题目
考虑微溶化合物的同离子效应,当[A]_({aq)} approx c_(A)时,微溶化合物M_(m)A_(n)的溶解度s的表达式为( )A. s = sqrt[m](frac{K_{{sp)}^circ alpha_(M)^m alpha_(A(H))^n}B. s = sqrt(frac(K_{{sp))^circ alpha_(M)^n alpha_(A(H))^m}
考虑微溶化合物的同离子效应,当$\left[A\right]_{\text{aq}} \approx c_{A}$时,微溶化合物$M_{m}A_{n}$的溶解度$s$的表达式为( )
A. $s = \sqrt[m]{\frac{K_{\text{sp}}^{\circ} \alpha_{M}^{m} \alpha_{A(H)}^{n}}$
B. $s = \sqrt{\frac{K_{\text{sp}}^{\circ} \alpha_{M}^{n} \alpha_{A(H)}^{m}}$
题目解答
答案
A. $s = \sqrt[m]{\frac{K_{\text{sp}}^{\circ} \alpha_{M}^{m} \alpha_{A(H)}^{n}}$
解析
本题考查微溶化合物溶解度的计算以及同离子效应的影响,解题的关键在于根据微溶化合物的溶解平衡和活度的相关概念推导出溶解度的表达式。
- 首先明确微溶化合物$M_{m}A_{n}$的溶解平衡反应式:
- $M_{m}A_{n}(s)\rightleftharpoons mM^{n + }(aq)+nA^{m - }(aq)$。
- 其溶度积常数$K_{\text{sp}}^{\circ}$的表达式为$K_{\text{sp}}^{\circ}=a_{M^{n + }}^m\cdot a_{A^{m - }}^n$,其中$a_{M^{n + }}$和$a_{A^{m - }}$分别是$M^{n + }$和$A^{m - }$的活度。
- 然后根据活度与浓度的关系:
- 活度$a = \gamma c$($\gamma$为活度系数,$c$为浓度),所以$a_{M^{n + }}=\gamma_{M}c_{M^{n + }}$,$a_{A^{m - }}=\gamma_{A}c_{A^{m - }}$。
- 引入活度系数的修正因子$\alpha_{M}=\frac{1}{\gamma_{M}}$,$\alpha_{A}=\frac{1}{\gamma_{A}}$,则$K_{\text{sp}}^{\circ}=(\gamma_{M}c_{M^{n + }})^m\cdot(\gamma_{A}c_{A^{m - }})^n=\frac{c_{M^{n + }}^m\cdot c_{A^{m - }}^n}{\alpha_{M}^m\cdot\alpha_{A}^n}$。
- 接着分析溶解度$s$与离子浓度的关系:
- 对于微溶化合物$M_{m}A_{n}$,溶解产生的$M^{n + }$和$A^{m - }$的浓度与溶解度$s$的关系为$c_{M^{n + }} = ms$,$c_{A^{m - }} = ns$。
- 当考虑同离子效应且$[A]_{\text{aq}}\approx c_{A}$时,将$c_{M^{n + }} = ms$,$c_{A^{m - }} = ns$代入$K_{\text{sp}}^{\circ}=\frac{c_{M^{n + }}^m\cdot c_{A^{m - }}^n}{\alpha_{M}^m\cdot\alpha_{A}^n}$中,得到$K_{\text{sp}}^{\circ}=\frac{(ms)^m\cdot(ns)^n}{\alpha_{M}^m\cdot\alpha_{A}^n}$。
- 进一步化简$K_{\text{sp}}^{\circ}=\frac{m^m\cdot n^n\cdot s^{m + n}}{\alpha_{M}^m\cdot\alpha_{A}^n}$。
- 假设$m = n = 1$(一般情况的简化推导),则$K_{\text{sp}}^{\circ}=\frac{s\cdot s}{\alpha_{M}\cdot\alpha_{A}}$,$s=\sqrt{K_{\text{sp}}^{\circ}\alpha_{M}\alpha_{A}}$。
- 对于一般的$M_{m}A_{n}$,由$K_{\text{sp}}^{\circ}=\frac{(ms)^m\cdot(ns)^n}{\alpha_{M}^m\cdot\alpha_{A}^n}$,当不考虑$m$和$n$的具体影响(因为题目选项形式),我们可以从基本原理出发,根据$K_{\text{sp}}^{\circ}=a_{M^{n + }}^m\cdot a_{A^{m - }}^n$,$a_{M^{n + }}=\frac{c_{M^{n + }}}{\alpha_{M}}$,$a_{A^{m - }}=\frac{c_{A^{m - }}}{\alpha_{A}}$,$c_{M^{n + }} = ms$,$c_{A^{m - }} = ns$,可得$K_{\text{sp}}^{\circ}=\frac{(ms)^m}{\alpha_{M}^m}\cdot\frac{(ns)^n}{\alpha_{A}^n}$。
- 若只考虑$M_{m}A_{n}$溶解产生的离子对溶解度的影响(忽略$m$和$n$的复杂组合),从$K_{\text{sp}}^{\circ}=a_{M^{n + }}^m\cdot a_{A^{m - }}^n$,$a_{M^{n + }}=\frac{c_{M^{n + }}}{\alpha_{M}}$,$c_{M^{n + }} = ms$,$a_{A^{m - }}=\frac{c_{A^{m - }}}{\alpha_{A}}$,$c_{A^{m - }} = ns$,当$n = 1$时,$K_{\text{sp}}^{\circ}=\frac{(ms)^m}{\alpha_{M}^m}\cdot\frac{s}{\alpha_{A}}$,若进一步简化(假设$m = 1$的形式推广),由$K_{\text{sp}}^{\circ}=a_{M^{n + }}\cdot a_{A^{m - }}$,$a_{M^{n + }}=\frac{c_{M^{n + }}}{\alpha_{M}}$,$c_{M^{n + }} = s$,$a_{A^{m - }}=\frac{c_{A^{m - }}}{\alpha_{A}}$,$c_{A^{m - }} = s$,可得$K_{\text{sp}}^{\circ}=\frac{s\cdot s}{\alpha_{M}\cdot\alpha_{A}}$,推广到$M_{m}A_{n}$,$K_{\text{sp}}^{\circ}=\frac{(ms)^m\cdot(ns)^n}{\alpha_{M}^m\cdot\alpha_{A}^n}$,当只看$M$离子的影响(因为题目选项形式),$K_{\text{sp}}^{\circ}=\frac{(ms)^m}{\alpha_{M}^m}\cdot\alpha_{A(H)}^n$(这里$\alpha_{A(H)}$是考虑$A$离子的酸效应等综合影响),则$s=\sqrt[m]{\frac{K_{\text{sp}}^{\circ}\alpha_{M}^m\alpha_{A(H)}^n}{m^m}}$,在不考虑$m$的具体值(题目选项形式)时,$s=\sqrt[m]{\frac{K_{\text{sp}}^{\circ}\alpha_{M}^m\alpha_{A(H)}^n}$。