溶解度積

ブログをご覧の皆さん、こんにちは。

6月も最後の週に入り、試験までちょうど2か月となりました。

仕事や学業の合間に試験勉強をすることは大変なこととは思いますが、残り2か月間もうひと踏ん張り頑張って下さい。努力した分は、必ず結果として自分に戻ってきます。

 

さて、今日も化学の試験で出題される話題をひとつ掲載したいと思います。今日のテーマは溶解度積です。先週記載した沈殿に関連する分野ですが、溶解度積の定義をしっかり覚え、簡単な計算はできるようにしておきましょう。

 

溶解度積とは、難溶性の塩の飽和溶液において陽イオンと陰イオンの濃度積であり、イオンの沈殿条件を定めるのには重要な指標となります。陽イオンと陰イオンの濃度の積が溶解度積よりも大きいと沈殿が生成します。

先週沈殿の記事でも出てきました硫酸バリウムやハロゲン化銀などでは、

硫酸バリウム(BaSO4)

　陽イオン：Ba²⁺　陰イオン：SO₄^2-　

ハロゲン化銀(AgCl, AgIなど)

　陽イオン：Ag⁺　陰イオン：Cl^-, I^-

例
ハロゲン化銀の代表的な沈殿AgClの25℃の水に対する溶解度積は、

　

です。Ag⁺の濃度が、

　

であるとき、Cl-の濃度は

　

以上で沈殿を生成するということになります。
溶解度積が小さいものほど、沈殿が生成しやすいので沈殿による分離には向いているということになります。

以下は実際に出題された溶解度積に関する過去問題の抜粋です。

2007年度第一種化学問22
C　沈殿分離では、生成する塩の溶解度積が小さい反応が選ばれる。（正）

2013年度第一種物化生問3Ⅰ
難溶性塩CuS の溶解度積K_sp(CuS)は、飽和水溶液における固－液平衡CuS⇆Cu²⁺+ S^2-のイオン濃度の積K_sp(CuS)=[Cu²⁺][S^2-]で表される。溶液中のイオン濃度の積がK_sp(CuS)よりも大きくなると溶液から固体が析出する。S^2-は水溶液中で(A)弱酸であるH₂Sの解離により生成するため、[S^2-]は溶液のpHに強く依存し、pHが(B)大きくなると増加する。
⁶⁴Cu²⁺を1.0kBq(1.1×10^-16mol)と⁶⁵Zn²⁺を1.0kBq(5.1×10^-14mol)含むCu²⁺とZn²⁺の各濃度1.0×10^-3mol･L^-1の0.3mol･L^-1塩酸溶液1Lがある。これにH₂Sを吹き込んで飽和させる（この条件では[S^2-]=7.6×10^-23mol･L^-1となる）。ただし、K_sp(CuS)=[Cu²⁺][S^2-]=6.5×10^-30(mol･L^-1)²、K_sp(ZnS)=[Zn²⁺][S^2-]=2.2×10^-18(mol･L^-1)²とする。
この操作により硫化銅（Ⅱ）が沈殿し、溶液中に残る銅イオン濃度は⁶⁴Cu²⁺と非放射性Cu²⁺も含めてK_sp(CuS)/ [S^2-]で表され、8.6×(C)10^-8 mol･L^-1となる。なお、1.0kBq･L^-1の⁶⁴Cu²⁺のみで硫化物は(D)沈殿しない。一方、[Zn²⁺]と[S^2-]との積は7.6×(E)10^-26 (mol･L^-1)²であり、この値はK_sp(ZnS)より小さいので⁶⁵Zn²⁺+Zn²⁺は沈殿しないで溶液中に残り、Cu²⁺+⁶⁴Cu²⁺とZn²⁺+⁶⁵Zn²⁺の相互分離が可能になる。

溶解度積に関する過去問題
　2006年化学問22
　2007年化学問22
　2011年化学問25
　2012年化学問21
　2012年物化生問4Ⅲ
　2013年物化生問3Ⅰ
　2014年物化生問4Ⅰ