酸能溶解哪些难溶盐?
难溶盐的阴离子如果能和 H⁺ 结合,它的溶解度就随 pH 降低而增大:
- OH⁻:H⁺ + OH⁻ → H₂O。Mg(OH)₂、Fe(OH)₃ 等氢氧化物溶于酸。
- 弱酸的共轭碱:F⁻、CO₃²⁻、PO₄³⁻ 等。H⁺ 把它们变成 HF、HCO₃⁻(或 H₂CO₃、CO₂)、HPO₄²⁻ 等,所以 CaF₂、CaCO₃、Ca₃(PO₄)₂ 溶于酸。
- 强酸的共轭碱:Cl⁻、Br⁻、I⁻ 几乎不和 H⁺ 结合,AgCl、AgBr、PbI₂ 的溶解度基本不随 pH 变化。
道理和同离子效应相反:H⁺ 消耗了溶解产生的阴离子,使 Q < Ksp,平衡向溶解的方向移动,于是有更多固体溶解。龋齿(牙釉质中的羟基磷灰石被酸溶解)、酸雨溶蚀石灰石,都是这个道理。
看几种盐的溶解度怎样随 pH 变化(溶液的 pH 由缓冲溶液固定):
例题 1:缓冲溶液中的 Mg(OH)₂
25 °C 时 Mg(OH)₂ 的 Ksp = 8.9 × 10⁻¹²。分别求它在 pH = 9.00 和 pH = 11.00 的缓冲溶液中的摩尔溶解度。
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写溶解平衡和 Ksp。
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思路:OH⁻ 的浓度由缓冲溶液固定。 溶解产生的 OH⁻ 会被缓冲溶液“吸收”,pH 不变,所以 c(OH⁻) 是已知的定值;溶解的 Mg(OH)₂ 全部变成 Mg²⁺,所以 s = c(Mg²⁺):
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pH = 9.00 时的 c(OH⁻)(单位 mol/L)。
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pH = 9.00 时的溶解度。
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pH = 11.00 时。 pOH = 3.00,c(OH⁻) = 1.0 × 10⁻³ mol/L:
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比较。
pH 只降低 2,溶解度就增大 10⁴ 倍:c(OH⁻) 变为原来的 1/100,而 Ksp 中 c(OH⁻) 是平方项,(1/100)² = 1/10⁴。
例题 2:CaF₂ 溶于酸的 K
25 °C 时 CaF₂ 的 Ksp = 4.0 × 10⁻¹¹,HF 的 Ka = 6.4 × 10⁻⁴(OpenStax)。求 CaF₂(s) + 2H⁺(aq) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2HF(aq) 的 K。
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把目标拆成两步。 先溶解,再让 F⁻ 结合 H⁺;两步相加,F⁻ 是中间物,会抵消。
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第一步:溶解。
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第二步:F⁻ 结合 H⁺。 这是 HF 电离(HF ⇌ H⁺ + F⁻)反过来写,再乘 2。反过来写 K 取倒数,乘 2 则 K 平方:
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算 K₂。
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两步相加,K 相乘。 2F⁻ 抵消,正好得到目标方程式(U7.6):
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意义。 K 比 Ksp 大了约 10⁶ 倍:在酸中,F⁻ 不断被 H⁺ “拿走”变成 HF,溶解平衡持续正向移动,CaF₂ 溶解得多得多。
- Mg(OH)₂
OH⁻ 与 H⁺ 结合生成水。
- AgCl
Cl⁻ 是强酸的共轭碱。
- CaCO₃
CO₃²⁻ 与 H⁺ 结合,最后生成 CO₂。
- AgBr
Br⁻ 是强酸的共轭碱。
- CaF₂
F⁻ 与 H⁺ 结合生成弱酸 HF。
- Fe(OH)₃
OH⁻ 被中和。
- PbI₂
I⁻ 是强酸的共轭碱。
- Ag₃PO₄
PO₄³⁻ 是弱碱,与 H⁺ 结合。
常见误区
误区 1:“所有难溶盐都溶于酸。” 只有阴离子能和 H⁺ 结合的才是这样。AgCl、AgBr、AgI 在稀酸中的溶解度和在水中差不多。
误区 2:“加酸使 Ksp 增大了。” Ksp 只随温度变化。酸消耗了溶液中的阴离子,Q 变小,于是更多固体溶解;Ksp 本身没变。
误区 3:“只有氢氧化物的溶解度与 pH 有关。” 阴离子是任何弱酸的共轭碱(F⁻、CO₃²⁻、PO₄³⁻ 等)时,溶解度都随 pH 降低而增大。
即时小测
下列难溶盐中,在 0.1 mol/L HNO₃ 中的溶解度比在纯水中大得多的是?
CO₃²⁻ 能与 H⁺ 结合;卤离子是强酸的共轭碱,不受影响。
Mg(OH)₂ 在 pH = 10.00 的缓冲溶液中的溶解度,是在 pH = 12.00 时的多少倍?
s = Ksp ÷ c²(OH⁻)。pH 低 2,c(OH⁻) 是 1/100,平方后 s 大 10⁴ 倍。
大理石(CaCO₃)与盐酸反应的离子方程式是?
H⁺ 与 CO₃²⁻ 结合生成 H₂CO₃,分解为 H₂O 和 CO₂ 逸出,平衡不断向溶解方向移动。
AgCl 的溶解度几乎不随 pH 变化,最好的解释是?
H⁺ 不消耗 Cl⁻,溶解平衡不会移动。
Mg(OH)₂ 的 Ksp = 8.9 × 10⁻¹²(OpenStax),Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴。Mg(OH)₂(s) + 2H⁺(aq) ⇌ Mg²⁺(aq) + 2H₂O(l) 的 K 用哪个式子算?
溶解一步的 K 是 Ksp;每个 OH⁻ + H⁺ → H₂O 是水电离的逆反应,K = 1/Kw,一共两次。所以 K = Ksp/Kw² = 8.9 × 10⁻¹² ÷ (1.0 × 10⁻¹⁴)² ≈ 8.9 × 10¹⁶:氢氧化物在酸里几乎完全溶解。
牙釉质的主要成分是羟基磷灰石 Ca₅(PO₄)₃OH。经常吃酸性食物会损害牙齿,原因是?
两种阴离子都能和 H⁺ 结合,降低了它们的浓度,Q < Ksp,牙釉质溶解。
AP 自由作答题
25 °C 时 Cu(OH)₂ 的 Ksp = 2.2 × 10⁻²⁰(OpenStax)。处理含 Cu²⁺ 的废水时,常加碱调节 pH,使 Cu²⁺ 以 Cu(OH)₂ 沉淀。
(a) 写出 Cu(OH)₂ 的 Ksp 表达式。
(b) 计算 Cu(OH)₂ 在 pH = 6.00 和 pH = 8.00 的缓冲溶液中的摩尔溶解度。
(c) 用平衡移动解释为什么 pH 越低,Cu(OH)₂ 溶解得越多。
(d) 要使废水中的 c(Cu²⁺) 降到 1.0 × 10⁻⁶ mol/L 以下,pH 至少要调到多少?
(e) 能不能用同样的办法(调节 pH)除去废水中的 Ag⁺,使它以 AgCl 沉淀?说明理由。
参考答案与评分要点
(a) Ksp = c(Cu²⁺)·c²(OH⁻)。
(b) pH = 6.00:c(OH⁻) = 1.0 × 10⁻⁸,s = 2.2 × 10⁻²⁰ ÷ (1.0 × 10⁻⁸)² = 2.2 × 10⁻⁴ mol/L。pH = 8.00:c(OH⁻) = 1.0 × 10⁻⁶,s = 2.2 × 10⁻²⁰ ÷ (1.0 × 10⁻⁶)² = 2.2 × 10⁻⁸ mol/L。
(c) Cu(OH)₂(s) ⇌ Cu²⁺ + 2OH⁻。pH 低时 c(OH⁻) 小(H⁺ 与 OH⁻ 结合),平衡向溶解的方向移动,溶解的 Cu(OH)₂ 更多。
(d) c(OH⁻) ≥ √(2.2 × 10⁻²⁰ ÷ 1.0 × 10⁻⁶) = 1.5 × 10⁻⁷ mol/L,pOH ≤ 6.83,pH ≥ 7.17,约 7.2 以上。
(e) 不能。Cl⁻ 是强酸的共轭碱,AgCl 的溶解度不随 pH 变化;要沉淀 Ag⁺,应加入 Cl⁻(同离子效应)。
评分要点: (a) 表达式;(b) 由 pH 求 c(OH⁻) 再求 s;(c) 平衡移动;(d) 由 Ksp 反求 c(OH⁻) 和 pH;(e) 强酸共轭碱不受 pH 影响。
小结
- 阴离子是 OH⁻ 或弱酸的共轭碱的难溶盐,pH 越低溶解度越大;阴离子是强酸共轭碱的(Cl⁻、Br⁻、I⁻),溶解度基本不随 pH 变化。
- 原因:H⁺ 消耗阴离子,Q < Ksp,平衡向溶解方向移动;Ksp 不变。
- 缓冲溶液中的氢氧化物:s = Ksp ÷ c(OH⁻)ⁿ;“盐 + 酸”的 K = Ksp ÷ Kaⁿ。
AP 提示: 判断溶解度是否受 pH 影响,先看阴离子:它的共轭酸是弱酸吗?是,就会受 pH 影响。解释时写出 H⁺ 与阴离子结合的方程式,再说明平衡向哪边移动。