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氢氧化铁在水中溶解度的计算

来源:化学原理补正的博客作者:乔梁 点击:所属专题: 氢氧化铁 溶解度 溶度积

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在基本化学理论教学中,对化学平衡理论把握不准确是个较普遍的现象。像Fe(OH) 3 在水中溶解度的计算就是一个很典型的例子。当在一些相当权威且有影响的教材中,出现解法有错误的例题时,其对学生的误导更是十分严重。 一、计算难溶氢氧化物溶解度的一个错误例题 为使学生了

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在基本化学理论教学中,对化学平衡理论把握不准确是个较普遍的现象。像Fe(OH)3在水中溶解度的计算就是一个很典型的例子。当在一些相当权威且有影响的教材中,出现解法有错误的例题时,其对学生的误导更是十分严重。

一、计算难溶氢氧化物溶解度的一个错误例题

为使学生了解溶度积的概念,有的教材给出了这样一个简单的有关溶度积计算的例题:Fe(OH)3的溶度积常数在25℃时为1.1×10-36。试计算Fe(OH)3在饱和溶液中的摩尔溶解度[1]。

但编著者竟然把这个例题给解错了。其解题过程为(称之为解1):

解1,已知Fe(OH)3的溶度积Ksp= 1.1×10-36

由于Fe(OH)3(s) = Fe3+(aq)+ 3OH(aq),因而该作者认为:1摩尔Fe(OH)3(s)完全溶解的话,能产生1摩尔的Fe3+、及3摩尔的OH

这样,设平衡时的[Fe3+]= x (mol·L-1)、则[OH]= 3x(mol·L-1)

从而有Ksp= [Fe3+] [OH]3= x·(3x)3= 1.1×10-36

由此可解得[Fe3+]= x = 4.5×10-10(mol·L-1)。即Fe(OH)3(s)的摩尔溶解度为4.5×10-10(mol·L-1)。

以上这就是教材所给出的解题过程及答案。

看到这个结果,只要稍稍有些基本化学常识,都应该知道这个结果是有问题的。

一方面,即使没有Fe(OH)3(s)的溶解,只是由于水的电离,也会使溶液中的[OH]达到1.0×10-7(mol·L-1),怎么溶入Fe(OH)3(s)后,[OH]不但不增加、反而要降低到差不多仅为原浓度的100%呢(4.5×10-10×3 =1.35×10-9<1.0×10-7)?

另一方面,只要看到溶液中的[OH]小于1.0×10-7,就应该马上反应出来“该溶液为酸性”。在本来为中性的水中加一些弱碱,水溶液怎么反而变成酸性了呢?

解题的结果是错的。解题的思路及方法肯定也有问题。

二、必须考虑水的电离

从上面的分析可以看出,问题出在分析与解题中没有考虑到水的电离。

水作为一个极弱极弱的电解质,在许多情况下人们确实没有必要考虑其电离对体系的影响。但当电解质也很弱、或其溶液很稀时,水的电离就会起主导作用。此时必须把水的电离平衡也同时考虑进去。

通过上面的解法一可以知道,水电离出的[OH]、远远大于由Fe(OH)3(s)电离出来的[OH]。所以最简单的近似应该是,认为Fe(OH)3(s)电离出来的[OH]微不足道,[OH]都是由水电离出来的。即溶液中[OH]始终保持为1.0×10-7(mol·L-1)。

这样就有如下的解法:

解2,将[OH]= 1.0×10-7直接代入溶度积的表达式:

Ksp= [Fe3+] [OH]3= x·(1.0×10-7)3= 1.1×10-36

解得[Fe3+]= x = 1.1×10-15(mol·L-1)。

这一结果与解1的结果有超过105的差别。

但如果没有解1的数据为参考,要做出水的电离是应忽略、还是占主导地位的判断,是相当困难的。

有人想到,如果能同时把两方面都照顾到,即认为[OH]是由水及Fe(OH)3(s)同时电离的结果,简单认为[OH] =(3x + 1.0×10-7)。

这样就有了另解法。

解3,Ksp= [Fe3+] [OH]3= x·(3x + 1.0×10-7)3= 1.1×10-36

这个式子看起来不复杂,但真正要动手才知道这是个一元四次方程,没有可用的求解公式。解这个方程式是一个很艰巨的任务。

但有解法二的数据为参考,用试商法还是可以求出其解的:

[Fe3+] =x= 1.1×10-15

与解2的结果比较,可见对Fe(OH)3(s)来说,解2的方法误差极小,使用这种近似似乎也是合理的。

以上内容有删减

(责任编辑:化学自习室)
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