、AgCrO、Fe(OH)
  3)AgCl、AgCrO
  解:1)设AgCl的溶解度是Smol•L,则:
   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的溶解度分别为9.23×10mol•L、2.24×10mol•L。
  所以AgCl、AgI、FeS的溶解度大小顺序为AgCl>AgI>FeS。
  2)设AgS的溶解度是Smol•L,则:
  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)的溶解度分别为6.54×10mol•L、2.30×10mol•L.
  所以AgS、AgCrO、Fe(OH)的溶解度大小顺序为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溶解度大小顺序为AgCrO>AgCl。
  结论:相同类型(1∶1型;1∶2或2∶1型;1∶3或3∶1型)的难溶电解质在水中溶解度的大小可以通过溶度积直接比较;不同类型的难溶电解质,不能用溶度积直接比较溶解度的大小。
  【例1】中1)AgCl、AgI、FeS均为1∶1型,由于大小顺序为AgCl>AgI>FeS,所以溶解度大小顺序也为AgCl>AgI>FeS。
  2)AgS、AgCrO、Fe(OH)均为1∶2或2∶1型,K大小顺序为AgCrO>Fe(OH)>AgS,所以溶解度大小顺序也为AgCrO>Fe(OH)>AgS。
  3)AgCl、AgCrO分别为1∶1和2∶1型,K大小顺序为AgCl>AgCrO,而溶解度的大小顺序为AgCrO>AgCl。
  【例2】25℃,Ca(OH)的溶度积为5.02×10,求该温度下饱和Ca(OH)水溶液的pH值。
  解:设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,则Ca(OH)饱和溶液中c(OH)=2S=2.16×10,
  pH=14-pOH=12.33.
  2.由溶解度计算溶度积
  【例3】已知25℃各难溶电解质的溶解度数据如表2,计算25℃各难溶电解质的溶度积。
  解:将各物质的溶解度由质量浓度换算成摩尔浓度,换算关系式c=,结果如表3所示,则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在水中的解离按下式进行
   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)饱和水溶液的pH值为10.35,求该温度下Mg(OH)的溶度积常数。
  解: Mg(OH)(s)?葑Mg(aq)+2OH(aq)
  c/mol•LS2S
  Mg(OH)饱和水溶液的pOH=14-pH=3.65,
  则c(OH)=2.24×10,Mg(OH)的溶解度S=c(OH)=1.12×10mol•L.
  Mg(OH)的溶度积K=S(2S)=5.61×10(注意与【例2】比较).
  3.同离子效应对溶解度的影响
  【例5】计算25℃,AgCl分别在0.1mol•LNaCl溶液和0.1mol•LAgNO溶液中的溶解度,K(AgCl)如表1。
  解:设AgCl在0.1mol•LNaCl溶液中的溶解度Smol•L,则:
   AgCl(s)?葑Ag(aq)+Cl(aq)
  c/mol•L S S+0.1
  化简:AgCl溶解度本身很小,S?垲0.1,又存在0.1mol•LCl的同离子效应,使AgCl溶解度进一步降低,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,均为1.77×10mol•L,远小于在纯水中的溶解度1.33×10mol•L(纯水中溶解度计算见【例1】)。
  【例6】计算25℃,Fe(OH)分别在0.1mol•LFeCl和0.1mol•LNaOH溶液中的溶解度,K(Fe(OH))如表1。
  解:设Fe(OH)在0.1mol•LFeCl溶液中的溶解度Smol•L,则:
   Fe(OH)(s)?葑Fe(aq)+2OH(aq)
  c/mol•LS+0.12S
  化简:Fe(OH)溶解度本身很小,S?垲0.1,又存在0.1mol•L的Fe的同离子效应,使Fe(OH)溶解度进一步降低,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。
  设Fe(OH)在0.1mol•LNaOH溶液中的溶解度Smol•L,则:
   Fe(OH)(s)?葑Fe(aq)+2OH(aq)
  c/mol•LS 2S+0.1
  化简:Fe(OH)溶解度本身很小,2S?垲0.1,又存在0.1mol•L的OH的同离子效应,使Fe(OH)溶解度进一步降低,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溶液中的溶解度分别为1.10×10mol•L和4.87×10mol•L,并不相等,但都远小于纯水中的溶解度2.3×10mol•L(计算见【例1】)。
  结论:同离子效应使难溶电解质的溶解度明显降低,盐效应使溶解度略微增大;二者共存时,只考虑前者。
  【例7】比较25℃,BaSO在下列介质中的溶解度大小:
  A.纯水 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】比较25℃,AgS在下列介质中的溶解度大小:
  A.纯水 B.0.1mol•LNaS溶液
  C.0.1mol•LAgNO溶液D.0.1mol•LKNO溶液
  (答案:D>A>B>C)
  注意比较【例5】与【例6】、【例7】与【例8】的差别。
  我通过以上例题分析和比较,希望读者能更好地掌握难溶电解质溶解度的相关计算,使知识融会贯通,应用熟练。
  
  参考文献:
  [1]胡常伟,周歌.大学化学[M].北京:化学工业出版社,2009.8.
  [2]曲宝涵.普通化学[M].北京:中国农业大学出版社,2009.
  [3]徐家宁,史苏华,宋天佑.无机化学考研复习指导[M].北京:科学出版社,2009.
  [4]康立娟,朴凤玉.普通化学[M].北京:高等教育出版社,2009.
  [5]慕慧.基础化学学习指导[M].北京:科学出版社,2007.
  
  符号说明:
  脚标eq:平衡状态
  摩尔浓度:c
  质量浓度:m
  摩尔质量:M
  [B]:相对浓度[B]=其中c=1.0mol•L
   注:“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
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