實驗十一　氯化鉛的溶度積和溶解熱測定

一、實驗目的

① 掌握有關難溶電解質的溶度積原理及測定方法。

② 熟悉鹽類溶解熱測定的一種方法。

二、實驗原理

在飽和溶液中,難溶電解質在固相和液相之間存在著動態平衡。

例如:PbCl₂(s)Pb2+(aq)+2Cl-　(aq)

在一定溫度下,難溶電解質的飽和溶液中離子濃度(確切地說應是離子活度)的乘積為一常數,稱為溶度積(K_sp)。例如氯化鉛在25℃時的溶度積為

= [Pb2+][Cl-] = 1.7×10-5(1)

式中,[Pb2+]、[Cl-]分別為平衡時Pb2+離子濃度和Cl-離子的濃度(mol·L-1)。

在不同溫度下,難溶電解質的K_sp是不同的。按

Δ_rG=Δ_rGo+RT_?lnK_sp(2)

可推導出K_sp與絕對溫度T的關系式為

lgK_sp =-Δ_rHo/ 2.303R·1/T+Δ_rSo/2.303R(3)

式中,Δ_rHo為標準焓變化(單位:kJ· mol-1);R為氣體常數(8.314J· mol-1 ·K-1);Δ_rSo為標準熵變化(單位:J· mol-1)。

由于在室溫~100℃的溫度范圍內,Δ_rHo和Δ_rSo隨溫度變化而改變不大,可以把它們視為常數。

因此,在式(3)中lgK_sp對1/T作圖,應為一條直線,所得直線斜率為(-Δ_rHo/2.303R)。由斜率可求得Δ_rHo。

三、實驗儀器與試劑

1.儀器

移液管10mL、吸量管2mL、大試管、雙孔軟木塞、溫度計、攪拌棒、水浴鍋。

2.試劑

1.0mol·L-1 KCl、0.10mol·L-1 Pb(NO₃)₂。

四、實驗步驟

1.測定室溫時PbCl2的溶度積

用移液管向一個干燥的大試管中加入0.70mL 1.0mol·L-1的KCl溶液,再加入10.00mL 0.10mol·L-1的Pb(NO₃)₂溶液。充分振蕩,觀察有無沉淀生成。若無沉淀,繼續向試管中加入0.10mL 1.0mol·L-1的KCl溶液,充分振蕩,觀察有無沉淀,依次試驗下去(即若無沉淀,再加0.10mL 1.0mol·L-1的KCl溶液),直至產生的沉淀不再消失。在實驗報告上做好各次實驗記錄。

2.溶度積與溫度的關系

向干燥的大試管中加入10.00mL 0.10mol·L-1的Pb(NO₃)₂溶液和1.50mL 1.0mol·L-1的KCl溶液。將大試管上端用鐵夾固定,大試管下端的溶液部位浸在用燒杯作的水浴中。大試管口裝一個雙孔軟木塞,中間孔插溫度計,邊緣孔插入帶環攪拌棒。

開始加熱水浴,同時小心攪拌溶液。當沉淀接近溶解完時,溶液溫度的上升速度要慢一些,記下沉淀剛好完全溶解時的溫度。也可以先加熱使沉淀全部溶解,再緩慢冷卻,觀察并記錄剛出現結晶時的溫度。

繼續向大試管中加入0.50mL 1.0mol·L-1的KCl溶液,重復上述操作,完成第2號試驗。同樣,依次完成第3號、第4號試驗,分別把這次沉淀剛溶解的溫度記錄在實驗報告上。

五、思考題

本實驗中測定PbCl₂溶度積的原理如何?