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盐效应是指当溶液中存在与沉淀无关的强电解质时,由于离子强度的增加导致沉淀溶解度增大的现象。这种现象与活度系数的变化有关,属于物理化学中的一种平衡效应。具体解释如下:
1. 溶度积与活度:
硫酸钡的溶度积表达式为:
\[ K_{sp} = a(\text{Ba}^{2+}) \times a(\text{SO}_4^{2-}) \]
其中 \(a\) 表示活度(有效浓度),与浓度的关系为 \(a = \gamma \cdot c\)(\(\gamma\) 为活度系数)。当离子强度较低时,\(\gamma \approx 1\),此时浓度可直接代入溶度积计算。
2. 加入硝酸钾的影响:
硝酸钾(KNO₃)作为强电解质,完全离解为 K⁺ 和 NO₃⁻。这些离子的加入显著提高了离子强度,导致:
- **离子强度增加**:溶液中所有离子的相互作用增强,离子氛效应使 Ba²⁺ 和 SO₄²⁻ 的活度系数(\(\gamma\))降低。
- **活度降低**:由于 \(\gamma_{\text{Ba}^{2+}}\) 和 \(\gamma_{\text{SO}_4^{2-}}\) 减小,活度 \(a(\text{Ba}^{2+})\) 和 \(a(\text{SO}_4^{2-})\) 也随之降低。
3. 溶度积的重新平衡:
为了维持溶度积 \(K_{sp}\) 不变(温度恒定),系统需通过溶解更多硫酸钡来补偿活度的降低。因此,溶液中 Ba²⁺ 和 SO₄²⁻ 的实际浓度(\(c\))必须增加,导致硫酸钡的溶解度增大。
与同离子效应的区别:
- **同离子效应**:加入含相同离子的盐(如 Na₂SO₄)会直接抑制溶解,导致 Ba²⁺ 浓度降低。
- **盐效应**:加入无关强电解质通过改变活度系数间接增大溶解度,使 Ba²⁺ 浓度升高。
总结:硝酸钾的加入通过提高离子强度,降低 Ba²⁺ 和 SO₄²⁻ 的活度系数,迫使更多硫酸钡溶解以维持 \(K_{sp}\),最终导致溶液中 Ba²⁺增大。这一现象体现了盐效应对沉淀溶解平衡的影响。
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