沉淀溶解平衡計(jì)算理論探究

景慎濤

【摘要】沉淀溶解平衡作為高中化學(xué)的重要教學(xué)板塊，具有難度高、影響因素多以及變形靈活等多維度的特點(diǎn)，課程內(nèi)容的復(fù)雜性使得部分學(xué)生對(duì)沉淀溶解平衡計(jì)算方面存在理解偏差，難以應(yīng)用溶度積常數(shù)來(lái)解決實(shí)際化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題。本文以此為立足點(diǎn)，對(duì)當(dāng)前此板塊內(nèi)容學(xué)習(xí)現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，并以實(shí)際例題為依托，提出了幾點(diǎn)優(yōu)化教學(xué)的可行性建議。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué) 沉淀溶解 平衡計(jì)算

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）15-0242-02

難溶電解質(zhì)的溶解平衡作為高中化學(xué)教材的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容，與化學(xué)平衡、電離平衡與水解平衡并稱(chēng)為化學(xué)學(xué)科四大平衡體系，其廣泛的學(xué)科實(shí)踐價(jià)值、理論價(jià)值促使相關(guān)教學(xué)人員采用更為便捷有效的施教手段進(jìn)行多維度培育。相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，當(dāng)前學(xué)生在理解化學(xué)沉淀溶解平衡板塊內(nèi)容方面主要存在不足：第一，難溶物與不溶物的概念混淆，對(duì)難溶物飽和溶液中的分子和離子種類(lèi)存在一定的認(rèn)知偏差；第二，難溶物溶解平衡機(jī)理混淆，對(duì)各階段反應(yīng)步驟方程式缺乏深層次理解；第三，實(shí)踐實(shí)驗(yàn)操作能力欠缺，只限制于理論知識(shí)層面，對(duì)難溶物的溶液微觀形成過(guò)程機(jī)制理解欠缺。相關(guān)化學(xué)教學(xué)人員應(yīng)該以新課程標(biāo)準(zhǔn)理念為出發(fā)點(diǎn)，深入解讀教材相關(guān)概念，以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)證明來(lái)多維度論證難溶物電解平衡的運(yùn)行機(jī)制。

一、設(shè)置電離平衡常數(shù)，精準(zhǔn)計(jì)算平衡狀態(tài)溶質(zhì)濃度

難溶物溶解平衡時(shí)溶質(zhì)濃度的計(jì)算是此板塊內(nèi)容的重難點(diǎn)，需要學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論計(jì)算的基礎(chǔ)上對(duì)不同溶解平衡狀態(tài)下的各類(lèi)溶質(zhì)濃度進(jìn)行計(jì)算，并借助平衡常數(shù)的多個(gè)變形表達(dá)式進(jìn)行合理拓展計(jì)算。以碘化鉛（PbI2）的沉淀溶解平衡常數(shù)與濃度時(shí)，首先應(yīng)列出碘化鉛的解離表達(dá)式，即：PbI2?Pb2++2I-，當(dāng)Pb2+與I-的濃度與碘化鉛固體的溶解達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，即V（溶解）=V（沉淀）時(shí)，可視為此反應(yīng)達(dá)到沉淀溶解平衡狀態(tài)，此時(shí)（假設(shè)為25℃）的溶度積（Ksp）的計(jì)算式為Ksp=【Pb2+】【I-】=7.1×10-9mol/L3，因難溶物的溶度積常數(shù)只與溫度有關(guān)，故計(jì)算關(guān)于碘化鉛的其余溶質(zhì)濃度時(shí)可利用此平衡常數(shù)進(jìn)行合理延伸。

二、正確認(rèn)識(shí)影響沉淀溶解平衡的各類(lèi)因素

相關(guān)教學(xué)管理人員應(yīng)該以沉淀平衡表達(dá)式為基本計(jì)算式，通過(guò)設(shè)計(jì)一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定其余外界因素對(duì)沉淀溶解平衡的影響。大體來(lái)講，影響沉淀溶解平衡過(guò)程的有三大類(lèi)因素：第一，溫度。溫度作為影響沉淀溶解平衡常數(shù)的唯一因素，在一般情況下，升高溫度有助于促進(jìn)沉淀溶解，促進(jìn)平衡常數(shù)的增加；第二，濃度。對(duì)于大多數(shù)難溶物質(zhì)，加水稀釋可促進(jìn)其向溶解方向進(jìn)行移動(dòng)，從而有助于整體溶解平衡的向右進(jìn)行；第三，加入一定量的反應(yīng)體系中的已有離子或可與已有離子反應(yīng)的物質(zhì)，可促進(jìn)整個(gè)反應(yīng)體系的正向或逆向移動(dòng)。如在計(jì)算氯化銀（AgCl）的沉淀平衡濃度時(shí)，保持溫度不變，通入HCl或加入NaBr等物質(zhì)可分別促進(jìn)反應(yīng)體系的逆向移動(dòng)或正向移動(dòng)，影響平衡狀態(tài)時(shí)各離子的最終濃度；第四，pH值的影響。以氫氧化銅懸濁液體系為例，氫氧化銅作為難溶物的一種，在一定溫度條件下存在以下平衡，即：Cu（OH）2（s）?Cu2+（aq）+2OH-（aq），在25℃條件下，反應(yīng)體系的平衡常數(shù)為Ksp=c（Cu2+）×c2（OH-）=2×10-20mol/L3，在此板塊教學(xué)過(guò)程中可通過(guò)改變以下三方面的反應(yīng)條件來(lái)提升學(xué)生對(duì)沉淀溶解平衡的深層次認(rèn)知：第一，已知特定硫酸銅溶液中的銅離子濃度為0.02mol/L，如果要生成氫氧化銅沉淀，應(yīng)將整個(gè)反應(yīng)體系的pH調(diào)成多大數(shù)值？在解此類(lèi)題的過(guò)程中，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到氫氧根的濃度既能作為反應(yīng)體系pH的相關(guān)表征又能作為溶解出的離子來(lái)構(gòu)建整個(gè)沉淀溶解過(guò)程。以此為基礎(chǔ)，在保持體系溫度不變的前提下，應(yīng)用沉淀溶解平衡常數(shù)（2×10-20mol/L3）÷銅離子濃度（0.02mol/L），再進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算，從而得出溶液的pH值；

三、明確多種物質(zhì)存在體系的沉淀生成機(jī)制

離子的濃度熵與濃度積（Ksp）之間的關(guān)系符合溶度積規(guī)則，即當(dāng)Qc>Ksp時(shí)，溶液處于過(guò)飽和狀態(tài)，反應(yīng)失衡且析出一定量的沉淀物；當(dāng)Qc=Ksp時(shí)，整個(gè)反應(yīng)體系的沉淀溶解過(guò)程處于平衡狀態(tài)，此時(shí)溶液為飽和溶液；當(dāng)QcKsp時(shí)，等式右側(cè)的離子才會(huì)生成沉淀并促進(jìn)逆向反應(yīng)的進(jìn)行，經(jīng)計(jì)算可知，兩種溶液等體積混合后，c（Ag+）=2×10-3mol/L，c（Cl-）=2×10-3mol/L，Qc=【Ag+】【Cl-】=4.0×10-6mol2/L2>1.8×10-10mol2/L2，故此時(shí)有沉淀物析出。此種計(jì)算方式作為一種常規(guī)解題思路，能夠有效貫穿于整個(gè)溶度積常數(shù)計(jì)算過(guò)程中，同時(shí)，應(yīng)注意在計(jì)算離子濃度時(shí)，當(dāng)溶液中剩余離子即平衡離子濃度≤10-5mol/L時(shí)，即可認(rèn)為此種特定離子已經(jīng)沉淀完全或離子已經(jīng)得到有效去除。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，高中化學(xué)課程的深沉溶解內(nèi)容比較抽象，在進(jìn)行深沉溶解實(shí)驗(yàn)和相關(guān)試題的解答時(shí)，影響的因素比較多，難度也比較大。雖然多數(shù)學(xué)生對(duì)深沉溶解平衡計(jì)算存在偏差，但是本文主要從設(shè)置電離平衡常數(shù)，精準(zhǔn)計(jì)算平衡狀態(tài)溶質(zhì)濃度，正確認(rèn)識(shí)影響沉淀溶解平衡的各類(lèi)因素和明確多種物質(zhì)存在體系的沉淀生成機(jī)制3方面對(duì)深沉溶解平衡計(jì)算做了分析，通過(guò)一些實(shí)例對(duì)學(xué)生在概念混淆、溶解機(jī)理混淆和實(shí)際操作能力弱等學(xué)習(xí)中的不足做了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使四大平衡體系中的高中化學(xué)深沉溶解體系內(nèi)容更豐富，更利于學(xué)生理解，更能實(shí)現(xiàn)其科學(xué)實(shí)踐價(jià)值。希望廣大高中化學(xué)教師在教學(xué)改革背景的督促下，能以新課程標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，在深入理解教材的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，通過(guò)實(shí)踐讓學(xué)生快速理解深沉溶解內(nèi)容的涵義，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

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