普通化學/化學平衡/溶液平衡

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	您可能需要回顧溶解度和溶液性質。

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單元: 物質 · 原子結構 · 鍵合 · 反應 · 溶液 · 物質相 · 平衡 · 動力學 · 熱力學 · 元素
附錄: 元素週期表 · 單位 · 常數 · 方程式 · 還原電位 · 元素及其性質表

溶液

所有離子化合物在一定程度上都可溶於水，但溶解度各不相同。一些化合物幾乎完全溶解，而另一些化合物的溶解度很小，因此被稱為不溶性化合物。這類化合物包括硫酸鈣、氯化銀和氫氧化鉛。一般來說，其組成離子具有較大電荷值的離子化合物溶解度更低，因為離子之間的吸引力太大而無法解離。可溶性化合物會解離，因為與周圍水分子之間的吸引力足以分離離子。

為了使離子化合物解離，其組成離子與周圍水分子之間的吸引力必須大於化合物中離子之間的吸引力。當引入水性環境時，氯化鈉、氫氧化鈉和溴化銨等離子化合物由於這種原因而溶解。

溶解度積

${\hbox{AB}}_{(s)}{\xrightarrow {water}}{\hbox{A}}_{(aq)}^{+}+{\hbox{B}}_{(aq)}^{-}$	此反應顯示離子化合物 AB 溶解成其離子 A⁺ 和 B^-。
$K={\frac {[{\hbox{A}}^{+}][{\hbox{B}}^{-}]}{[{\hbox{AB}}]}}$	這是反應的平衡常數。水被排除在外，因為它雖然參與其中，但不是產物或反應物。
$K_{sp}=[{\hbox{A}}^{+}][{\hbox{B}}^{-}]$	由於未溶解的 AB 是固體純物質，因此可以從表示式中排除。結果是溶解度積 K_sp。它衡量離子化合物的溶解度。

如果一個離子化合物的粒子解離產生兩個或多個相同的離子，則該離子的摩爾濃度將乘以產生此類離子的數量的冪。例如，當氯化鈣解離時，一個粒子解離會產生兩個氯離子，因此在計算 K_sp 時，氯離子的濃度會平方。

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

氫氧化鈣是微溶物質的一個例子。它會在極微量的條件下完全溶解，但在大量條件下，它仍然主要保持不溶解。

K_sp 的計算

尋找 K_sp

如果您知道物質的溶解度 (g/mL)，但需要知道其 K_sp 值，這將不是一個不常見的情況。請參考以下示例。

$K_{sp}=[{\hbox{Ca}}^{2+}][{\hbox{OH}}^{-}]^{2}$	這是氫氧化鈣的溶解度常數。我們希望確定其數值，但我們只知道其溶解度為每 100 毫升 0.185 克。
${\frac {0.185~g}{0.100~L}}\times {\frac {1.00~mol}{74.09~g}}=2.497\times 10^{-2}~mol/L$	我們需要知道它的摩爾溶解度，因此我們將單位換算併除以摩爾質量。
$K_{sp}=(2.497\times 10^{-2})(4.994\times 10^{-2})^{2}=6.23\times 10^{-5}$	現在，將摩爾溶解度代入 K_sp 表示式中。請注意，氫氧根離子的濃度是溶解物質濃度的兩倍，因為它的摩爾數是溶解物質的兩倍。

我們現在已經確定了氫氧化鈣的 K_sp 值。這將使我們能夠確定有關包含這些離子的溶液的其他資訊，例如電離百分率和沉澱物的形成。

讀者問題

碘化鉛(II) 微溶於水。如果溶解過量，它會形成亮黃色沉澱物。您已經確定，在 1 升冷水中可以溶解 0.75 克。碘化鉛(II) 的摩爾溶解度是多少？K_sp 值是多少？

在加熱水後，溶解度上升到每升 4.3 克。新的 K_sp 值是多少？

類似的過程可用於透過從溶解度常數反向計算來確定物質的溶解度。

電離百分率

一旦知道離子化合物的 K_sp 值，就可以確定電離百分率，或解離離子的相對數量。

$K_{sp}=[Ag^{+}]^{2}[SO_{4}^{2-}]=1.20\times 10^{-5}$	我們知道硫酸銀的 K_sp，它微溶於水，我們想知道它的電離百分率。
$1.20\times 10^{-5}=(2x)^{2}\times (x)$ $x=0.0144$	用x 代替硫酸根離子的濃度，用2x 代替銀離子的濃度。求解 x。
$percent~ionized={\frac {0.0144~mol/L}{2.00~mol/L}}=0.72\%$	現在我們知道了離子的最大濃度。任何剩餘的硝酸銀將不會溶解，因為溶解度已被超過，溶液處於飽和狀態。要確定電離百分比，我們必須知道溶解了多少硫酸銀。對於這個例子，假設 1.00 摩爾溶解到 0.500 升水中。

如您所見，隨著溶質量的增加，電離百分比會降低。這是因為溶液是飽和的，不會有更多的離子解離。

讀者問題

氟化鋰的 K_sp 為 1.84 x 10^-3。如果溶解 1.5 克，電離百分比是多少？

沉澱

顯然，如果離子過多，解離反應會逆向進行。在這種情況下，溶液處於飽和狀態，任何多餘的離子都會凝固形成沉澱。

如果混合兩種可溶性溶液，但它們可以形成不溶性化合物，則會形成沉澱。

$K_{sp}=[{\hbox{Ag}}^{+}][{\hbox{Cl}}^{-}]=1.77\times 10^{-10}$	例如，硝酸銀溶液與氯化鈉溶液混合。兩者都是可溶的。然而，氯化銀是不溶的。
${\frac {.001~g~{\hbox{AgNO}}_{3}}{170~g/mol}}=5.9\times 10^{-6}~mol~{\hbox{Ag}}^{+}$ ${\frac {.001~g~{\hbox{NaCl}}}{58~g/mol}}=1.7\times 10^{-5}~mol~{\hbox{Cl}}^{-}$	如果將 1.00 毫克 NaCl 和 1.00 毫克 AgNO₃ 溶解到 1.00 升水中，是否會形成沉澱？
$Q=(5.9\times 10^{-6})(1.7\times 10^{-5})=1.0\times 10^{-10}$ $Q<K_{sp}$	不會，不會形成沉澱。
${\frac {.002~g~{\hbox{NaCl}}}{58~g/mol}}=3.4\times 10^{-5}~mol~{\hbox{Cl}}^{-}$ $Q=(5.9\times 10^{-6})(3.4\times 10^{-5})=2.0\times 10^{-10}$	現在，再溶解一毫克氯化鈉。
$Q>K_{sp}$	多餘的氯離子會與銀離子結合形成固體沉澱。