溶解度積とは？計算方法と入試問題での使い方２パターン！沈殿生成判定のやり方

こんにちは。

本記事では大学受験で使う溶解度積に関するテクニックや本質を理解する方法を解説していきます。

本記事では溶解度積に関するこのような悩みを解消していきます。

化学平衡の中でもかなり終盤に勉強する溶解度積ですが、僕は受験生の時結構適当に流しで勉強してました。非常に重要な単元なのでしっかりマスターしていきましょう。

溶解度積とは？　公式まで導出してみた。

端的に言うと↑になります。どういうことか解説していきますね。

一番よく使われる例としてAgCl(塩化銀）が使われます。

溶解度を超えるとこのように沈殿が生じます。

Ag+とCl-の溶液を混合していきます。すると、ある時から沈殿ができて上の図のような溶解平衡状態になります。

Ag⁺+Cl^–⇄AgCl

と反応式を表すことができます。平衡状態といえば、次の２つを思い出してください。

Kを式に表します。

ここでさらに化学で非常によくやる手法があります。それが、定数をまとめるということです。

化学平衡の式の中で定数は、平衡定数Kと分母の[AgCl]は固体のモル濃度になります。すると、

これによって表される新しい定数を溶解度積K_spと言います。

Kspのspは（Solubility Product）の頭文字を取っています。

ということです。

で、ここまで聞いた人は少なからず思ったはずです。

だからどうした！？

そう、これが何に使えんだよ！　って話ですよね。それについては今から解説していきます。

溶解度積の計算問題での使い方

じゃあ、溶解度積ってどうやって使っていけばいいの？

このような疑問にお答えしていきます。溶解度積が使われるパターンは大きく分けて２つです。

パターン１：溶解度積で沈殿生成の有無を判定する

結論からいうと上のようになります。

入試問題の中には、この２つの溶液を混ぜてみたら沈殿するでしょうか？　しないでしょうか？　みたいな問題が出ます。

例えば、２つ以上の沈殿ができる可能性がある時に、沈殿の色が両方白色だった時、溶解度積を使って沈殿がどちらなのかを調べるのです。

なぜなら、溶解度積というのは化学平衡状態に使える概念ですよね。化学平衡の最初の状態はギリギリ沈殿していない

つまり、溶解度積の状態はギリギリ沈殿が生じていない限界値と捉えることができます。

ステップ１：仮想溶解度積を求めてしまう

Ksp=[Ag+][Cl-]は平衡定数の変形版でした。てことは、平衡状態じゃない時には使えません。

ですが、仮に平衡状態と仮定します。（平衡状態は沈殿がある状態か飽和溶液状態）

ステップ２：仮溶解度積と本当の溶解度積で大小関係を比較する

平衡状態と仮定して、仮想溶解度積を求めたものと本当の溶解度積と比べます。（本当の溶解度積は大抵問題で与えられています。）

イオンが飽和溶液より溶けすぎている時は、当然のことながら沈殿します。

例えば、銀イオン溶液と塩化物イオン溶液がこれだけあったとします。

これを混ぜた時にAg+とCl-合わせて２個しかイオンが溶けられないとすると、他は全て沈殿します。

このように、溶解度積よりも溶けているイオンが多すぎると沈殿として落とされるのです。つまり、最初の表の判定になります。

パターン２：溶解平衡の時の溶けたイオンの量計算

難容性塩の問題で量計算の問題がでるときは基本的に「溶けているもの」です。なぜなら、基本的に難容性だから沈殿が大半です。

沈殿の量が必要になることはないと考えてOKです。例えば以下のような例題があるとします。

ステップ１：溶ける量をx[mol/L]とする

HCl 1Lに何mol溶けるか？　という問いなのでシンプルに溶解度(mol/L)を問われているのと同じです。

まず、HClは強酸で100%電離すると考えて良いので、塩酸由来のCl^–は1.0×10^-1mol/Lです。

なので、PbCl₂の溶解度をx [mol/L]とします。

となります。

ステップ２：溶解度積の関係式に代入する

このように登場人物が出揃ったら溶解度積の式に代入して計算します。

PbCl₂の溶解度積は

Ksp=[Pb²⁺][Cl^–]²=x × (2x+1.0×10^-1)²=1.1×10^-7

という関係式を作ることができます。

x=1.1×10^-5[mol]

です。

溶解度積まとめ

溶解度積って問題集でもしっかり扱っていないものが多いです。ですが、非常に重要なジャンルですのできっちりマスターしておいてください。

それでは！