博文
无机钠盐溶解的热力学探讨
|
瑞典人Arrhenius S A于1883年和1887年连续发表了《电解质的导电性研究》和《关于溶质在水中的离解》两篇论文，揭示了无机盐溶解的一般规律；然而由固态（s）无机盐溶解为液态（aq）无机盐的过程并没有被提及，也经常被研究者忽视.
本文拟结合热力学计算系统探讨水中无机钠盐溶解过程的热力学规律.
1. 无机钠盐溶解的基本步骤
选取氯化、硝酸、硫酸及碳酸四种无机钠盐为研究体系.
水中无机钠盐溶解通常由以下两步构成：
NanX（s）→ NanX（aq） （1）
NanX（aq）→nNa+（aq）+ Xn-（aq） （2）
式（1）及（2）中 X代表Cl-、NO3-、SO42-或CO32-中任一阴离子, n可取1或2正整数.
无机钠盐溶解的总反应为（1）+（2），即：
NanX（s）→ nNa+（aq）+ Xn-（aq） （3）
2. 无机钠盐溶解的热力学计算
298.15K、100kPa下无机钠盐溶解热力学计算包括：
ΔrGθm= Σ（νi▪ΔfGθm,i) （4）
lnKθ=- ΔrGθm/ （RT） （5）
式（3）的溶解度S=（Kθ/nn）1/（n+1） （6）
2.1 NaCl体系
NaCl体系计算参见表1[1]：
表1 NaCl体系计算结果
| 溶解反应 | ΔrGθm(/kJ▪mol-1) | Kθ | S(/mol▪dm-3) | |
| NaCl（s）→ NaCl（aq） | -9.07 | 38.54 | ||
| NaCl(aq)→Na+(aq)+Cl-(aq) | 0.03 | 0.9880 | ||
| NaCl(s) → Na+(aq)+Cl-(aq) | -9.04 | 38.07 | 6.193 | |
2.2 NaNO3体系
NaNO3体系计算参见表2：
表2 NaNO3体系计算结果
| 溶解反应 | ΔrGθm(/kJ▪mol-1) | Kθ | S(/mol▪dm-3) | |
| NaNO3（s）→ NaNO3（aq） | -6.15 | 11.89 | ||
| NaNO3(aq)→Na+(aq)+NO3-(aq) | 2.59 | 0.3525 | ||
| NaNO3(s) → Na+(aq)+NO3-(aq) | -3.56 | 4.191 | 2.047 | |
2.3 Na2SO4体系
Na2SO4体系计算参见表3：
表3 Na2SO4体系计算结果
| 溶解反应 | ΔrGθm(/kJ▪mol-1) | Kθ | S(/mol▪dm-3) | |
| Na2SO4（s）→Na2SO4（aq） | 1.8 | 0.4838 | ||
| Na2SO4(aq)→2Na+(aq)+SO42-(aq) | 0.11 | 0.9566 | ||
| Na2SO4(s) →2Na+(aq)+SO42-(aq) | 1.91 | 0.4628 | 0.4873 | |
2.3 Na2CO3体系
Na2CO3体系计算参见表3：
表3 Na2CO3体系计算结果
| 溶解反应 | ΔrGθm(/kJ▪mol-1) | Kθ | S(/mol▪dm-3) | |
| Na2CO3（s）→Na2CO3（aq） | -7.20 | 18.26 | ||
| Na2CO3(aq)→2Na+(aq)+CO32-(aq) | 0.03 | 0.9880 | ||
| Na2CO3(s) →2Na+(aq)+CO32-(aq) | -7.17 | 18.04 | 1.652 | |
由上结果可知25℃，100kPa下几种钠盐溶解度由大到小排列顺序为：NaCl>NaNO3>Na2CO3>Na2SO4.
3. 结论
（1）固态无机钠盐溶解为液态无机钠盐，对于无机钠盐水中的解离至关重要；
（2）25℃，100kPa下水中无机钠盐溶解度由大到小排列顺序为：NaCl>NaNO3>Na2CO3>Na2SO4.
参考文献
[1]Lide D R. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 89th ed. Chemical Co,2008,17:2688.
https://blog.sciencenet.cn/blog-3474471-1326680.html
上一篇：常见氯化盐溶解能力的热力学估算
下一篇：强电解质溶液活度的一种新观察
