以純水作為溶劑時

我們通常將氫氧化鈣視為微溶鹽

而科學家發現

將氫氧化鈣溶於氫氧化鈉水溶液中

溶解度會大幅降低

變得難溶

該如何解釋這樣的現象呢？

氫氧化鈣溶於純水中的平衡反應式可寫成畫面的式子

將氫氧化鈣溶於氫氧化鈉水溶液時

可視為溶液中氫氧根離子的濃度增加

此時依據勒沙特列原理

平衡會向左移動

也就是往生成氫氧化鈣固體的方向移動

造成溶解度下降

接著

我們要更進一步定量地探討溶解度下降的程度

已知室溫下

氫氧化鈣的溶度積如畫面所示

假設氫氧化鈣溶於純水中的溶解度為s

根據同學們在「【觀念】溶解度與溶度積的關係」影片中所學

由畫面中的計算式可求得

氫氧化鈣對純水的溶解度為1.0乘10的負二次方M

當氫氧化鈣溶解在0.1 M氫氧化鈉水溶液時

由於氫氧化鈉屬於強鹼

因此0.1 M氫氧化鈉水溶液可完全解離出0.1 M氫氧根離子

假設氫氧化鈣溶於0.1 M氫氧化鈉水溶液中的溶解度為s prime

則水溶液中氫氧根離子的來源有兩個

一個是來自0.1 M的氫氧化鈉水溶液解離提供的

另一個則是來自氫氧化鈣溶解、解離後產生

根據反應方程式

其提供的氫氧根離子等於2 s prime

因為2 s prime遠小於0.1M

因此可將計算式調整並簡化後

如畫面所示

可求得氫氧化鈣在0.1 M的氫氧化鈉水溶液中

的溶解度為4.0乘10的負四次方M

只剩下在純水中溶解度的4%

我們利用勒沙特列原理

可以定性的判斷

氫氧化鈣溶於氫氧化鈉水溶液時

溶解度會大幅降低

利用Ksp則可以定量的求出溶解度下降的比例

造成這種現象的主要原因

是因為氫氧化鈉與氫氧化鈣含有共同的離子

氫氧根離子

科學家將鹽類溶於含有共同離子的溶液中時

溶解度會比溶於純水中低的現象

稱為「同離子效應」

對氫氧化鈣而言

除了在水中加入含氫氧根離子的物質

如氫氧化鈉、氫氧化鉀等

會降低其溶解度之外

同學們可以試著推論看看

加入哪些離子也會降低氫氧化鈣的溶解度呢？

你答對了嗎？

加入含鈣離子的物質

如氯化鈣、硝酸鈣等

也會發生「同離子效應」

使氫氧化鈣的溶解度降低

學完了上面的內容

同學們試著算算看以下例題

已知氫氧化鈣的溶度積為4.0乘10的負六次方

則氫氧化鈣在0.1 M氯化鈣水溶液中的溶解度是多少M？

從微觀圖可以知道加入氯化鈣溶液中的鈣離子會增加

發生同離子效應

產生氫氧化鈣沉澱

由於0.1 M氯化鈣可解離出0.1M鈣離子

假設氫氧化鈣溶於0.1 M氯化鈣水溶液中的溶解度為s

可列出溶液中各離子的濃度

如畫面中所示

再代入溶度積的定義式中

經過簡化計算後

可求出氫氧化鈣在0.1 M氯化鈣水溶液中的溶解度

為3.2乘10的負三次方M

經過以上的計算

我們確認不論溶液中是含有與鹽類共同的陽離子或陰離子

都可以使鹽類的溶解度變得比在純水中更低

而且從計算的過程中發現

加入係數1的鈣離子溶解度剩下3.2乘10的負三次方M

但加入係數為2的氫氧根離子

溶解度只剩下4.0乘10的負四次方M

由此可發現

當加入相同濃度的共同離子時

反應式係數較大者

溶解度降低程度越明顯

接著讓我們試試看這個例題

下列水溶液的濃度皆為0.1 M

磷酸鈣在哪一個水溶液中的溶解度最低？

磷酸鈣解離的反應式如畫面所示

選項不會造成同離子效應

而根據前段影片的結論

當加入相同濃度的共同離子時

反應式係數較大的鈣離子

會使溶解度較明顯地降低

由此可判斷出的溶解度小於

同離子效應可應用在水中重金屬離子的去除

舉例來說

大部分的重金屬離子

如鉛離子、汞離子、鎘離子等

都能夠與氫氧根離子形成難溶鹽

所以我們可以藉由加入氫氧根離子

使重金屬離子沉澱下來

再過濾去除

而當在水中加入更大量的氫氧根離子時

因為發生「同離子效應」

使得這些含有重金屬離子的氫氧化物溶解度降低

也可以說是氫氧根離子抑制了其溶解

使重金屬離子在水中的殘留量可低於排放標準

最後讓我們複習一下今天學到的觀念

在影片中

我們學到了當鹽類溶於含有共同離子的溶液中時

溶解度會比溶於純水中降低

稱為「同離子效應」

且加入相同濃度的共同離子時

反應式係數較大者

溶解度降低地越明顯

最近幾部影片中

同學們學到了溶度積常數的觀念及其應用

還有同離子效應

其實我們可以把難溶鹽溶解的解離平衡

視為平衡常數與勒沙特列原理的一種應用

另外

在必修化學中曾經學過

強酸強鹼在水中完全解離

而弱酸弱鹼在水中僅部分解離

想想看

是否也能夠將平衡常數與勒沙特列原理的概念

應用在弱酸弱鹼的解離呢？

歡迎在影片下方留言區告訴我們你的答案

我們下次見