沉淀溶解平衡(一)
从 Ksp 出发,看清沉淀生成、溶解、转化的判断边界
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沉淀溶解平衡(一)
从 Ksp 出发,看清沉淀生成、溶解、转化的判断边界
根据 Ksp 与离子浓度计算
上一页讲了 Ksp 是沉淀溶解平衡的临界常数。但真实实验很少一开始就放固体,大多是两种澄清溶液混在一起。怎么提前判断会不会出沉淀?这就要引入离子积 Q。
杯容量=Ksp,现水量=Q,溢出=沉淀析出,水面不再升=Q=Ksp 平衡
利用溶解度和 Ksp 比较沉
利用溶解度和 Ksp 比较沉淀溶解能力和稳定性:定义、要点与典型
从离子平衡角度分析沉淀溶
Ksp 是平衡时的常数,但实际溶液中离子浓度未必等于平衡值。要判断沉淀生成还是溶解,需要从离子平衡角度分析。
电梯满员后再进人必须有人下(沉淀),人少时还有人上来(继续溶解)
基于沉淀溶解平衡设计分离
上一页我们学会了判断沉淀能不能生成、能不能溶解——现在把它反过来用:主动控制条件,让该沉的沉、该留的留,这就是分离与除杂的底层逻辑。
大颗粒先被细筛拦住——对应 Ksp 小的先沉淀完,小颗粒穿过去继续走
将真实情境转化为沉淀溶解
前几页我们算 Ksp、比浓度、设计分离——但都假设情境是『干净的』。真实世界里锅炉结垢、肾长结石、河流沉积……这一页教你如何把这些现实『翻译』成沉淀溶解平衡模型。
进水等于出水,水位稳定,但水分子一直在更换
难溶电解质
上页我们从离子平衡分析沉淀溶解,但有没有想过:那些'不溶'的沉淀,真的就一点都不溶吗?AgCl 几乎不溶,可它的饱和溶液仍能微弱导电——这背后藏着怎样的化学事实?
NaCl 大部分溶解且完全电离;BaSO₄ 只溶极少量,但溶出的每一份都 100% 解离成 Ba²⁺ 与 SO₄²⁻
沉淀溶解平衡
难溶不是真的不溶——任何难溶电解质在水里都会有极微量的溶解。当溶入溶液的离子与重新回到固体表面的离子速率相等时,体系就停在一种特殊状态里:这就是沉淀溶解平衡。
冰与水共存,融化和结冰速率相等时冰量稳定——看似静止,实则分子交换不断
饱和溶液(难溶电解质)
把糖不断搅进热水,糖越来越化不动,杯底出现沉淀——再搅也没用了。'难溶'电解质也会走到这一步,只是临界点极低。
人还能挤进挤出,但总人数不变——固体还在溶解,但溶解量等于沉淀量
溶度积常数 Ksp
上一节我们看到,难溶物其实也会微量溶解。当溶液饱和时,溶解与沉淀速率相等——这个「平衡点」该如何用一个常数来量化?这就要请出 Ksp。
水池容量固定,水满后再灌就从溢水口流走;离子积达到 Ksp 后溶液饱和,再加固体也不再溶解
离子积 Q
Ksp 是平衡时的「成绩单」。可两种溶液刚混合还没来得及平衡——沉不沉、沉多少?这需要一个「实时读数」,就是离子积 Q。
Ksp 是溢水口高度。低于则继续注水(溶解);齐平则稳定;超过则溢出(沉淀)
Q 与 Ksp 的比较规则
上一页已经会求离子积 Q。现在把当前状态放进同一温度下的 Ksp 坐标中,就能量化它偏向溶解、刚好平衡,还是偏向析出。
水位低于、等于或高于警戒线,对应 Q 小于、等于或大于 Ksp。
沉淀生成条件(“反应完全”
把 Na₂SO₄ 加到 BaCl₂ 里,生成大量白色沉淀——老师说「反应完全」。但真去测,溶液里仍残留极少量 Ba²⁺,浓度由 Ksp 决定。那「完全」到底是什么意思?
都是约定俗成的判断标准——精度变了,阈值也跟着变
本节要点
- ✓Ksp 只与温度有关,是沉淀溶解的平衡常数
- ✓Q>Ksp 生成;Q=Ksp 平衡;Q<Ksp 溶解
- ✓Q 须用混合后即时浓度,非初始或平衡浓度
- ✓同离子效应使平衡逆向移动,溶解度降低
- ✓"完全沉淀"由 Ksp 与残留离子检测灵敏度共同决定
课后思考
先独立思考,再对照参考答案。三问分别检验你对核心概念、应用分析和边界条件的理解。
参考答案「难溶」只表示溶解度极小,但固体表面仍在溶解,溶液中的离子也在回到固体表面。当溶解速率=沉淀速率时即为动态平衡,与「难溶」并不矛盾。
参考答案存在两种竞争效应:Cl⁻ 浓度升高通过同离子效应抑制溶解,但浓 Cl⁻ 还会与 Ag⁺ 形成 [AgCl₂]⁻ 等配离子,反而促进溶解。最终结果取决于 Cl⁻ 浓度大小。
参考答案不矛盾。Q=Ksp 是热力学平衡判据;10⁻⁵ 是工程经验阈值。由二者联用可反推所需沉淀剂过量程度,并判断实际分离效果。