5.2 沉淀溶解平衡的移动

和弱电解质溶液的解离平衡一样,在难溶电解质的沉淀溶解平衡系统中,加入相同离子、不同离子都会引起多相离子平衡的移动,改变难溶电解质的溶解度。

5.2.1 影响难溶电解质溶解度的因素

5.2.1.1 同离子效应

在难溶电解质的溶液中加入含有相同离子的强电解质,难溶电解质的多相平衡将发生移动。例如在AgCl的饱和溶液中加入NaCl溶液时,在原来澄清的AgCl饱和溶液中仍会有AgCl沉淀析出。这是因为AgCl饱和溶液中存在着下列平衡:

当在溶液中加入与AgCl含有相同离子的NaCl时,溶液中Cl-浓度增大,平衡将向生成AgCl沉淀的方向移动,即有沉淀析出。直到溶液中,建立新的平衡时沉淀才停止析出。这时Cl-浓度大于AgCl溶解在纯水中的Cl-浓度,这是由于加入NaCl溶液造成的,而Ag+浓度则小于AgCl溶解在纯水中Ag+的浓度。AgCl的溶解度可用达到平衡时的Ag+的浓度来表示,因此,AgCl在NaCl溶液中的溶解度比在纯水中要小。这种因加入含有相同离子的易溶强电解质,而使难溶电解质溶解度降低的效应,称为同离子效应,与酸碱平衡中的同离子效应相同。

【例5-3】 已知室温下BaSO4在纯水中的溶解度为1.05×10-5mol·L-1,BaSO4在0.010mol·L-1Na2SO4溶液中的溶解度比在纯水中小多少?已知=1.1×10-10

 设BaSO4在0.010mol·L-1Na2SO4溶液中的溶解度为xmol·L-1,则溶解平衡时

因为溶解度x很小,所以  0.010+x≈0.010

0.010x=1.1×10-10

x=1.1×10-8(mol·L-1

计算结果与BaSO4在纯水中的溶解度相比较,溶解度为原来的1.1×10-8/1.05×10-5,即约为0.1%。

5.2.1.2 盐效应

实验表明,在一定温度下,AgCl等难溶电解质在KNO3溶液中的溶解度比在纯水中大,并且KNO3浓度越大难溶电解质的溶解度也越大。例如AgBrO3在0.01mol·L-1KNO3溶液中的溶解度要比在纯水中大15%,这种因加入强电解质使难溶电解质的溶解度增大的效应,称为盐效应

不但加入不同离子的电解质能使沉淀的溶解度增大,就是加入具有同离子的电解质,在产生同离子效应的同时,也能产生盐效应。但盐效应大都要比同离子效应的影响小得多,所以一般可以不考虑盐效应。

5.2.2 沉淀的溶解

降低难溶强电解质饱和溶液中阴离子或阳离子的浓度,使难溶电解质的离子积小于溶度积,则难溶电解质的沉淀就会溶解,直到建立新的平衡状态。通常用来使沉淀溶解的方法有下列几种。

5.2.2.1 生成弱电解质使沉淀溶解

难溶的弱酸盐、氢氧化物等都能溶于酸而生成弱电解质。例如,在含有固体CaCO3的饱和溶液中加入盐酸后,系统中存在着下列平衡的移动:

由于H+结合生成弱酸H2CO3,后者又分解为CO2和H2O,使CaCO3饱和溶液中的离子浓度大大减少,,因而CaCO3溶解了。这种由于加酸生成弱电解质而使沉淀溶解的方法,称为沉淀的酸溶解。

金属硫化物也是弱酸盐,在酸溶解时,H+和S2-先生成HS-,HS-又进一步和H+结合成H2S分子,结果S2-减少,使,则金属硫化物开始溶解。例如FeS的酸溶液可用下列平衡表示:

难溶的金属氢氧化物,如Mg(OH)2、Mn(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等都能溶于酸,这是由于H+与OH-生成H2O,使得OH-不断减少,金属氢氧化物不断溶解。金属氢氧化物溶于强酸的总反应式为:

5.2.2.2 通过氧化还原反应使沉淀溶解

有些金属硫化物的数值特别小,因而不能用盐酸溶解。如CuS的为1.27×10-36,如要使其溶解,则c(H+)需达到106mol·L-1,这是根本不可能的。如果使用具有氧化性的硝酸,则发生氧化还原反应,使金属硫化物饱和溶液中S2-浓度大大降低,离子积小于溶度积,从而金属硫化物溶解。例如CuS溶于硝酸的反应如下:

HgS的溶度积更小,为6.44×10-53,则需用王水来溶解,即利用浓硝酸的氧化作用使S2-的浓度降低,同时利用浓盐酸Cl-的配位作用使Hg2+的浓度也降低,反应如下:

5.2.2.3 生成配合物使沉淀溶解

许多难溶的卤化物不溶于酸,但能生成配离子而溶解,这种以生成配离子而使沉淀溶解的过程叫沉淀的配位溶解。例如AgCl不溶于酸,但可溶于NH3溶液,其反应如下:

由于NH3和Ag+结合生成稳定的配离子[Ag(NH32+,降低了Ag+的浓度,使,则固体AgCl开始溶解。

难溶卤化物还可以与过量的卤素离子形成配离子而溶解,例如

两性氢氧化物在强碱性溶液中也能生成羟合配离子而溶解,如Al(OH)3与OH-反应,生成配离子