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選 擇 性 必 修 一
學
化
J
S
第四單元 沉淀溶解平衡
1 沉淀溶解平衡原理
在初中化學學習時，我們曾根據物質在水中的溶解度將物質分為易溶、可溶、微溶、難溶等。例如，氯化鈉易溶于水，氫氧化鈣微溶于水，氯化銀、硫酸鋇難溶于水。那么，難溶的物質在水中是否完全不溶呢？
溫故知新
我們知道，可溶性物質溶于水時，溶質在水分子的作用下會以溶質分子或離子的形式進入溶液，這稱之為溶解。溶解時，固體溶質的量會不斷減少，溶液中溶質微粒的濃度不斷增大，但溶解也是有限度的，當溶液達到該溫度下的飽和狀態時，固體溶質的量將不再減少，溶液中溶質微粒的濃度也不再發生變化。我們也知道，難溶物質是指溶解度小于0.01 g的物質，其實它們在水中并不是不能溶解，只是溶解度相對比較小而已。
按照如下步驟進行實驗：
1. 將少量碘化鉛（PbI 2，難溶于水）固體加入到盛有一定量水的50 mL燒杯中，用玻璃棒充分攪拌，靜置。
2. 從燒杯中取2 mL上層清液于試管中，逐滴加入AgNO3溶液，充分振蕩，靜置。
請仔細觀察實驗現象，并分析產生此實驗現象的原因。
實驗探究
實驗發現，在試管中加入AgNO3溶液，即產生黃色的AgI沉淀。這說明雖然難溶電解質PbI2的溶解度很小，但在水中仍有極少量的溶解。
在25 °C時，氯化銀的溶解度為1.5×10－4g，在有氯化銀沉淀生成的溶液中存在著如下平衡：
上述平衡存在兩個過程：一方面，在水分子的作用下，少量Ag＋和Cl－脫離氯化銀表面進入水中（溶解過程）；另一方面，溶液中的Ag＋和Cl－受氯化銀表面陰、陽離子的吸引，回到氯化銀表面析出（沉淀過程）。在一定溫度下，當溶解速率和沉淀速率相等時，體系中形成氯化銀飽和溶液，氯化銀的溶解達到平衡狀態，這種平衡稱為沉淀溶解平衡。
溶洞是石灰巖地區的地下水長期侵蝕巖層而形成的。石灰巖主要成分是碳酸鈣。碳酸鈣難溶于水，在25 °C時，溶解度僅為7.1×10－4 g。
拓展視野
溶洞的形成
當溶有CO2的水流經石灰巖時，能夠發生和建立如下平衡：
總反應的離子方程式為：
當水中溶有的CO2濃度較大時，該平衡能夠向著碳酸鈣溶解的方向移動，生成溶解度相對較大的Ca(HCO3)2；當CO2的濃度減小或溫度升高時，該平衡又向著逆反應方向移動，重新析出CaCO3沉淀。隨著上述過程反復進行，經年累月，碳酸鈣逐漸在洞穴不同的位置積聚起來，在洞穴頂部形成鐘乳石，在洞穴底部則形成石筍，就形成了美麗的溶洞。
根據化學平衡研究的思路，我們也可以用平衡常數來描述難溶電解質在水中的沉淀溶解平衡，其平衡常數稱為溶度積常數，簡稱溶度積，用Ksp表示。如：
和其他平衡常數一樣，在一定溫度下，Ksp為一常數。難溶電解質的Ksp的大小反映了其在水中的溶解能力。對于同類型的難溶電解質（如AgCl、AgBr、AgI等）而言，Ksp越小，其在水中的溶解能力也越小。一些難溶電解質的溶度積常數和溶解度如表3-15所示。
已知碳酸鈣難溶于水。
1. CaCO3在水中的溶解平衡可表示為 。
2. 碳酸鈣的溶度積常數表達式為
學以致用
3. 在常溫下，將少量碳酸鈣加入一定量的水中，充分攪拌后仍有固體存在。此時溶解過程是否停止？請說明理由。
4. 將碳酸鈣分別加入水和飽和碳酸鈉溶液中，達到沉淀溶解平衡，請比較兩個體系中Ca2＋濃度的大小。
5. 請設計實驗方案，使碳酸鈣的沉淀溶解平衡向碳酸鈣溶解的方向移動。
以沉淀溶解平衡 為例，要判斷溶液中能否生成沉淀，可依據化學平衡常數與濃度商的關系，將溶液中的離子濃度之積與Ksp進行比較：
將10 mL 0.02 mol · L－1 CaCl2溶液與等體積、等濃度的Na2C2O4溶液相混合，已知CaC2O4的Ksp＝2.34×10－9。試根據溶度積判斷是否有CaC2O4沉淀生成。
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