Ⅰ 硫酸鈣溶度積測定一定條件下，交換速率為什麼很關鍵
溶解後的硫酸鈣一部分以未電離硫酸鈣存在，一部分電離成硫酸根離子和鈣離子
所以硫酸鈣溶解度=鈣或硫酸根離子濃度+溶解態的硫酸鈣濃度
硫酸鈣溶解度2g/l，即0.015mol/l
離子對解離方程
caso4（aq）==
ca2+（aq）
+
so42-（aq）
[ca2+][so42-]/[caso4]=5.2×10^-3
設鈣離子濃度為x
mol/l（等於硫酸根離子濃度），離子對態的硫酸鈣濃度就是0.015-x
mol/l，帶入上面平衡方程：
x*x/（0.015-x）=5.2×10^-3
解得：x=6.6×10^-3
溶度積=[ca2+][so42-]=x*x=4.36×10^-5
我網上查了一下，硫酸鈣溶度積相差比較大，有-7數量級也有-6數量級也有-5數量級的。我估計應該是-5數量級較合理一些，因為是微溶的。
另外，我根據熱力學數據，推算出溶度積是7.1×10^-5
給你一個參考網站，溶度積與計算結果較為接近
Ⅱ 硫酸鈣溶解度是什麼
硫酸鈣屬微溶物質，也就是在常溫下， 100g水中最多溶解的溶質質量在0.01g~~1g之間。如果是溶液中出來的微溶物質就加↓ 符號，如果反應物中已經有固體了，產生 的固體就不加 ↓ 符號，因此 CaO +H2O =Ca(OH)2 前面 CaO 是固體SO3 +Ca(OH)2=CaSO4 ↓+ H2O， 前面 Ca（OH）2是溶液形式，石灰水嘛
Ⅲ 為什麼硫酸鈣飽和溶液要在干過濾以後才能用(用離子交換樹脂除去鈣離子之前)
因為半水以及無水硫酸鈣本身具有吸水性。
純水中加入過量的固回體，經常攪拌，恆答定在一定的溫度下足夠長時間，分別制備不同溫度下的飽和溶液。吸取一定體積的飽和溶液（經干過濾後的），加入到裝有陽離子交換樹脂的離子交換柱中。收集經充分交換和洗滌後的溶液，准確測定pH或H+離子的物質的量（可用滴定法），可進而計算硫酸鈣的溶解度。
鈣離子濃度測定，也可以採用其它測定方法。
至於對應的固體含幾個結晶水，你該明白做法。
至於不同水合物的溶解度，結合數據可進行理論推算。
Ⅳ 測定硫酸鈣的溶度積常數,為什麼交換前交換洗滌後的流出液都要呈中性
這個實驗的原理是把Ca2+在交換柱中轉化為H+，H+的濃度即代表著Ca2+的濃度
交換前洗滌至中性——表明柱液中沒有游離的H+，保證實驗開始後流出的H+全部是由Ca2+交換得到的
交換後洗滌至中性——表明注重由Ca2+交換得到的H+已全部沖出
這樣交換得到的H+才是全部的由Ca2+交換得到的。
Ⅳ 電導法測弱電解質的解離平衡常數和難溶鹽的溶解度
2-7不溶性強電解質的溶度積溶度積測定實驗
？
首先，實驗的目的
了解很稀的溶液濃度測量方法;
了解難溶性鹽溶度積的決心;
3，鞏固活動，活動的濃度和相關系數的概念。
二，實驗原理
？？一些在一定溫度下的離子平衡，電解質的不溶性鹽的飽和溶液，在溶液中形成，並且一般表示式如下：
嚴格地說溶度積的平衡常數溶度積稱為的溶度積，或簡稱為相應的離子的活性產物的溶液牽制的離子作用的溶度積，但認為幾乎不含有電解質的飽和溶液的離子強度是非常小，可以的警告，而不是使用濃度活動。
在對氯化銀
從上面的等式中，如果測得的飽和溶液中的不溶性的電解質離子濃度，可以計算出的溶度積的溶度積，。因此，測量最終測量的離子濃度。設計一種方法測定的濃度，發現測量方法的溶度積。
具體測量的濃度的方法，包括的滴定法測定（如AgCl溶解度產品），離子交換法（如硫酸銅的溶解性產物的測定），電導率（如AgCl的溶度積的測定），離子電極方法（如氯鉛的測定的溶度積）時，電極電位的電極電位的方法（溶度積的關系），即分光光度法（例如氫碘酸銅的溶度積的測定），等，下面分別予以介紹。
？
Ⅰ，硫酸鈣的溶度積的測定（離子交換法）
？
首先，實驗的目的
1，練習使用離子交換樹脂;
要了解離子交換所測得的硫酸鈣的溶解度和溶度積的原則和方法。
進一步實踐酸鹼滴定法，大氣中的濾波操作。
二，實驗原理
離子交換樹脂是一類合成，與其他物質的固體球形聚合物，含酸性基團可以與其他物質交換的離子交換包含特殊的反應性基團在分子中，陽離子是一種陽離子交換樹脂含有鹼性基團，其中可以與其它物質交換，陰離子的陰離子交換樹脂。聚苯乙烯磺酸型樹脂，最常用的是強酸性陽離子交換樹脂，其結構式可表示為：
此實驗是強酸性陽離子交換樹脂（R-SO 3 H）（型號732）交換硫酸鈣飽和溶液中的Ca2 +交換反應：
2R-SO3H +鈣+→（R SO3）2的Ca + 2H +
？
硫酸鈣是微溶鹽，其溶解度以外的部分增加了Ca2 +和SO42-離子的硫酸鈣飽和溶液中存在的離子對和簡單離子之間的平衡：
硫酸鈣（AQ）=內Ca2 + + SO42-
由於Ca2 +離子交換平衡向右側移動時，該溶液流經交換樹脂，硫酸鈣（ag）的離解的結果都被交換為H +從流出物中[H +]計算值硫酸鈣摩爾溶解度?：
？
[H +]的測量可用的pH計，並且還可以是一個標準的NaOH溶液滴定繪制這里介紹滴定。
讓飽和的硫酸鈣溶液的[Ca2 +] = C [SO42-] = C，然後按[硫酸鈣（AQ）] = Y - C
和
KD，25℃，離子解離常數Kd = 5.2×10-3
和
由等式，C，並通過以下方式獲得溶度積= [內Ca2 +] [SO 4 2 - ] = C2，所定義的溶度積Ksp。
第三，的實驗步驟
1。填充柱離子交換柱（基本滴定管替代）洗少量的玻璃纖維或關閉棉脂肪填充的底部，說要帶一定數目的732強酸性陽離子交換樹脂放入小燒杯中，加蒸餾水浸泡和攪拌後與水一起除去的懸浮顆粒和雜質被轉移到離子交換柱，交換柱旋鈕剪輯的下端打開，使水慢慢流出，直到液位高於樹脂約1cm，夾緊螺釘夾緊，如果氣泡，使玻璃棒插入樹脂以除去氣泡，之後的操作過程中，應先浸泡在溶液中，使樹脂。去掉氣泡，添加少量的上述的樹脂中的玻璃纖維（或棉花）。
2。過渡到確保的Ca2 +完全交換成H +和Na +型樹脂，必須完全轉換後的模製的H +，採取40毫升2mol / L的鹽酸溶液分批加入交換柱中，控制每分鍾80-85滴流量讓通過交叉樹脂HCl溶液流後，保持10分鍾後。 [注意：如果使用的是一個很好的酸處理樹脂，裝柱後直接按治療]，用50-70ml的蒸餾水，漂洗樹脂，直到流出物的pH值是6-7（pH試紙測試）。
3下游飽和硫酸鈣1克分析純硫酸鈣固體的溶液放置約70毫升，煮沸後，冷卻至室溫的蒸餾水，攪拌10分鍾後，靜置5分鍾，並用定量濾紙（過濾器過濾紙，一個漏斗和抽濾瓶應乾燥），將濾液飽和硫酸鈣溶液。
4。外匯吸取20.00毫升飽和硫酸鈣溶液，注射遠離交叉柱，控制交換柱流出物的20-25滴/分鍾的速度，用洗滌的錐形燒瓶中進行污水。在樹脂床層幾乎完全的飽和溶液流入，在蒸餾水中洗滌樹脂中加入（約50毫升水分批洗脫）流出的液體的pH為6-7。請注意不要將整個交換和浸出工藝廢水損失。
5的氫離子濃度的測定在酸 - 鹼滴定，污水加2滴溴百里酚酞指示劑，將溶液從黃色到明亮的藍色用標准NaOH溶液滴定，滴定終點。准確地記錄使用的NaOH溶液，在溶液中的氫離子濃度的下述式的體積。
數據記錄和結果
硫酸鈣的飽和液體溫度
？
？
通過交換柱的飽和溶液的體積（mL）
？
？
NNaOH（MOL / L）
？
？
VNaOH（mL）的
？
？
[H +] mol / L的
？
？
硫酸鈣溶解度?
？
？
硫酸鈣溶度積Ksp
？
？
計算Kd值近似25°C的數據，計算過程寫實驗報告。
錯誤分析操作錯誤，根據文獻值嗎？硫酸鈣的溶解度，並討論錯誤的原因。
五問題
為什麼操作來控制液體的流速是不是太快了？為什麼不允許氣泡的存在下的樹脂層？如何避免？
2，計算得出的實驗結果硫酸鈣的溶解度產品？
制備的飽和溶液，硫酸鈣，為什麼您要使用的CO2的蒸餾水已被刪除？
影響最終測定結果的因素？影響因素分析，你認為在整個操作中的關鍵步驟？
5，下面的實驗結果有什麼影響？
1）過渡，樹脂不能完全轉化為H +形式。
2）是不允許的硫酸鈣的飽和溶液冷卻至室溫，在過濾器上。
3）過濾漏斗硫酸鈣飽和液體和接收燒瓶中未乾燥。
4）改造，洗脫液流出，低於中性停止浸出和交流。
？
附加硫酸鈣溶度積的文學價值
？
T℃
？0
？10
？20
？30
？40
？
溶解性×102mol / L
？1.29
？1.43
？1.50
？1.54
？/
？
單位為克每百克（g/100g）
？0.1759
？0.1928
？/
？0.2090
？0.2097
？
？
閱讀材料
離子交換技術
通過離子交換樹脂的離子交換柱中的化合物，該方法由於交換的離子鍵，得到相應的產物被稱為作為離子交換方法。該方法被廣泛用於元素的分離，提取，純化，有機脫色精製，水凈化，並用作反應催化劑，等，離子交換法所需要的項目，包括相應的??離子交換樹脂的離子交換柱。
離子交換樹脂，包括天然的和合成的兩類，其中較重要的是一種合成的有機樹脂，它主要是作為樹脂基體結構的聚合物的交聯成的苯乙烯和二乙烯基苯的使用，然後連接相應上部反應性基團的和合成的。合成的離子交換樹脂是一種不溶性聚合物，含有反應性基團的，具有網狀結構的聚合物，有許多的網狀結構的骨架可以被離子化和周圍溶液中的一些離子交換活性基團，網狀結構的離子交換樹脂溶解在水或酸，鹼溶液是極其困難的，對於大多數有機溶劑，氧化劑，還原劑，和熱不發揮作用。
A.離子交換樹脂的分類
發生糾紛組和不同的離子交換樹脂的作用，可以劃分為不同的類別，如陽離子交換反應用的陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂的離子交換樹脂具有特殊的功能。
1。的陽離子交換樹脂，陽離子交換樹脂是用酸性的交換基團的樹脂，這些酸性基團包括磺酸基（-SO 3 H），羧基（-COOH），酚性羥基基團（-OH）。在這些樹脂中，它們的陽離子可以是在溶液中的陽離子交換，根據上的活性基團的強度，pH值，所述陽離子交換樹脂被進一步細分為強酸性陽離子交換樹脂（活性基團是-SO 3 H ），國內732樹脂（新牌號001-100），中度酸性陽離子交換樹脂（活性基團-PO3H2）和（＃401-500）取得了新的成績和弱酸性陽離子交換樹脂（活性基團-CO 2 - C6H4OH等）（例如，724型，＃101-200新牌號）等，這是最廣泛使用的強酸性樹脂。
2。的陰離子交換樹脂含有一個基本的反應性基團的樹脂，這種樹脂的陰離子可以是溶液的陰離子交換。根據鹼性強度差異中的活性基團的強鹼性陰離子交換樹脂（活性基團是季胺鹼，如，711＃，714＃，等），和弱鹼性陰離子交換樹脂被分成（活性基團是伯胺，仲胺基和叔胺基團，如701＃樹脂，等等。）
3。具有特殊的功能性樹脂，如螯合樹脂，兩性樹脂，氧化還原樹脂等（見表2-8）。
在使用中應根據該實驗中，不同類型的離子交換樹脂的具體要求。
II。離子交換的基本原則
？離子交換過程是在溶液中的離子通過擴散到顆粒內的樹脂，在用樹脂上的H +離子交換（或Na +等離子的活性基團），交換的H +離子擴散的解決方案，並已出院。因此，在離子交換過程是可逆的，陽離子交換樹脂，更大的離子價交換電位越大，即與樹脂結
表2-8中，離子交換樹脂類型的
類型
？活動組
？類別
？案例
？
陽離子交換樹脂
？強酸性
？磺酸基
H-型（R-SO 3 H）的Na型（R-竹紅菌素衍生物）
？732，IR-120型
？
磷酸基團
H-型（R-PO3H2）：Na型（R-PO3Na2）。
？
？
弱酸
？羧酸基
H-型（R-CO 2 H）：Na型（R-CO2Na）。
724型，IRC-50型
？
酚基
H-型（R-C6H4OH）Na型（R-C6H4ONa）
？
？
陰離子交換樹脂
？強鹼性
？第四紀胺組
OH-型（R-NR`3OH）
氯型（R-NR「3CL）
？717，IRA-400型
？
弱鹼性
伯胺組
OH-型（R-NH3OH）
氯型（R-NH3Cl）
701，IR-45型
？
仲氨基的基團
OH-型（R-NR「H2OH）
氯型（R-NR「H2Cl）
？
？
叔胺基團
OH-型（R-NHR`2OH）
氯型（R-NHR「2CL）
？
？
特殊功能樹脂
螯合樹脂，兩性的樹脂，氧化還原樹脂
？
較強的合作能力：
K + <H +的Na + <K +銀+ <FE2 + CO2 +鎳+銅+鎂+鈣+ <Ba2 +的<SC3 +
？同樣，對於目的的結果，離子交換樹脂，與增加的離子價的增加，如在強鹼性陰離子樹脂的交換勢：
AC-F-OH-HCOO-H2PO4-HCO3-BrO3-CL-<NO3-<BR-NO2-I-CrO42-C2O42-SO42-
？？一般製造的所謂的交換容量的1克干樹脂的離子交換容量交換容量是毫當量相應的離子交換的數目。不同類型的樹脂的交換容量為強酸性離子交換樹脂，一般≥4.5毫克當量/克干樹脂的交換容量，從而可以計算出從最小量的樹脂，需要一個特定的實驗。
III。交換樹脂的影響因素
有許多因素影響樹脂的交換，主要包括以下幾個方面：
1。的性質的樹脂本身的不同製造商，不同型號的不同樹脂的交換容量。
2。預處理的樹脂或再生的質量。
3。填充樹脂，在離子交換柱中的樹脂填充的是是否有氣泡。
4。柱直徑和由於離子交換過程的流出速度的比率是一個緩慢的交換過程中，這種交換是一個可逆過程。的流出速度交換的結果造成很大的影響，流出速度過大，為時已晚，離子交換，從十字架上的效果是不佳的。流出速度的柱塔直徑比[離子交換柱的高度與直徑之比的溶液中的離子濃度與流動相和離子交換（圖2-35）]和其他因素，如離子濃度小時，可能是適當增加流出的速度。在實驗室中柱直徑比為10:1或以上的一般要求，可適當增加柱直徑比較大的流出速度。為了得到更好的效果，流出速度一般控制在20-30滴/分為適當的。
IV。新樹脂預處理老化樹脂再生的
1。陽離子交換樹脂預處理的目的⑴清洗以去除一些外源性雜質會購買一個新的樹脂，用清水浸泡，不煩躁時。丟棄的酸洗液，並不斷換水，直到酸洗液無色。的⑵苛性由於穩定性要求，購買新的樹脂基本上是鈉型，苛性處理的使用，可能是一些非鈉的類型轉換為鈉形式，以方便下一處理。增加的容量的8％的NaOH溶液中浸泡30分鍾後，分離的鹼液，用水洗至中性。 （3）轉化率7％的HCl溶液三次，每次是容量和浸泡30分鍾後，分離出酸，並洗滌至中性備用（註：應使用最後用蒸餾水或去離子水）的多次。
2。陰離子交換樹脂預處理⑴新購陰離子交換樹脂加入等量的50％乙醇，攪拌，靜置過夜，除去乙醇，用清水洗凈，直到酸洗液無色無味。 ⑵用7％的HCl溶液3次，每次，容量和浸泡30分鍾，分離的酸，並用水洗至中性。 ⑶與8％NaOH溶液3次，每次在容量和允許浸泡30分鍾，用水洗滌至pH為8-9。
3。隨著時間的推移，變色，和損失的交換容量，可以是該樹脂的老化處理，以再生的離子交換樹脂的離子交換樹脂的再生使用。再生樹脂的方法，是對類似的不同而不同，但基本步驟和預處理，第一漂洗，然後用離子交換過程的可逆性原理，與H +，Na +的（或OH - ，Cl-）的交換樹脂離子IE瀏覽器可以。再生過程中，你可以使用靜態方法和動態方法和其他方法。 2mol / L的鹽酸的陽離子交換樹脂的再生，例如：（1）靜態方法，漂洗後的樹脂中加入適量（2-3倍（體積）或更多）的24小時或更長時間（的放置過程中應始終是攪拌），棄掉的酸，並用水洗至中性。 （2）動態方法是2-3倍容量的2 mol / L的（約7％）的HCl溶液（或其它酸），從下部的橫柱的開關旋鈕打開第一次釋放，殘留水從跨列，讓液體慢慢的pH值測試的污水流出，並在任何時候，當污水呈強酸性，關閉旋鈕，靜置一段時間，換來的是完全的（靜態再勝）後釋放的酸，以及所添加的酸的其餘部分（動態的再生），最後用水洗至中性漂洗可以。
注（1）為了避免在洗滌過程中，樹脂的交換動作的自來水中的離子發生，最好先用自來水洗出，大部分的樹脂酸（或鹼）[的流出物的pH為約2-3（11 - 12）]（去離子水），用蒸餾水洗滌至pH為6-7（或8-9）。 （2）陰離子交換樹脂可以很容易地分解超過40個時，應特別注意。 ⑶樹脂支付的過程中逐漸開裂破碎，但一般為3-4年，甚至更長的時間，而且不容易倒掉。 （4）交易（或再生）樹脂應立即使用，不能阻止足夠長的時間，因
？
？
Ⅰ陽離子交換柱
Ⅱ陰離子交換柱
Ⅲ混合離子交換柱
？
？
？？？？？？？？？？？？？？？？？
？
？
？
圖2-35圖2-36離子交換裝置圖的橫欄柱直徑比
？
它的穩定性差。交叉Na +型陽離子樹脂通常比H +從十字架上的陰離子樹脂的Cl-比OH-的形式形成穩定的穩定。 ⑸樹脂再生，應選擇於樹脂上的酸（鹼），如對Pb2 +的組合相結合的離子的基礎上，不能使用鹽酸硝酸鉛（NO3）2應是可溶的。
五，離子交換方法的具體操作
1。應該是預處理或再生樹脂樹脂的變換，變換後的樹脂放置在蒸餾水中。
2。裝柱（1）的選擇是根據實驗的目的和情況不同性質的離子交換樹脂中選擇的樹脂，
如果吸附的無機陽離子或有機鹼，應該使用的陽離子交換樹脂，而隨後的吸附是一種無機陰離子或有機認為應該使用的陰離子交換樹脂，如果分離的氨基酸，例如兩性物質，使用陽離子陰離子交換樹脂可以是。未定羊後，陰離子交換樹脂，以確定需要的類型的交換基團的，弱的酸（鹼）等樹脂為強吸附的離子從交叉的電阻，可以使用，和用於吸附較弱的酸（鹼）電阻，應選擇從AC樹脂。幾種離子的共存應該使用弱吸附縣，強交換樹脂的吸附後的重新選擇。的樹脂作為催化劑時，應使用強酸性離子交換樹脂（基峰）。 （2）樹脂填充柱好書裝入離子交換柱的激活過程被載入柱。柱填料，關鍵在於的間隙中或氣泡不能為樹脂的具體做法是：第1離子交換柱部的去離子水，然後放入列中的樹脂與水，並打開所述活塞的下部，水開始流程。當樹脂滴加結束後，用去離子水沖洗樹脂，直到流出物的pH為中性。柱填料的過程中特別注意不能沒有水，樹脂層，以避免氣泡和使樹脂故障。如果無意中產生的氣泡，用玻璃棒攪拌分支，並與氣泡。
3。開關旋鈕遠離交叉打開的離子交換柱的下端，將已處理的離子交換柱，在去離子水排出（註：進一步測試一次的流出物的pH值是中性的，如果不是則繼續去離子水沖洗至中性） 。直到剛好隱瞞樹脂的去離子水，被添加到待處理的樣品液體的離子交換柱（注意：當他們不使樹脂翻轉），開關旋鈕打開該樹脂柱的下端，控制流速20-30滴每分鍾，樣品液體時，當幾乎所有進入到樹脂中，加入去離子水（註：不能讓樹脂層的交叉過程中沒有水，以避免產生氣泡，影響從交叉影響）繼續在十字架上，直到出水pH約6-7年。 ⑷
樹脂再生方法的運算。
Ⅵ 測石膏純度：硫酸鈣和中性陽離子交換樹脂的化學反應方程式怎麼寫
2R－SO3Na ＋CaSO4 ➡️ （R－SO3）2Ca ＋ Na2SO4
但硫酸鈣容易沉澱，須控制好濃度和交換流速。
Ⅶ 國標中測定硫酸鈣的方法
你加入了多少氫氧化鉀?
甲基紅的變色范圍:
1.其pH值在4.4~6.2區間時,呈橙色,
2.其pH值<=4.4時,呈紅色,
3.其pH值>=6.2時,呈黃色.
你加入氫氧化鉀後甲基紅變成黃色說明加入的鹼液太多,或者鹼液的濃度太大,使得pH改變過大.請調整氫氧化鉀的濃度和滴加速度.
Ⅷ 硫酸鈣溶解度測定方法具體是什麼啊
Solubility of CaSO4
Experiment 2
Major Concepts and Learning Goals
∙ Application of the solubility proct constant (Ksp)
∙ Saturated solutions
∙ Le Chatlier』s Principle/Common ion effect
∙ Activities and activity coefficients
∙ Ion selective electrodes
∙ Calibration curves
Laboratory Task
∙ Proce a calibration curve using standard solutions of CaNO3
∙ Measure the activities of the calcium ion, ACa2+, of three different solutions
1) a saturated solution of CaSO4 in H2O
2) a saturated solution of CaSO4 in 0.10 M KNO3
3) a saturated solution of CaSO4 in 0.10 M Na2SO4
∙ Use concepts of ionic strength () and activity coefficient () to calculate the concentrations and activities of Ca2+ and SO42- in each of the three solutions
∙ Calculate Ksp for CaSO4 using the data from each of the solutions and compare it to the literature value of 2.4•10-5.
Introction
The solubility of CaSO4 at 25 ºC is described by the following reaction and equilibrium
CaSO4(s) ↔ Ca2+ + SO42-
Ksp(CaSO4) = [Ca2+][SO42-] = 2.4∙10-5 Eq. 1
In words, this equilibrium expression states that the proct of the calcium ion concentration and the sulfate ion concentration can be no larger than 2.4∙10-5 in any aqueous solution.
Saturated solutions
Any aqueous solution in which the proct of the calcium ion concentration and the sulfate ion concentration is 2.4∙10-5 is said to be a saturated CaSO4 solution.
If a little more Ca2+ or SO42- is added to a saturated CaSO4 solution the equilibrium will shift to the left to form solid CaSO4 and the value of the proct of the calcium ion concentration and the sulfate ion concentration would be restored to 2.4∙10-5. This statement is the basis of Le Chatlier』s Principle.
When an equilibrium position of a reaction is disturbed, a new equilibrium position will be established by shifting the reaction in a direction that alleviates the stress caused by the disturbance
Saturated solutions can be prepared by a variety of methods. In this experiment the first saturated solution has been prepared by adding solid CaSO4 to purified water (the water comes from a purification system that includes a carbon filter, an ion-exchange resin and a UV lamp). The solution was mixed for several days and allowed to settle and reach equilibrium for several weeks. Because the only source of the calcium ions and sulfate ions are from the dissolution of CaSO4, [Ca2+] = [SO42-]. In fact, the same statement can be made for the second saturated solution, since KNO3 is not a source of Ca2+ or SO42-
Based on the literature Ksp value, and ignoring activities (see below), the [Ca2+] of these first two saturated solutions are about 5.0∙10-3 M.
Le Chatlier』s Principle and the Common Ion Effect
One general case in which Le Chatlier』s principle can be applied is when the solution contains a soluble salt of an ion that is in common with the insoluble salt in question. This is the case in the third saturated solution; CaSO4 in dissolved 0.10 M Na2SO4. In this solution there are two sources of the sulfate ion; the Na2SO4 and the CaSO4. The [SO42-] concentration coming from the Na2SO4 is 0.10 M. The sulfate ion coming from the CaSO4 is equal to the calcium ion concentration.
Thus,
Ksp = [Ca2+] ([SO42-]CaSO4+ + [SO42-]Na2SO4) = 2.4∙10-5
Letting [Ca2+] = x, we arrive at
Ksp = x (x + 0.10) = 2.4∙10-5
If we assume x <<< 0.10 M, then
Ksp = x 0.10 = 2.4∙10-5 and [Ca2+] = 2.4∙10-4 M,
This is considerably lower than the first saturated solution. It is also important to note that our solution verifies that our stated assumption was valid.
This is lowering of the [Ca2+] is said to be e to the common ion effect.
Activities and Activity Coefficients
In reality, equilibria are affected by the concentration of ions, any ions, in solution. The ionic strength () is used as a measure of the total ion concentration of a solution. It is calculated by incorporating each of the 「i」 ionic species in solution to the following equation.
= ½ ∑(CiZi2)
So, why does the ionic strength matter? Well let』s look at the CaSO4 equilibrium as an example. The ionic strengths of the saturated solution 2 and 3 are considerably greater than that of saturated solution 1.
Saturated solution 1
= ½ ([Ca2+](2)2 + [SO42-](-2)2))
= ½ (5∙10-3(2)2 + 5.0∙10-3(-2)2)) = 0.02 M
Saturated solution 2
= ½ ([K+](1)2 + [NO3-](-1)2 + [Ca2+](2)2 + [SO42-](-2)2))
= ½ (0.1(1)2 + 0.1(-1)2 + 5∙10-3(2)2 + 5.0∙10-3(2)2)) = 0.12 M
Saturated solution 3
= ½ ([Na+](1)2 + [SO42-](-2)2) + [Ca2+](2)2)
= ½ (0.2(1)2 + 0.1(-2)2 + 2.4∙10-4(2)2 ) = 0.20 M
Electrostatic interactions between the negative ions and the Ca2+ ions in solution cause the formation of an ion cloud around the Ca2+ ions. The larger the ionic strength of the solution the greater the radius of this ion cloud. A similar ion cloud forms around the SO42- ions from the positive ions in solution. The size of the ion clouds about Ca2+ and SO42- defines the energetics associated with these ions finding each other in solution and forming CaSO4(s). Thus, the proct of the [Ca2+] and the [SO42-] in the second saturated solution would be expected to be greater than 5.0∙10-3 M, and in the third saturated solution the [Ca2+] would be expected to be greater than 2.4∙10-5 M and [SO42-] would be expected to be greater than 0.10 M.
Mathematically, the effect of ionic strength is accounted for by introcing the concept of ion activity, A. The activity of an ion can be thought of as its effective concentration and is given by proct of its concentration and activity coefficient, . The activity coefficient depends upon the size of the ion, its charge, and the ionic strength of the solution. For example:
ACa2+ = [Ca2+] Ca+
The activity coefficient can be calculated using the Debye-Huckle equation.
In this experiment estimates of the activity coefficients of Ca2+ and SO42- for the three saturated solutions will be provided with the corresponding spreadsheet.
The most important concept to appreciate in terms of activities is that the definition of equilibrium expression that we first learn and used is a model that works very well at low ionic strengths, where the activity coefficients are close to unity. But the more universal model expresses the equilibrium constants in terms of activities. Equation 1 becomes
Ksp(CaSO4) = ACa2+ASO42- = [Ca2+]Ca2+[SO42-]SO42- = 2.4∙10-5 Eq. 2
Ion-Selective Electrodes
Ion-selective electrodes are electrochemical cells that have been carefully crafted into a probe that is useful for measuring the activity of a specific ion in solution. An ion-selective electrode most often consists of two reference electrodes, which give a constant potential. The two reference electrodes are electrically linked via a voltmeter and a salt bridge through the solution being measured. The salt bridge consists of a membrane between the solution being measured and the inner reference electrode solution. This membrane is made of a unique material that preferentially allows the ion of interest to partially penetrate the membrane. This partial penetration leads to the development of a junction potential, the magnitude of which depends entirely on the activity of the ion in the solution being measured. The Ca2+ selective electrode used in this application uses a membrane that preferentially chelates Ca2+. The potential measured by the voltmeter depends upon the potential at each of the reference electrodes and the junction potential. The potential of the reference electrodes is constant and junction potential is only influenced by the activity of the Ca2+ in the solution being measure.
Ecell = constant + 59.16/2 log ACa2+
Typically, one would measure the voltage of several standard Ca2+ solutions of known activities in the range of 0.1-10-6 M. Then, a calibration plot is proced by plotting the cell potential as a function of the log ACa2+.
In the Lab
1. Make serial dilutions of the 0.100 M Ca(NO3)2 solution using a 10.00 mL pipet and several 100 mL volumetric flasks. You should end up with solutions at the following concentrations; 0.0100 M, 1.00∙10-3 M, 1.00∙10-4 M, 1.00∙10-5 M. The Corresponding activities of these solutions are as follows 0.0100 M, 1.00∙10-3 M, 1.00∙10-4 M, 1.00∙10-5 M.
2. Carefully pour about 25 mL of the three CaSO4 solutions into each of three 100 mL beakers. Label the beakers well.
3. Measure the cell voltages of each of the six standards and the three samples of different saturated CaSO4 solutions. Record all data on the Lab Pro Software and and paste the data into an Excel spread sheet.
Lab Report
Open the Excel file named 「CASO4」. In the 「standard curve」 worksheet enter the Ecell readings. Be sure that the cells where the data are inputted correspond to the correct concentration of the standard. The graph will show the calibration plot (mV vs log ACa2+) for your Ca2+ ion selective electrode. The slope and intercept of the plot is also given and automatically placed on top of the worksheet labeled 「CaSO4 solutions」. Go to this worksheet. Place the data you obtained for the cell potentials for your three CaSO4 solutions. For the first and second saturated solutions (saturated CaSO4 in H2O and saturated CaSO4 in 0.1 M KNO3) the spreadsheet calculates the ACa2+ from the standard curve parameters, then calculates the [Ca2+] using the estimated activity coefficient for Ca2+, which, as described above, must equal the [SO42-], then calculates the ASO42- from the estimated activity coefficient of SO42-, and finally we calculated the Ksp of CaSO4 from the proct of the activities.
log ACa2+ = (Ecell – intercept)/slope
ACa2+ = 10 (log ACa2+)
[Ca2+] = ACa2+ / Ca2+
[SO42-] = [Ca2+]
ASO42- = [SO42-] SO42-
Ksp(CaSO4) = ACa2+ ASO42-
For the saturated CaSO4 solution in 0.10 M Na2SO4 the spreadsheet performs the same calculations, except that the [SO42-] is assumed to be 0.10 M.
The average Ksp of CaSO4 is also calculated.
Questions:
1. Compare and rationalize the relative magnitudes of the [Ca2+] in the three saturated CaSO4 solutions.
2. Are the three values for the Ksp of CaSO4 calculated from your experimental data in reasonable agreement?
3. Is the average value for the Ksp of CaSO4 calculated from your experimental data in reasonable agreement with the literature value of 2.4∙10-5?
Ⅸ 硫酸鈣溶度積的測定
難溶強電解質溶度積常數Ksp的測定一、 實驗目的1、 了解極稀溶液濃度的版測量方法;2、 了解測定權難溶鹽Ksp的方法;3、 鞏固活度、活度系數、濃度的概念及相關關系。二、 實驗原理 在一定溫度下，一種難溶鹽電解質的飽和溶液在溶液中形成一種多項離子平衡，一般表示式為:這個平衡常數Ksp稱為溶度積常數，或簡稱溶度積，嚴格地講Ksp應為相應個離子活度的乘積，因為溶液中個離子有牽制的作用，但考慮的難容電解質飽和溶液中離子強度很小，可警世的用濃度來代替活度。就AgCl而言 從上式可知，若測出難溶電解質飽和溶液中個離子的濃度，就可以計算出溶度積Ksp。因此測量最終還是測量離子濃度的問題。若設計出一種測量濃度的方法，就找到了測量Ksp的方法。具體測量濃度的方法，包括滴定法(如AgCl溶度積的測定)，離子交換法(如CuSO4溶度積的測定)，電導法(如AgCl溶度積的測定)，離子電極法(如氯化鉛溶度積的測定)，電極電勢法(Ksp與電極電勢的關系)，即分光光度法(如碘酸銅溶度積的測定)等