普通化学/化学平衡/溶液平衡

有用提示！
	您可能需要回顾溶解度和溶液性质。

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封面 · 介绍 · v • d • e
单元: 物质 · 原子结构 · 键合 · 反应 · 溶液 · 物质相 · 平衡 · 动力学 · 热力学 · 元素
附录: 元素周期表 · 单位 · 常数 · 方程式 · 还原电位 · 元素及其性质表

溶液

所有离子化合物在一定程度上都可溶于水，但溶解度各不相同。一些化合物几乎完全溶解，而另一些化合物的溶解度很小，因此被称为不溶性化合物。这类化合物包括硫酸钙、氯化银和氢氧化铅。一般来说，其组成离子具有较大电荷值的离子化合物溶解度更低，因为离子之间的吸引力太大而无法解离。可溶性化合物会解离，因为与周围水分子之间的吸引力足以分离离子。

为了使离子化合物解离，其组成离子与周围水分子之间的吸引力必须大于化合物中离子之间的吸引力。当引入水性环境时，氯化钠、氢氧化钠和溴化铵等离子化合物由于这种原因而溶解。

溶解度积

${\hbox{AB}}_{(s)}{\xrightarrow {water}}{\hbox{A}}_{(aq)}^{+}+{\hbox{B}}_{(aq)}^{-}$	此反应显示离子化合物 AB 溶解成其离子 A⁺ 和 B^-。
$K={\frac {[{\hbox{A}}^{+}][{\hbox{B}}^{-}]}{[{\hbox{AB}}]}}$	这是反应的平衡常数。水被排除在外，因为它虽然参与其中，但不是产物或反应物。
$K_{sp}=[{\hbox{A}}^{+}][{\hbox{B}}^{-}]$	由于未溶解的 AB 是固体纯物质，因此可以从表达式中排除。结果是溶解度积 K_sp。它衡量离子化合物的溶解度。

如果一个离子化合物的粒子解离产生两个或多个相同的离子，则该离子的摩尔浓度将乘以产生此类离子的数量的幂。例如，当氯化钙解离时，一个粒子解离会产生两个氯离子，因此在计算 K_sp 时，氯离子的浓度会平方。

K_{sp}=[{\hbox{Ca}}^{2+}][{\hbox{Cl}}^{-}]^{2}

氢氧化钙是微溶物质的一个例子。它会在极微量的条件下完全溶解，但在大量条件下，它仍然主要保持不溶解。

K_sp 的计算

寻找 K_sp

如果您知道物质的溶解度 (g/mL)，但需要知道其 K_sp 值，这将不是一个不常见的情况。请参考以下示例。

$K_{sp}=[{\hbox{Ca}}^{2+}][{\hbox{OH}}^{-}]^{2}$	这是氢氧化钙的溶解度常数。我们希望确定其数值，但我们只知道其溶解度为每 100 毫升 0.185 克。
${\frac {0.185~g}{0.100~L}}\times {\frac {1.00~mol}{74.09~g}}=2.497\times 10^{-2}~mol/L$	我们需要知道它的摩尔溶解度，因此我们将单位换算并除以摩尔质量。
$K_{sp}=(2.497\times 10^{-2})(4.994\times 10^{-2})^{2}=6.23\times 10^{-5}$	现在，将摩尔溶解度代入 K_sp 表达式中。请注意，氢氧根离子的浓度是溶解物质浓度的两倍，因为它的摩尔数是溶解物质的两倍。

我们现在已经确定了氢氧化钙的 K_sp 值。这将使我们能够确定有关包含这些离子的溶液的其他信息，例如电离百分率和沉淀物的形成。

读者问题

碘化铅(II) 微溶于水。如果溶解过量，它会形成亮黄色沉淀物。您已经确定，在 1 升冷水中可以溶解 0.75 克。碘化铅(II) 的摩尔溶解度是多少？K_sp 值是多少？

在加热水后，溶解度上升到每升 4.3 克。新的 K_sp 值是多少？

类似的过程可用于通过从溶解度常数反向计算来确定物质的溶解度。

电离百分率

一旦知道离子化合物的 K_sp 值，就可以确定电离百分率，或解离离子的相对数量。

$K_{sp}=[Ag^{+}]^{2}[SO_{4}^{2-}]=1.20\times 10^{-5}$	我们知道硫酸银的 K_sp，它微溶于水，我们想知道它的电离百分率。
$1.20\times 10^{-5}=(2x)^{2}\times (x)$ $x=0.0144$	用x 代替硫酸根离子的浓度，用2x 代替银离子的浓度。求解 x。
$percent~ionized={\frac {0.0144~mol/L}{2.00~mol/L}}=0.72\%$	现在我们知道了离子的最大浓度。任何剩余的硝酸银将不会溶解，因为溶解度已被超过，溶液处于饱和状态。要确定电离百分比，我们必须知道溶解了多少硫酸银。对于这个例子，假设 1.00 摩尔溶解到 0.500 升水中。

如您所见，随着溶质量的增加，电离百分比会降低。这是因为溶液是饱和的，不会有更多的离子解离。

读者问题

氟化锂的 K_sp 为 1.84 x 10^-3。如果溶解 1.5 克，电离百分比是多少？

沉淀

显然，如果离子过多，解离反应会逆向进行。在这种情况下，溶液处于饱和状态，任何多余的离子都会凝固形成沉淀。

如果混合两种可溶性溶液，但它们可以形成不溶性化合物，则会形成沉淀。

$K_{sp}=[{\hbox{Ag}}^{+}][{\hbox{Cl}}^{-}]=1.77\times 10^{-10}$	例如，硝酸银溶液与氯化钠溶液混合。两者都是可溶的。然而，氯化银是不溶的。
${\frac {.001~g~{\hbox{AgNO}}_{3}}{170~g/mol}}=5.9\times 10^{-6}~mol~{\hbox{Ag}}^{+}$ ${\frac {.001~g~{\hbox{NaCl}}}{58~g/mol}}=1.7\times 10^{-5}~mol~{\hbox{Cl}}^{-}$	如果将 1.00 毫克 NaCl 和 1.00 毫克 AgNO₃ 溶解到 1.00 升水中，是否会形成沉淀？
$Q=(5.9\times 10^{-6})(1.7\times 10^{-5})=1.0\times 10^{-10}$ $Q<K_{sp}$	不会，不会形成沉淀。
${\frac {.002~g~{\hbox{NaCl}}}{58~g/mol}}=3.4\times 10^{-5}~mol~{\hbox{Cl}}^{-}$ $Q=(5.9\times 10^{-6})(3.4\times 10^{-5})=2.0\times 10^{-10}$	现在，再溶解一毫克氯化钠。
$Q>K_{sp}$	多余的氯离子会与银离子结合形成固体沉淀。