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碳酸钙的溶解度及其他碳酸盐的溶解度参考

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：其他碳酸盐在水中的溶解度表1-16列出了一些其他碳酸盐在水中的溶解度，供参考。表1-16 其他碳酸盐在水中的溶解度注：当CO2压强为101.3kPa和253.0kPa时，其溶解度分别为0.27g/100g和0.59g/100g饱和溶液。

CaCO₃属于难溶盐，溶度积K_sp=2.9×10^-9，下面根据溶解的定义推导CaCO₃溶解度与溶液pH之间的关系式。

当忽略CaCO₃的固有溶解度S，且溶液离子强度较小（γ=1）时，设CaCO₃水溶液的溶解度为S。根据溶解度的定义，则有：

从而：

其中为的分布分数，由的定义得：

其中K_a1、K_a2为H₂CO₃在水溶液中的离解常数。将式（1-96）代入式（1-95）并两边同时取常用对数，整理得：

这样，我们得到了CaCO₃的溶解度S与[H⁺]之间的关系式，由于S与[H⁺]两者均是未知的，还不能得出溶解度S与[H⁺]（即溶液pH）的值。

另一方面，CaCO₃溶解在水中时，离解产生的会发生下列两级水解：

一级水解：

二级水解：

由于H₂CO₃的K_a2≪K_a1（K_a1=10^-6.38，K_a2=10^-10.25），故可认为相对于的一级水解，其二级水解可忽略不计。在的一级水解中有：

故有

从而

将式（1-98）整理得：

此即CaCO₃电离的水解pH表达式。将上式变为：

以pH为横坐标，以lgS为纵坐标，由式（1-100）可得到一条曲线，即为CaCO₃水溶液的溶解度（S）曲线。由式（1-100）还可以得到CaCO₃溶液电离的水解曲线。

（1）碳酸钙水溶液的溶解度曲线由函数关系式（1-100），可分下面几种情况讨论：

①当pH＞11时，式（1-100）右边第二项中的[H⁺]²和K_a1[H⁺]两项均可忽略，则式（1-100）变为：

此时，CaCO₃溶液的溶解度S与pH无关，在lgS-pH关系曲线上为一条平行于横坐标的直线。

②当7＜pH＜10时，式（1-100）右边第二项中[H⁺]²和K_a1K_a2两相对于K_a1[H⁺]项可忽略，则式（1-100）变为：

此时CaCO₃溶液的溶解度在lgS-pH关系曲线上是截距为1/2lg（K_sp/K_a2），斜率为-1/2的直线。

③当pH＜6时，式（1-100）右边第二项中K_a1[H⁺]和K_a1K_a2两项相对于[H⁺]²项可忽略，则式（1-100）为：

此时，CaCO₃的溶解度在lgS-pH曲线上是截距为1/2lg（K_sp/K_a1K_a2），斜率为-1的直线。

④在10≤pH≤11和6≤pH≤7时，式（1-100）右边第二项中K_a1[H⁺]、K_a1K_a2和[H⁺]²三项相近，故均应保留，在lgS-pH曲线上是光滑的曲线。

综上所述，我们可得到CaCO₃水溶液的溶解度对数值lgS与pH的关系是由三段斜率不同的直线和两段光滑的曲线组成，如图1-25中a线所示。

图1-25 CaCO₃水溶液的溶解度与pH关系

a—CaCO₃水溶液的溶解曲线b—CaCO₃电离的水解曲线

（2）碳酸钙电离的水解曲线将式（1-100）变为：

由式（1-104），分下面几种情况来讨论水解曲线的绘制。

①当pH＞12时，式（1-104）右边第二项中K_a2/[H⁺]≫1，则K_a2/[H⁺]+1≈K_a2/[H⁺]，因此式（1-104）变为：

此时水解曲线是截距为lg（K_a2K_w）、斜率为2的直线。

②当pH＜8时，式（1-104）中右边第二项中K_a2/[H⁺]≪1，则K_a2/[H⁺]+1≈1，式（1-104）为：

此时水解曲线为截距为lgK_w，斜率为1的直线。

③在8≤pH≤12时，式（1-104）中第二项中不能忽略任何一个数，根据式（1-104）的水解曲线为一段光滑曲线。

综上所述可知，CaCO₃电离出的水解曲线在不同pH时，由两段斜率不同的直线和一段光滑的曲线所组成，如图1-25中b线所示。

由图1-25可知，CaCO₃水溶液的溶解度曲线a与CaCO₃电离的的水解曲线b相交。因此，两者交点所对应的pH及lgS值即为CaCO₃水溶液的pH及相应的溶解度。从图1-25中可得CaCO₃水溶液的pH=9.84，S=9.3×10^-5mol/L。

（3）其他碳酸盐在水中的溶解度表1-16列出了一些其他碳酸盐在水中的溶解度，供参考。

表1-16 其他碳酸盐在水中的溶解度

注：当CO₂压强为101.3kPa和253.0kPa时，其溶解度分别为0.27g/100g和0.59g/100g饱和溶液。