Abstract:
什么是同离子效应
所谓同离子效应,就是两种含有相同离子的盐溶于水时,它们的溶解度都会降低。类似的情形也可以发生在弱酸或者弱碱的解离。下面我就用定量的例子来讨论一下:
比如溴化银 AgBr 的 Ksp 是 ,意思就是当仅仅只有AgBr溶于水时,其浓度计算方式为
其中 表示阴离子的浓度 (这个也是Ksp的定义式)
而因为只有AgBr,所以
我们继续计算,就有
所以计算得到
那么现在,我们在溶液中加入0.01 mol/L 的NaBr溶液后,再来计算AgBr的溶解度。此时由于有额外的Br-离子存在, ,并且AgBr的溶解度应该是由Ag+浓度决定的。
实际计算方法应该是如下的
s s+0.01 其中s就是溶解度
显然 ,所以我们可以认为Br-浓度就是0.01 mol/L
那么此时依然有
所以
由此可见,溶解度相较于之前远远降低。
为何此题同离子效应不会导致固体析出
在此题中,虽然也有具有相同离子的盐混合,但是由于是溶液混合,根据简单的计算你会发现,并不会使得氯化钠析出的!
比如等体积的 NaCl 和 CaCl2 混合时,相当于两者的初始浓度都会减半的。我举一个简单的例子,假如 1 mol/L 的 NaCl 和 0.5 mol/L 的 CaCl2 中的氯离子浓度都是 1 mol/L,而当将它们等体积混合后,氯离子的浓度依然大约是 1 mol/L. 而此时钠离子浓度基本减半了,所以是不会析出氯化钠固体的。如果你用本题中的数据自己计算,也会得到一样的结论。
但是往氯化钠溶液中通入氯化氢就不同了——这个过程不会引入溶剂,而基本只会单纯增加氯离子浓度。
盐融冰的原理
具体的可以见我的这个回答
所谓盐融化冰,所利用的就是溶液的依数性性质——盐会降低冰的熔点。另外,利用这种方法,还可以获得低温:因为冰融化成水会大量吸热,从而导致温度的降低。比如氯化钠最低可以将温度降至~-20 °C,而氯化钙能降低至~-55 °C
实际上,理论上最低的温度大约是 -80 °C. 计算方法是,假设冰融化吸收的热全部用于降低水的温度。冰的融化热是 334 kJ/kg,而水的热容是 4.2 kJ/(kg·°C),所以可以计算得到理论上能降到的最低温度是~-80 °C.
但是,当盐浓度很高时,就偏离了一开始所假设的理想情况了。最终盐所能降低到的最低温度取决于该盐与水的最低共熔点。比如氯化钠是-21.1 °C,氯化钙大约是-55 °C.