caf2在純水中的溶解度怎麼算

1. 地下水中的溶解－沉澱

（一）全等溶解和非全等溶解

全等溶解（dissolve cogruently）礦物與水接觸產生溶解反應時，其反應產物都是溶解組分，這種溶解反應稱為全等溶解。例如方解石（CaCO₃）、硬石膏（CaSO₄）等礦物的溶解，其溶解反應的產物為Ca²⁺、

它們都是溶解組分。

非全等溶解（dissolve incongruently）礦物與水接觸產生溶解反應時，其反應產物除溶解組分外，還有新生成的一種或多種礦物或非晶質固體組分，這種反應稱為非全等溶解。例如鈉長石（NaAlSi₃O₈）和正長石（KA1Si₃O₈）的溶解：

表1.4戴維斯方程的a參數（次要離子）^〔6〕

水文地球化學基礎

上述溶解反應的產物除了溶解組分之外，還有固體組分高嶺石〔A1₂Si₂O₃（OH）₄〕，括弧中的「s」是指固體組分。包氣帶及含水層中大部分的硅鋁酸鹽礦物的溶解反應，多屬非全等溶解。這種溶解反應在地下水化學成分的形成和演變中有重要作用。除了硅鋁酸鹽外，如含水系統中同時存在多種礦物，雖然單個礦物的溶解均屬全等溶解，但是，由於多種礦物的存在，且其溶解度不同，則可能產生一種礦物的溶解，另一種礦物的沉澱。例如，含水系統中同時存在方解石和白雲石時，如水溫大於10℃，可能在產生方解石溶解的同時，也產生白雲石的沉澱。這種溶解反應也稱為非全等溶解。

（二）溶度積和溶解度

溶度積當難溶電解質溶於水而成飽和溶液時，溶液中同時存在溶解離子和未溶解的固體。按質量作用定律，在給定的溫壓下，溶液中相應方次的離子的活度乘積是一個常數，它稱為平衡常數K』，對於難溶鹽來說，這個常數稱為「溶度積」，或者「溶度積常數」。地下水系統中常見的一些難溶鹽的溶度積常數列於附錄2。溶度積常用符號K_sp代表。

溶解度其含義是，在給定的溫度和壓力下，達溶解平衡時，溶液中溶解物質的總量。在水文地球化學研究中，溶解度常用mg/L表示。

難溶鹽溶解度的大小，可據溶度積進行粗略的計算。例如方解石（CaCO₃）、螢石（CaF₂）及石膏（CaSO₄·H₂O）的溶度積已知（見表1.5），其溶解度的計算如下：

表1.5一些礦的平衡常數及溶解度（巴，25℃，pH=7）

^*CO₂分壓為10^-3巴；pK=-lgK。

^**CO₂分壓為10^-1巴；來源；據seide11（1958）^（7）,pK值有改動。

水文地球化學基礎

據上述反應式，1mol的CaCO₃溶解後，分別產生1mol的Ca²⁺和

設CaCO₃的溶解度為x（mol/L），則飽和水溶液中的Ca²⁺和

的濃度亦應為x，方解石的Kep=10^-8·4，所以

水文地球化學基礎

CaCO₃的分子量為100，則x=6.3mg/L,CaCO₃溶解度為6.3mg/L。

水文地球化學基礎

設CaF₂溶解度為x，則

CaF₂的分子量為78.077，則CaF₂的溶解度x=15.2mg/L。

因為H₂O活度為1，所以

水文地球化學基礎

設CaSO₄·2H₂O溶解度為x，則K_np=x³

x₂=10^-4·85,x=10^-2·425mol/L

CaSO₄·2H₂O的分子量為154，則其溶解度x＝578.8mg/L。

將上述計算與表1.5的數據相比，很顯然，按K_sp計算得的溶解度比表中所列的數據小得多。其原因是，上述計算是在假定活度等於濃度的情況下進行的，所以出現偏差，這在上述闡述活度概念時已提到。為了更好說明此問題，以石膏溶解度的計算為例進一步闡述。

例題1.1

當CaSO₄·2H₂O溶解反應在標准狀態下達到平衡時，如考慮到溶液中Ca²⁺和

的活度，那麼其溶解度是多少？

查附錄2，石膏的K_sp=10^-4.85，那麼

。將此數值代入（1.12）式

（mol/L），查表1.1和表1.2得：A=0.5085,B=0.3281,a（Ca²⁺）=6，

代入（1.11）式，算得

=0.630，

按照質量作用定律，

其中的Ca²⁺及

均為活度；所以

代入上述算得的活度系，則

因為

所以

根據新算出的

、

值，再次代入（1.12）式，可更精確地算得I、

和

水文地球化學基礎

如此反復運算，達到所規定的前後兩次運算結果差值的數學精確度後，運算終止，即可得到滿意的結果。下述是反復運算七次，

前後兩次差值為10^-9mol/L，其結果如下：

/L，因為

的分子量＝154，所以考慮活度的石膏溶解度＝1069mg/L。此數值幾乎是假定活度等於濃度的溶解度（578.8mg/L）的一倍。

例題1的計算說明，活度在化學運算中是十分重要的。然而，在溶解度的運算中，除應考慮活度外，離子的絡合也是一個十分重要的因素，這一點，將在後面詳細闡述。此外，CO₂分壓對難溶碳酸鹽礦物等的溶解度影響也很大，如方解石（CaCO₃），當25℃，CO₂分壓等於10^-8和10^-1巴時，其溶解度分別為100mg/L和500mg/L。

（三）同離子效應及鹽效應

同離子效應一種礦物溶解於水溶液中，如若水溶液中有與礦物溶解相同的離子，則這種礦物的溶解度就會降低，這種現象在化學上稱為同離子效應。下面舉一個純鹽溶解來說明。將AgCl溶於兩種溶液：一種是不含Cl^-和Ag⁺的純水溶液；另一種是含有0.1mol的NaCl溶液。AgCl的K_sp=10^-9·8，如不考慮活度的影響，則

純水中的AgCl溶解度為：

K_sp=[Ag⁺][Cl^-]=10^-9·8

Agc1的溶解度

水文地球化學基礎

0.1mol NaC1溶液中AgCl的溶解度為：

設有xmolAgCl溶解，原溶液中已有0.1mol的Cl^-，所以

K_ap＝〔Ag⁺〕〔Cl^-〕＝〔x〕〔x+0.1〕＝10^-9·3

〔O.1x〕＋〔x²〕＝10^-9·8

由於〔x〕很小，所以〔x²〕更小，假設〔x²〕可忽略，則

〔x〕＝10^-8·8,AgCl的溶解度S=10^-8·3mol/L

上述計算結果說明，純水溶液與0.1mol NaC1相比，前者的AgCl溶解度遠大於後者，所以，同離子效應在某些情況下，對礦物的溶解度的影響比活度系數變化的影響更大。在地下水系統中，同離子效應也常常遇到。例如，含有足夠Ca²⁺和

的地下水，在流動途徑中遇到含石膏的地層，結果使石膏溶解：

水文地球化學基礎

雖然石膏的溶解會使離子強度I升高，使

和

降低，但

離子積的增加更大。因此，為了保持與方解石的溶解平衡，必然會產生CaCO₃的沉澱。含水系統中這類同離子效應，對於解釋地下水化學成分的演變，以及某些溶蝕現象是很有用的；在解析地下水污染現象中的溶質遷移也是有用的。

鹽效應礦物在純水中的溶解度低於礦物在高含量水中的溶解度，這種含鹽量升高使礦物溶解度增大的現象，在化學上稱為鹽效應。其主要原因是，水中含鹽量升高，離子強度I也升高，而活度系數則降低。下面是離子強度與水含鹽量的經驗關系式^〔1〕

水文地球化學基礎

式中：I為離子強度；

C為水中的含鹽量，即離子總量（mg/L）。

據（1.14）和（1.11）分別計算I值及活度系數，以

和

為例：當C從100mg/L升至1000和1500mg/L時，I值從0.0025升至0.0250和0.0375，

從0.72降至0.38和0.29，

從0.74降至0.41和0.32。經計算CaSO₄·2H₂O的溶解度也從791mg/L升至1454mg/L和1886mg/L，其溶解度增加2倍以上。值得注意的是，在水中鹽含量增加時，含有與某種礦物組成相同的離子也可能增加，因此鹽效應和同離子效應同時存在。正如上述所討論的，就對溶解度的影響而言，同離子效應大於鹽效應。所以，在鹽效應和同離子效應同時存在時，鹽效應往往可忽略；如無同離子效應存在時，鹽效應是應予考慮的。

（四）飽和指數

飽和指數是確定水與礦物處於何種狀態的參數，以符號「SI」表示。為此，我們再研究下列反應

oA+bB=cC+dD

按質量作用定律，當上述反應達到平衡時，

水文地球化學基礎

上式左邊稱為活度積，以「AP」表示；如所有組分均為離子，則稱離子活度積，以「IAP」表示。當達到溶解平衡時，AP（或IAP）＝K，即AP/K或IAP/K等於l，如AP/K或IAp/K＞1，反應向左邊進行；如AP/K或IAp/K＜1，反應向右邊進行。據上述原理，SI的數學表達式為

水文地球化學基礎

或

水文地球化學基礎

以CaCO₃與水的反應為例

水文地球化學基礎

當SI=1（1.15式），或SI=0（1.16式），水與CaCO₃達到溶解平衡狀態；當SI＜1（1.15式），或SI為負值（2.16式）時，水與CaCO₃處於非飽和狀態，反應向右進行，CaCO₃繼續溶解；當SI＞1（1.15式），或SI為正值（1.16式），水與CaCO₃處於過飽和狀態，反應向右進行，產生CaCO₃沉澱。

有些學者^〔4〕認為，以SI值判斷礦物的溶解是比較可靠的；而用SI值判斷礦物沉澱往往不甚可靠。他們認為，有些礦物，特別是方解石、白雲石和許多硅酸鹽礦物，盡管SI值為比較大的正值，處於過飽和狀態時，也可能不產生沉澱，例如，雖然海水與方解石和白雲石均處於過飽和狀態，但無沉澱的趨勢。產生這種情況的化學機理比較復雜，已超出本書的范疇。一般來說，根據SI值判斷水與岩石、礦物的反應狀態，對於地下淡水來說，還是很有用的。

例題1.2

一水樣分析結果如下：Na⁺=120mg/L,K⁺=15mg/L,Ca²⁺=38mg/L,Mg²⁺=22mg/L，Sr²⁺=0.8mg/L，

=300mg/L，Cl^-=15mg/L，

=150mg/L，SiO₂=21mg/L,pH=7.4，t=15℃

求SrSO₄的SI值，判斷它與水處於過飽和狀態，還是非飽和狀態？

（1）把分析結果換算為mol/L濃度單位，求I值

水文地球化學基礎

（2）據（1.11）式求

和r_Sr值

查表1.1（15℃）和表1.2得：A=0.5000,B=0.3262,

a（Sr²⁺）=5，代入（1.11）式，算得

水文地球化學基礎

（3）求Sr²⁺和

活度

水文地球化學基礎

（4）求15℃的

值

查附錄1及附錄2,

mol），∆H_f（SrSO₄）=-1453.2（kJ/mol）,KSrSO₄=10^-6.85（25℃）。

水文地球化學基礎

∆H_f-1453.2-545.8—909.2（kJ/mol）

∆H_r＝（－545.8）＋（－909.2）－（－1453.2）＝-1.80（kJ/mol）

代入（1.9）式，

，K₂=10^-6·339

（5）求SI值

據（1.15）式，

SrSO₄和水處於非飽和狀態，SrSO₄繼續被溶解。

2. 已知CaF2的Ksp=2.7x10-13,不考慮F的水解,則CaF2在純水中的溶解度為多少

^Ksp(CaF2)=c(Ca2+) * [c(F-)]^2，而CaF2 ==Ca2+ + 2F- 即c(F-)=2*c(Ca2)，所以Ksp(CaF2)=4 * [c(Ca2+)]^3=2.7x10-13，所以c(Ca2+) = 4.1*10^(-5)mol/L，所以CaF2在純水中的版溶解度權=4.1*10^(-6) *78=3.2*10^(-4)g

3. 將固體 AgBr 和 AgCl 加入到 50.0 mL 純水中,不斷攪拌使其達到平衡。計算溶液C銀

已知忽略離抄子強度的影響計算CaSO4的固有溶解度並計算飽和CaSO4溶液中非離解形式的Ca2+的百分數解：
已知某金屬氫氧化物M(OH)2的Ksp=4×10-15向0.10 mol/L M2+溶液中加入NaOH忽略體積變化和各種氫氧基絡合物計算下列不同情況生成沉澱時的H值 (1) M2+離子有1%沉澱； (2) M2+離子有50%沉澱；
(3) M2+離子有99%沉澱。解：
考慮鹽效應計算下列微溶化合物的溶解度： （1）BaSO4在0.10 mol/L NaCl溶液中； （2）BaSO4在0.10 mol/L BaCl溶液中。
解：
考慮酸效應，計算下列微溶化合物的溶解度：
CaF2在pH=2.0的溶液中；
BaSO4在2.0 mol/L的HCl中；
PbSO4在0.10 mol/L HNO3中；
CuS在pH=0.5的飽和H2S中（[H2S] ≈ 0.1 mol/L）解：
計算BaSO4在0.010BaCl2 - 0.070 mol/L HCl中的溶解度。
解： 考慮S2-的水解，計算下列硫化物在水中的溶解度。 1）CuS 2 ) MnS

4. 求caf2在純水中的溶解度

^^CaF2的Ksp=2.7*10^-11
CaF2 —（弱電離）— Ca^2+ + 2F-
假設CaF2的溶解度是C mol/L
則[Ca^2+]=C [F-]=2*C
C*(2*C)^2=2.7*10^-11
C=1.9*10^-4mol/L

5. 含氟廢水的處理方法有哪些

沉澱法和吸復附法
1)化學沉澱法是通過投制加鈣鹽等化學葯品，形成氟化物沉澱或氟化物被吸附於所形成的沉澱物中而共同沉澱。
2)吸附法是指含氟廢水流經接觸床，通過與床中固體介質進行離子交換或化學反應，去除氟化物。