易溶電解質(zhì)存在溶解平衡嗎？

白康康

摘 要： 難溶電解質(zhì)的溶解平衡是高中化學(xué)知識(shí)體系的重要組成部分，但易溶電解質(zhì)是否存在溶解平衡呢？作者翻閱國(guó)內(nèi)中學(xué)、大學(xué)常見(jiàn)化學(xué)教材，查閱期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)，均未發(fā)現(xiàn)答案，僅以飽和氯化鈉溶液為研究對(duì)象，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：在一定條件下，易溶電解質(zhì)的飽和水溶液中存在溶解平衡，且溶度積Ksp幾乎為一常數(shù)。

關(guān)鍵詞： 易溶電解質(zhì) 溶解平衡 溶度積

1.問(wèn)題的提出

難溶電解質(zhì)的溶解平衡是普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《化學(xué)反應(yīng)原理》（人教版）的重要內(nèi)容[1]。其核心知識(shí)點(diǎn)如下：⑴難溶電解質(zhì)的飽和溶液（有電解質(zhì)固體存在）中存在沉淀-溶解平衡。難溶電解質(zhì)固體在水分子的作用下，電離出少量自由移動(dòng)的陰、陽(yáng)離子；同時(shí)自由移動(dòng)的陰、陽(yáng)離子又受難溶電解質(zhì)固體表面正負(fù)離子的吸引，形成難溶電解質(zhì)沉淀。⑵當(dāng)沉淀的溶解速率等于生成速率時(shí)，就會(huì)建立沉淀-溶解平衡。⑶沉淀-溶解平衡的平衡常數(shù)用溶度積K■表示；當(dāng)溫度一定時(shí)，某難溶電解質(zhì)的溶度積Ksp為一定值。

AgCl和NaCl都屬于強(qiáng)電解質(zhì)，只是二者的溶解度相差較大。既然AgCl飽和溶液（有AgCl固體存在）中存在溶解平衡，那么NaCl飽和溶液（有NaCl固體存在）中是否存在溶解平衡？即：⑴像NaCl這樣的易溶電解質(zhì)的飽和溶液中是否存在溶解平衡？⑵如果易溶電解質(zhì)的飽和溶液中存在溶解平衡，那么一定溫度下的溶度積Ksp是否為定值？

帶著這個(gè)疑問(wèn)，我查閱了幾個(gè)常見(jiàn)版本的中學(xué)、大學(xué)化學(xué)教材，搜索了期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)，均未獲得結(jié)果。本著求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度，我設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)，以期得到真實(shí)的答案。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

學(xué)生托盤(pán)天平，鑷子，稱(chēng)量紙，10mL移液管，洗耳球，溫度計(jì)，50mL燒杯；蒸餾水，NaCl（分析純），KCl（分析純），濃鹽酸（36%-38%）。

2.2實(shí)驗(yàn)溫度

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程室溫始終為11℃；

2.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)1：定性分析濃鹽酸對(duì)NaCl溶解度的影響：用托盤(pán)天平稱(chēng)取0.5gNaCl固體并加入50mL的小燒杯中；用移液管量取10mL濃鹽酸并加入小燒杯；充分振蕩，觀察到小燒杯中的NaCl固體幾乎完全不溶解。

實(shí)驗(yàn)2：定量分析KCl對(duì)NaCl溶解度的影響：⑴取7只小燒杯，依次編號(hào)為1、2、3、4、5、6、7。⑵用托盤(pán)天平稱(chēng)量6份KCl，質(zhì)量分別為0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g，依次將所稱(chēng)量的KCl編號(hào)為2、3、4、5、6、7。⑶用托盤(pán)天平稱(chēng)量7份NaCl，質(zhì)量都為4.0g，依次編號(hào)為1、2、3、4、5、6、7。⑷向1至7號(hào)燒杯中用移液管各加入10mL蒸餾水。⑸將6份KCl固體依次加入對(duì)應(yīng)小燒杯（藥品編號(hào)與燒杯編號(hào)相同）中，充分振蕩使每個(gè)小燒杯中的KCl固體完全溶解。⑹依次取1至7號(hào)NaCl固體中的少量（少于0.1g）加入對(duì)應(yīng)燒杯中，充分振蕩；待每個(gè)燒杯中的NaCl固體完全溶解后，再將對(duì)應(yīng)編號(hào)的NaCl固體中的少量（少于0.1g）加入對(duì)應(yīng)燒杯中，充分振蕩；重復(fù)之前操作，直至充分振蕩后每個(gè)小燒杯中有少量NaCl固體不再溶解。⑺分別稱(chēng)量1至7號(hào)NaCl固體的剩余質(zhì)量，并做好記錄（見(jiàn)表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)2數(shù)據(jù)記錄

3.結(jié)果分析

3.1 NaCl飽和溶液中是否存在溶解平衡

查閱資料知，在10℃時(shí)，NaCl的溶解度為35.8g；KCl的溶解度為31.0g[2]。10mL蒸餾水理論上可以溶解3.58gNaCl；實(shí)驗(yàn)1取10mL濃鹽酸，稱(chēng)取的0.5gNaCl幾乎全部不溶解，說(shuō)明HCl使NaCl的溶解度降低，甚至導(dǎo)致NaCl幾乎不溶于濃鹽酸。

結(jié)論：NaCl飽和溶液（有NaCl固體存在）中存在以下動(dòng)態(tài)平衡：

NaCl（s） Na■（aq）+Cl■（aq）

濃鹽酸電離出來(lái)大量的Cl■，導(dǎo)致平衡向左移動(dòng)，降低了NaCl的溶解度，即NaCl飽和溶液中存在溶解平衡。同時(shí)說(shuō)明易溶電解質(zhì)的溶解平衡存在“同離子效應(yīng)”。

3.2 NaCl飽和溶液中是否存在溶度積常數(shù)

忽略加入NaCl和KCl對(duì)溶液體積的影響，做如下分析：

表2 實(shí)驗(yàn)2數(shù)據(jù)分析

3.2.1隨著溶液中溶解KCl的質(zhì)量不斷增加，溶液所能溶解NaCl的最大質(zhì)量不斷減少。

3.2.2當(dāng)外加KCl的質(zhì)量≤1.5g（注：10℃時(shí)，10mL水最多溶解3.1gKCl）時(shí)，c（Na■）·c（Cl■）的值變化不大，保持在30.00左右；當(dāng)外加KCl的質(zhì)量≥2.0g時(shí)，c（Na■）·c（Cl■）的值逐漸減小。

3.2.3可見(jiàn)，當(dāng)外加KCl的質(zhì)量較少時(shí)，NaCl飽和溶液中存在溶度積常數(shù)；在11℃時(shí)，Ksp（NaCl）≈30.00；當(dāng)外加KCl的質(zhì)量較多時(shí)，Ksp（NaCl）的值急劇減小，不再為定值。

4.結(jié)論

與難溶電解質(zhì)類(lèi)似，易溶強(qiáng)電解質(zhì)的飽和溶液（有電解質(zhì)固體存在）中存在沉淀溶解平衡；當(dāng)外加電解質(zhì)的量較小時(shí)，該易溶強(qiáng)電解質(zhì)的Ksp幾乎為定值。

5.反思

5.1由于條件所限，本實(shí)驗(yàn)采用學(xué)生托盤(pán)天平進(jìn)行稱(chēng)量，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度產(chǎn)生影響。

5.2本實(shí)驗(yàn)在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，忽略外加電解質(zhì)對(duì)溶液體積的影響，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度產(chǎn)生影響。

5.3嚴(yán)格地說(shuō)，溶度積的表達(dá)式應(yīng)為離子“活度”的冪之積[3]，即K■（NaCl）=a（Na■）·a（Cl■），“活度”是“活度系數(shù)（因子）”與濃度的乘積。當(dāng)電解質(zhì)溶液的濃度增大時(shí)，溶液的離子強(qiáng)度I會(huì)增大，導(dǎo)致該強(qiáng)電解質(zhì)的平均活度因子γ■減小，使?jié)舛群汀盎疃取钡闹挡罹嘣龃骩4]。對(duì)于難溶電解質(zhì)來(lái)說(shuō)，飽和溶液中各離子濃度較小，其“活動(dòng)系數(shù)”可看做1，即用濃度替代“活度”表示K■是合理的；對(duì)于易溶電解質(zhì)說(shuō)，飽和溶液中各離子濃度較大，其“活動(dòng)系數(shù)”遠(yuǎn)小于1，故不能用濃度替代“活度”表示K■。本文用濃度來(lái)表示K■，必然會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的誤差。

5.4“可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡”、“弱電解質(zhì)的電離平衡”、“鹽類(lèi)的水解平衡”及“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”是高中化學(xué)有關(guān)“可逆過(guò)程”的重要知識(shí)點(diǎn)。但“易溶電解質(zhì)的溶解平衡”卻被高中化學(xué)教材（甚至是大學(xué)化學(xué)教材）忽略，究其原因，可能是易溶電解質(zhì)的溶解平衡中溶度積Ksp的誤差較大。

5.5忽視“易溶電解質(zhì)的溶解平衡”，不利于學(xué)生科學(xué)、全面地認(rèn)識(shí)溶解過(guò)程的可逆性，甚至不能解釋像“NaCl不溶于濃鹽酸”這樣的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。高中化學(xué)教師在講解“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”內(nèi)容時(shí)，如果適度拓展，引入“易溶電解質(zhì)的溶解平衡”，將有助于學(xué)生構(gòu)建更科學(xué)、全面的化學(xué)知識(shí)體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋心琦.普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：化學(xué)反應(yīng)原理（選修4）.3版.北京：人民教育出版社，2007：61-66.

[2]胡美玲.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：化學(xué)（九年級(jí)下冊(cè)）.2版.北京：人民教育出版社，2006：36.

[3]北京師范大學(xué)等校.無(wú)機(jī)化學(xué)（上冊(cè)）.第四版.北京：高等教育出版社，2002：336-337.

[4]傅獻(xiàn)彩等.物理化學(xué)（下冊(cè)）.第五版.北京：高等教育出版社，2006：29-35.