化學原理啟迪209
1. 在水中只能稍微溶解的離子固體，必須放在特殊的溶液裡才溶解得比較好。所以，當我們用量化分析的方法分離混合著各種物質的溶液時，除了用沈澱的方法把溶液中的物質分離出來，也常常必須要讓每一批沈澱物再次溶解為離子。
2. 假設有一份溶液含有陽離子Ag+、Pb2+、和Hg22+等等。當我們對這份溶液添加HCl溶液，將會形成不溶解的沈澱物AgCl、PbCl2和Hg2Cl2。一旦沈澱混合物從溶液分離出來，這些沈澱物還要再溶解才能個別分辨出每個陽離子。這是怎麼做到的？
3. 我們知道有些固體比較能夠在酸性溶液中溶解，有些固體比較能夠在鹼性溶液中溶解。那麼氯化物鹽類呢？舉例來說，AgCl能不能用強酸溶解？答案是不可以，因為Cl－完全不會吸引溶液中的質子H+。溶解平衡的位置
AgCl(s) ←→ Ag+(aq) + Cl－(aq)
不會受到H+的影響。
4. 雖然Cl－是弱鹼（反應物比較多、平衡位置在左邊），我們怎麼樣才能把溶解平衡位置拉到右邊（消耗掉更多的Cl－和Ag+、製造出更多的產物）？關鍵是利用製造錯合離子來消耗降低Ag+的濃度。
5. 舉例來說，Ag+與過量的NH3反應會形成穩定的錯合離子銀氨Ag(NH3)2+。這使得AgCl在濃氨水溶液中十分容易溶解。相關的反應
AgCl(s) ←→Ag+(aq) + Cl－(aq) Ksp＝1.6×10－10
Ag+(aq)+NH3(aq)←→Ag(NH3)+ (aq) K1＝2.1×103
Ag(NH3)+ (aq)+ NH3(aq)←→Ag(NH3)2+(aq) K2＝8.2×103
6. AgCl在溶液中溶解的Ag+，會與NH3結合形成Ag(NH3)2+。溶液中既有的Ag+會被NH3不斷拿去結合成錯離子，AgCl固體為了補充溶液裡損失的Ag+，必須不斷增加溶解，以達到溶解度積常數的標準：
[Ag+][Cl－]＝Ksp＝1.6×10－10
7. 在這裡[Ag+]專指溶液裡的Ag+離子，不是指溶液裡所有含銀Ag的物質，實際上溶液裡除了Ag+離子還有各種銀氨AgNH3+、Ag(NH3)2+：
[Ag]總溶解量＝[Ag+]+[AgNH3+]+[Ag(NH3)2+]
8. 最後所有從AgCl溶解的Ag+都變成Ag(NH3)2+，所以溶解的AgCl在過量的NH3中的平衡方程式
AgCl(s) + 2NH3(aq) ←→ Ag(NH3)2+(aq) + Cl－(aq)
這個方程式整合了三個步驟的反應，所以這個反應的平衡常數是三個反應常數的乘積。
9. 反應的平衡方程式
K＝[Ag(NH3)2+][Cl－]／[NH3]2
＝Ksp×K1×K2
＝(1.6×10－10)( 2.1×103)( 8.2×103)
=2.8×10－3
10. 利用這個方程式，我們能夠計算固體AgCl在10.0M NH3溶液中的溶解度。如果我們設定溶液中AgCl的溶解度是x mol/L，各物質的平衡濃度：
[Cl－]＝x
[Ag(NH3)2+]＝x
[NH3]＝10.0－2x
注1：xmol／L的AgCl溶解產生xmol／L的Cl－和xmol／L的Ag+，由於這些Ag+最後都會變成錯合離子，所以Ag(NH3)2+的份量是xmol／L。
注2：要形成xmol／L的Ag(NH3)2+需要2xmol／L的NH3，因為每個錯合離子含有2個NH3配位子。
11. 把這些濃度代入平衡方程式，得到
K＝2.8×10－3＝[Ag(NH3)2+][ Cl－]／[NH3]＝(x)(x)／(10.0－2x)2
12. 這裡不需要求取近似值。把等式兩邊的數值開根號
√2.8×10－3＝x／(10.0－2x)
x=0.48mol／L=AgCl(s)在10.0M NH3的溶解度
13. 由此可見，AgCl在10.0M的NH3溶解度比在純水中大，AgCl在純水中的溶解度是
√Ksp＝1.3×10－5 mol／L
14. 如果固體的陰離子是有相當強度的鹼，那就可以透過增加溶液的酸性提高溶解度。我們這裡所舉的例子，陰離子的鹼性不夠強，所以我們用配位子增加溶解度，讓固體的陽離子與配位子形成錯合離子。
15. 有的時候，無法溶解的固體需要整合好幾個反應來溶解。舉例來說，為了讓極難溶解的HgS溶解(Ksp＝1.6×10－54)，我們必須用高濃度的HCl和高濃度的HNO3混合液，稱為王水aqua regia。
16. 王水裡面的H+會S2－離子反應形成H2S，Cl－與Hg2+反應形成各種錯合離子，例如HgCl42－。此外，NO3－氧化S2－成元素硫。這些反應都會降低Hg2+和S2－的濃度，也就是說，原本溶解在溶液裡的Hg2+和S2－消耗掉，HgS為了達到自己的溶解平衡，必須從讓更多的HgS溶解來彌補損失，結果促進HgS的溶解度。
17. 因為許多鹽類會隨著溫度增加而溶解度增加，有時候加熱這種簡單的方法就能使得鹽類有效溶解。
18. 舉例來說，硫化物的混合物包含PbCl2、AgCl和Hg2Cl2。溫度對PbCl2的作用是，在低溫下冷的HCl溶液能使PbCl2沈澱，混合HCl的溶液加熱到接近沸點又能使PbCl2溶解。用這個方法，就能從銀氯化物AgCl和氯化汞（Ⅰ價）Hg2Cl2中，分離出PbCl2，因為它們在熱水中不容易溶解。
19. 接著，我們可使用氨水溶液溶解固體的AgCl，把它與Hg2Cl2分離開來。固體的Hg2Cl2與NH3反應能形成元素汞與HgNH2Cl的混合物
Hg2Cl2(s)+2NH3(aq)→HgNH2Cl(s)+Hg(l)+NH4+(aq)+Cl－(aq)
注：HgNH2Cl 是白色，Hg是黑色。
20. 沈澱的混合物，顏色是灰色。這是一個氧化還原反應，Hg2Cl2的汞離子mercury(Ⅰ)被氧化成Hg，或元素汞。
21. 以下是處理GroupⅠ離子的方法
22. 特別留意，我們透過增加CrO42－確認Pb2+的存在，這二種離子形成亮黃色的鉻酸鉛 lead(Ⅱ) chromate(PbCrO4)。此外，含有Ag(NH3)2+和Cl－的溶液增加H+，會使H+與NH3反應形成NH4+，因此摧毀錯合離子Ag(NH3)2+。因此重新形成氯化銀：
2H+(aq)+Ag(NH3)2+(aq)+Cl－(aq)→2NH4+(aq)+AgCl(s)
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》
徐弘毅：
1. 我們要達成人生的一個目的，有時候不是單純地做一件事情就可以達成，需要經過很多的手續，需要跟不同人的結合，需要有複雜的過程：溶解、沈澱、加熱、形成錯合離子、調整酸鹼度……種種步驟，才可能達成我們很純粹的理想，所以人生沒有那麼簡單。
2. 聽貝多芬第五號交響曲就知道，生命是何等嚴肅的事情，你會有很多的磨難、困難、挫折，你也需要一次又一次反覆地挑戰跟反抗，最後仍然不屈不撓，才能獲得你所想要追求的理想。
3. 一個人如何變得有「勇氣」？那絕對不是「口號」喊一喊就會產生勇氣，那是需要許多不同的化學反應，才可能讓人產生勇氣。
4. 首先，要接受不同類型的運動訓練，鍛鍊體能，可以承受磨難與打擊；還要挑戰各領域不同的知識，探索自己最無知的部分；然後要培養自己一項頂尖的專業能力；最後還要不斷地練習把自己的專業知識，用最淺顯易懂的方式教育其他的人，再經過一段長的時間，「勇氣」才會出現。
5. 有許多人認為只要他有了「權力」，就可以改革社會，就可以讓社會進步，這是相當、相當愚蠢又沒見識的想法，這是匹夫之勇的想法。
6. 一個人如果不瞭解「教育學」最核心的精神與細膩的教學技巧，絕對不可能做出腳踏實地的教育改革；一個人如果不知道最核心的財政價值，不知道最細膩的財政管理技巧，那他絕對不可能做任何公平正義的財稅革新。無知，一定會產生匹夫之勇，或懦弱無能，這是鐵律。
7. 如果自己不是社會上最頂尖博學多聞的人，同時也不是社會上最頂尖專業技能的人，那絕對不可能有資訊整合的能力，也絕對不可能產生高明的政策判斷能力，更不可能實際推動完善的行政效率，最後一定會不守信用、政見跳票、政策搖擺不定，然後只好整天嘻皮笑臉的混日子。
8. 偉大的管理者一定是：一、當時世界上最頂尖的專業人才；二、同時也是當時代最博學多聞的人；三、從小就歷經各種辛苦、克服千辛萬苦；四、具有非常高明的教學技巧。沒有具備以上四點，絕對不可能成為偉大的管理者，這是鐵律。所以，李登輝、陳水扁、馬英九、吳敦義、郝龍斌、胡志強都是蹩腳貨，不可能例外。
沒有留言:
張貼留言