揭秘Ksp神秘面紗,2024年揭曉化學領域關鍵知識密碼
水的離子積常數,記作Kw,其表達式為Kw=[H+][OH-],在標準常溫(298K)條件下,Kw的數值為10的負14次方,這一常數是酸堿反應平衡常數的重要組成部分,a”作為下標,代表“acid”(酸)的縮寫,而“K”則是表示常數的通用符號。
水作為一種弱電解質,其電離程度較低,水的電離反應可表示為:H2O + H2O ? H3O+ + OH-,簡化后為H2O ? H+ + OH-,這一過程是吸熱反應,且由于水分子間的相互作用,電離發(fā)生的幾率極低,據統計,大約只有1個水分子在55.5億個水分子中會發(fā)生電離。
實驗測定,在25℃時,1升純水中僅有1×10^(-7)摩爾的水分子發(fā)生電離,電離產生的H+和OH-的數目始終相等,在25℃的純水中,氫離子和氫氧根離子的濃度c(H+)=c(OH-)=1×10^(-7)mol/L。
水的離子積常數,也稱為K(W),簡稱水的離子積,表示為c(H+)與c(OH-)的乘積,即溶液中氫離子和氫氧根離子的濃度乘積,K(W)的值僅隨溫度變化而變化,是一種溫度依賴性常數,在25℃時,c(H+)=c(OH-)=1×10^(-7)mol/L,因此K(W)=1×10^(-14);而在100℃時,K(W)的值則為1×10^(-12)。
在含有其他物質如酸、堿和鹽的溶液中,由于溶質電離和水解的影響,H+或OH-的濃度會發(fā)生變化,進而抑制水的電離,使得電離平衡向左移動,我們可以利用水的離子積常數來簡單判斷溶液的pH值。
在稀酸溶液中,c(H+)酸·c(OH-)水=1×10^(-14),而在稀堿溶液中,c(H+)水·c(OH-)堿=1×10^(-14)。
在常溫下的稀溶液中,c(H+)和c(OH-)的離子積始終等于1.0×10^(-14),如果已知c(H+)的值,就可以計算出c(OH-),反之亦然,關于溶液的酸堿性,在室溫下,它與溶液中c(H+)和c(OH-)的關系如下:
1. 酸性溶液中,c(H+)大于c(OH-);
2. 中性溶液中,c(H+)=c(OH-);
3. 堿性溶液中,c(H+)小于c(OH-)。
無論是酸性、中性還是堿性溶液,溶液的酸堿性強弱都可以通過c(H+)和c(OH-)來表示,pH值與c(H+)之間的關系是:pH是c(H+)的負對數,即:pH=-lg[c(H+)]。
至于沉淀平衡常數,簡稱溶度積,當我們討論溶度積時,通常指的是難溶電解質,盡管難溶,但仍有部分陰陽離子能夠進入溶液,進入溶液的陰陽離子也可能會在固體表面沉積,當這兩個過程的速率相等時,難溶電解質的溶解便達到了平衡狀態(tài),此時固體的量不再減少,這種平衡狀態(tài)被稱為溶解平衡,其平衡常數稱為溶度積常數。
以氫氧化鐵和氫氧化鋁為例,它們的組成相似,當在氫氧化鋁的飽和溶液中加入少量三價鐵離子時,由于此時溶液中氫氧根離子濃度的三次方乘以鐵離子的濃度大于氫氧化鐵的溶度積常數(Ksp),會生成氫氧化鐵沉淀,由于氫氧根離子的濃度減少,氫氧化鋁的溶解平衡會向溶解方向移動,需要注意的是,并非所有情況下Ksp大的物質都會轉化為Ksp小的物質,這種轉化通常只發(fā)生在組成相似的物質之間,如氫氧化鐵與氫氧化鋁、氫氧化銅與氫氧化鎂等。
Ksp在化學中代表沉淀平衡常數,簡稱溶度積,它是描述難溶電解質溶解平衡特性的一個重要參數。