同离子效应

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介绍

同离子效应 (CIE) 基于勒夏特列原理，该原理控制着盐以及溶液中包含相关离子的其他弱电解质的化学平衡。这种现象常用于改变弱电解质盐的溶解度，以及将盐从液体中分离出来。同离子效应 (CIE) 解释了当引入另一种含有相同离子的电解质时，一种电解质的电离受到抑制的影响。CIE 是一种现象，其中当向液体中引入另一种与分散电解质具有一个相同离子的电解质时，分散电解质的溶解度降低。

什么是同离子效应？

这通常集中在勒夏特列原理上，该原理指出，如果任何反应物的比例增加，则平衡会向进行变化的方向移动。当向包含已解离盐和电解质的溶液中加入另一种盐和含有相同离子的电解质时，相同离子的浓度会增加，导致已溶解盐或电解质的平衡向初始盐或电解质侧移动，从而降低其溶解度。假设盐 𝐴𝐵 和电解质 𝐶𝐵。在这种情况下，𝐶𝐵 比 𝐴𝐵 是较弱的电解质。因为当盐 𝐴𝐵 被引入仅包含 𝐶𝐵 的溶液中时，由于 CIE，𝐶𝐵 的电离会降低，其溶解度也会降低，并且平衡会向左移动。

对溶解度的影响

相同离子的存在会影响盐在溶液中的溶解度。在日常生活中，这种对溶解度的影响被利用于多种原因。

这种现象被用来从包含石灰石或白垩的含水层中获取供水。含水层是地下水层，与多孔岩石和其他物质结合在一起。碳酸钠盐 (𝑁𝐴2𝐶𝑂3) 被引入这种组合中以获取清洁水的途径。由于额外的沉淀，水的硬度降低了。

在水净化中添加 𝑁𝐴2𝐶𝑂3 会导致碳酸钙 (𝐶𝐴𝐶𝑂3) 沉淀，碳酸钙在水中略微溶解。这种纯沉淀物后来被用于生产牙膏，作为 CIE 现象的有益副产品。

这种作用在肥皂的制造中也非常重要。它们是脂肪酸钠盐。当在制造过程中向肥皂中添加 𝑁𝑎𝐶𝑙 时，肥皂盐的溶解度会降低。由于 CIE 以及离子强度的增加，肥皂会沉淀。这个概念也用于盐的过滤。向已经饱和的盐溶液中引入相同离子会导致额外的盐沉淀。这也浸泡在盐中，提炼了之前存在的盐。

pH 和同离子效应

当向缓冲溶液中引入共轭离子时，由于 CIE，pH 值会发生变化。

例如，当乙酸钠 (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻𝑁𝑎) 和乙酸 (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻) 溶解在溶液中以产生乙酸根离子时，可以看到这种作用。溶液中的 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻𝑁𝑎 完全解离，而 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 仅部分电离。这是因为 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 是较弱的酸，而乙酸钠是较强的电解质。

乙酸钠产生的额外乙酸根离子会阻止 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 的电离，使平衡向左移动，从而降低溶液的 pH 值。因此，含有乙酸钠 (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻𝑁𝑎) 和乙酸 (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻) 的 CIE 最终将具有更高的 pH 值，因为其酸性低于乙酸溶液。

同离子效应的例子

观察当氯化铅 (𝐼𝐼) (𝑃𝑏𝐶𝑙2) 溶解在水中，然后向饱和溶液中加入氯化钠 (𝑁𝑎𝐶𝑙) 时会发生什么。

因为氯化铅 (𝐼𝐼) (𝑃𝑏𝐶𝑙2) 在水中非常微溶，所以存在相应的平衡

$$\mathrm{Pb^{2+}(aq)\:+\:2Cl^{-}\:\rightarrow\:PbCl_{2}}$$

所得溶液中氯离子和铅离子的量是原来的两倍。当向此溶液中加入氯化钠时，会形成氯化铅 (𝐼𝐼) (𝑃𝑏𝐶𝑙2) 和带有氯阴离子的氯化钠。氯化钠 (𝑁𝑎𝐶𝑙) 电离产生钠离子和氯离子 −

$$\mathrm{Na^{2+}(aq)\:+\:Cl^{-}\:\rightarrow\:NaCl}$$

该反应产生的额外氯阴离子会降低氯化铅 (𝐼𝐼) (𝑃𝑏𝐶𝑙2) 的溶解度，改变氯化铅反应的平衡以补偿 𝐶𝑙 的添加。结果，部分氯离子被去除并转化为氯化铅 (𝐼𝐼) (𝑃𝑏𝐶𝑙2)。

如果某种化学物质仅微溶，则会出现 CIE。在任何含有相同离子的溶液中，该化学物质的溶解度都会降低。虽然氯化铅 (𝑃𝑏𝐶𝑙2) 的情况使用了相同的阴离子，但相同概念也适用于相同的阳离子。

同离子效应中涉及的因素

• 电解质的性质

• 温度

• 体积/稀释

• 离子的混合

同离子效应的重要性

在 QA 中产生情况以提取特定的阳离子，同时使其他阳离子留在溶液中。这是通过添加适量的具有相同离子的强电解质来实现的。弱电解质的解离被抑制到所需的程度。

CIE 也用于重量分析。重量分析沉淀物在沉淀溶液中非常微溶。使用 CIE，可以降低沉淀物的溶解度。如果溶解度不好，则不能使用此方法进行重量分析估计。这主要是通过引入少量过量的具有相同离子的沉淀剂来实现的。

结论

离子化合物的沉淀取决于溶液中是否存在一个或多个相同离子。混合物的沉淀受勒夏特列原理控制。当任何离子物质的量增加时，反应会逆转以减少产物侧的压力。我们研究了同离子效应、其溶解度及其重要性。此外，我们还了解了 pH 和同离子效应，以及一些示例，以便在本文中更好地理解。

常见问题

1. 同离子效应 (CIE) 到底是什么？

它是勒夏特列原理的结果。它是一种现象，即当向同一溶液中引入第二种电解质时，通过抑制一种电解质的溶解度来实现，当新的电解质与先前存在于溶液中的电解质共享一个离子时。

2. 以下哪种化学配对将表现出同离子效应 (CIE)？

• 氢氧化钠 (𝑁𝑎𝑂𝐻) 与碳酸钠 (𝑁𝑎𝐶𝑂3)

• 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 与 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2

• 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 与 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻

由于它们包含相同的离子 𝑁𝑎 和 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂，因此配对“a”和“c”表现出同离子效应。

3. 同离子效应 (CIE) 与勒夏特列原理相同吗？

不，勒夏特列原理和 CIE 不是一回事。虽然 CIE 主要基于勒夏特列原理，但它与勒夏特列原理的不同之处在于，CIE 仅适用于平衡组分的浓度，仅包括分子中的离子。而勒夏特列原理可用于平衡中多种物质的量，不仅包括离子，还包括压力和其他因素的影响，它也可以限于各种物理现象。

4. 解释 𝐻3𝑂+ 在乙酸电离中的同离子效应 (CIE)？

当强酸产生相同的离子 𝐻3𝑂+ 时，平衡会发生偏移以产生更多的 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻。

$$\mathrm{H_{3}O^{+}\:+\:C_{2}H_{3}O_{2}^{-}\:\rightarrow\:CH_{3}COOH\:+\:H_{2}O}$$

5. 𝑁𝐻4𝑂𝐻 和 𝑁𝐻4𝐶𝑙 的同离子效应 (CIE) 为什么会发生？

𝑁𝐻4𝑂𝐻 是一种弱碱，不会完全电离。由于氯化铵 𝑁𝐻4𝐶𝑙 中存在相同的离子 𝑁𝐻4+，它会抑制弱碱氢氧化铵 𝑁𝐻4𝑂𝐻 的电离，降低 𝑂𝐻− 浓度，从而阻止增加的族阳离子沉淀。因此，𝑁𝐻4𝑂𝐻 和 𝑁𝐻4𝐶𝑙 对表现出 CIE。