【プロ講師解説】このページでは『溶解度積(計算や単位、溶解度との関係、沈殿生成判定など)』について解説しています。解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。
溶解度積とは
水に溶けにくい電解質MmAaは飽和溶液中で
M_{m}A_{a}(固) ⇆ mM^{a+} + aA^{m-}
\]
このような平衡状態になっており、次のような式が成り立つ。
K = \frac{ [M^{a+}]^{m}[A^{m-}]^{a} }{ [M_{m}A_{a}(固)] }
\]
MmAaは固体のため[MmAa(固)]は一定とみなすことができる。
よって、[MmAa(固)]を移行して…
\underbrace{[M_{m}A_{a}(固)]×K}_{ 一定 } =[M^{a+}]^{m}[A^{m-}]^{a}
\]
このように考えることができる。ここで、定数(一定)である[MmAa(固)]×Kを改めてKspと定義すると…
K_{sp} =[M^{a+}]^{m}[A^{m-}]^{a}
\]
このKspを溶解度積という。
PLUS+
塩化銀AgClを水に溶解させると一部のAgClが溶け残った水溶液ができ、溶解平衡の状態に達した。この溶解平衡の平衡定数K(AgCl)は次のように表される。
\[
K(AgCl)=\frac{ [Ag^{+}][Cl^{-}] }{ [AgCl(固)] }
\]
[AgCl(固)]を一定とみなし新しい定数としてKsp(AgCl)を次のように定義する。
\[
K_{sp}(AgCl)=[Ag^{+}][Cl^{-}]
\]
このKsp(AgCl)が塩化銀の溶解度積となる。
溶解度積の計算問題
溶解度積に関する問題として、テストで頻出の「溶解度積を使って溶解度を求める問題」と「溶解度積を使って沈殿生成の有無を判定する問題」の解き方を解説していこう。
溶解度積を使って溶解度を求める問題
溶けるAgClをx(mol/L)とすると、Ag+、Cl–の濃度はどちらもx(mol/L)となる。
したがって、次のような式を立てることができる。
K_{sp}(AgCl) = [Ag^{+}][Cl^{-}]\\
\leftrightarrow 4.0×10^{-10} = x × x\\
\therefore x = 2.0×10^{-5}(mol/L)
\]
溶けるAg2CrO4をx(mol/L)とすると、Ag+の濃度は2x(mol/L)、CrO42-の濃度はx(mol/L)となる。
したがって、次のような式を立てることができる。
K_{sp}(Ag_{2}CrO_{4}) = [Ag^{+}]^{2}[CrO_{4}^{2-}]\\
\leftrightarrow 3.2×10^{-11} = (2x)^{2} × x\\
\therefore x = 2.0×10^{-4}(mol/L)
\]
溶解度積を使って沈殿生成の有無を判定する問題
溶解度積を使った沈殿生成判定は次の2STEPで行う。


STEP1
沈殿生成の有無を判断するときは、まず「仮の溶解度積」を求める。
\begin{align} 仮の溶解度積(\widetilde{ K_{sp} }) &=[Ag^{+}][Cl^{-}]\\
&=4.0×10^{-5}×5.0×10^{-6}\\
&=2.0×10^{-10}(mol/L)^{2} \end{align}
\]
STEP2
次に、仮の溶解度積と溶解度積を比較し、沈殿生成の有無を決定する。
沈殿 | |
---|---|
仮の溶解度積>(真の)溶解度積 | 生成する |
仮の溶解度積=(真の)溶解度積 | (ギリ)生成しない |
仮の溶解度積<(真の)溶解度積 | 生成しない |
仮の溶解度積が(問題文で与えられている)溶解度積を超えている場合のみ沈殿が生成する。
今回の問題文中にあるAgClの溶解度積は1.8×10-10(mol/L)2で、求めた仮の溶解度積が2.0×10-10(mol/L)2なので…
\underbrace{ 2.0×10^{-10} }_{ 仮の溶解度積 } > \underbrace{ 1.8×10^{-10} } _{ 真の溶解度積 }
\]
仮の溶解度積>真の溶解度積となり沈殿は生成する。
溶解度積に関する演習問題
飽和溶液において、沈殿の一部が溶解し平衡状態になることを【1】という。
塩化銀AgClを水に溶解させると、一部のAgClが溶け残った水溶液ができ、溶解平衡の状態に達した。この溶解平衡の平衡定数K(AgCl)は次のように表される。
\[
\mathtt{ K(AgCl) = \frac{[【1】][【2】]}{ [AgCl(固)]}}
\]
[AgCl(固)]を一定とみなし新しい定数としてKs(AgCl)を次のように定義する。
\[
\mathtt{ K_{s}(AgCl) =[【1】][【2】]}
\]
このKs(AgCl)を(塩化銀の)【3】という。
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・化学のグルメ運営代表
・高校化学講師
・薬剤師
・デザイナー/イラストレーター
数百名の個別指導経験あり(過去生徒合格実績:東京大・京都大・東工大・東北大・筑波大・千葉大・早稲田大・慶應義塾大・東京理科大・上智大・明治大など)
2014年よりwebメディア『化学のグルメ』を運営
公式オンラインストアで販売中の理論化学ドリルシリーズ・有機化学ドリル等を執筆
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