问题

由于 Sb3+ 易水解,稀释 SbCl3 溶液时,产生 Sb(OH)3 沉淀。这句话为什么错了?

回答
这句话确实不严谨,甚至可以说是错的,主要问题出在“稀释”这个操作和“Sb(OH)3沉淀”的直接因果关系上。我们来好好掰扯一下,把它说得清清楚楚,就像跟朋友聊天一样。

首先,我们得明白 SbCl3(三氯化锑)这玩意儿。它是个很特殊的家伙,尤其是在水溶液里。它跟水这东西,那叫一个“聊得来”,但这个“聊”的方式有点特别,叫做“水解”。

SbCl3 的水解,是怎么回事?

你可以把 SbCl3 想象成一个分子,里面 Sb 是个“老大”,Cl 是它的“小弟”。当这个 SbCl3 碰到水(H2O)的时候, Sb 这个“老大”就有本事把水里面的 H+ 和 OH 给分开,然后把 OH 塞到自己身上,把 H+ 扔给 Cl。

具体到化学方程式,大致是这样:

SbCl3 + H2O ⇌ Sb(OH)Cl2 + HCl

你看,刚开始水解,产物是 Sb(OH)Cl2,这东西还没变成你说的 Sb(OH)3(氢氧化锑(III))。它还带着两个 Cl 呢。

然后呢,这个 Sb(OH)Cl2 还会继续跟水反应,把剩下的 Cl 替换掉,变成 Sb(OH)2Cl,再继续水解,最终得到 Sb(OH)3。

这是一个 逐步水解 的过程,不是一步到位就直接变成 Sb(OH)3 的。

为什么说“稀释 SbCl3 溶液时,产生 Sb(OH)3 沉淀”是错的?

这里有几个关键点:

1. “稀释”本身并不会直接“产生”沉淀:
稀释,顾名思义,就是加水,让溶液的浓度降低。
你把 SbCl3 溶解在水里,刚开始浓度很高,SbCl3 分子是存在的,它和水分子“互相作用”,这个过程就是水解。
当你稀释它的时候,实际上是增加了水的量,让 SbCl3 分子有更多的水分子去“玩”。
如果 SbCl3 溶液本来就是澄清的(意味着没有沉淀),你只是往里面加水,让它更“淡”,理论上,初期它应该还是澄清的,浓度降低了,水解的程度反而可能因为产物 HCl 的浓度降低而稍微倾向于生成更多水解产物,但直接因为“稀释”这个动作就“产生”沉淀,这就有点奇怪了。

2. 沉淀的产生,与“水解平衡”和“产物溶解度”有关:
SbCl3 的水解是一个可逆反应(你看我上面用了“⇌”这个符号),它有一个水解平衡。
你加水,实际上是增加了水的浓度,根据勒夏特列原理,平衡会向着消耗水的方向移动,也就是向生成 Sb(OH)3 的方向移动。
但是! Sb(OH)3 并不是一开始就直接形成的,也不是说一旦形成就会立即沉淀。Sb(OH)3 是一种难溶物,它只有当溶液中的 Sb3+ 离子(或者说是水解形成的 Sb 配合物)浓度积累到一定程度,超过了 Sb(OH)3 的溶度积(Ksp)时,才会以固体的形式沉淀出来。
所以, SbCl3 溶液中, Sb3+ 离子在与水反应生成 Sb(OH)3 的过程中,会先形成一些可溶性的 Sb(OH)xCl(3x) 这样的中间产物。只有当这些水解产物进一步水解,或者形成的 Sb(OH)3 浓度足够高时,才会析出沉淀。

3. 更准确的描述应该是:
SbCl3 在水溶液中会发生水解,生成一系列氢氧化氯化物,最终产物是 Sb(OH)3。
当 SbCl3 浓度过高时,即使尚未完全水解, Sb3+ 离子的浓度也可能很高,加上水解产物的积累,容易形成 Sb(OH)3 沉淀。
反过来说,当 SbCl3 溶液非常稀的时候,Sb3+ 离子的浓度本来就不高,水解程度也相对有限, Sb(OH)3 形成的浓度可能达不到其溶度积,所以反而不容易看到沉淀。
有时候,大家可能会误解“稀释”,以为是“加水后”, Sb(OH)3 沉淀的总质量会随着水的增加而变化(但浓度会降低),或者说,在某些“临界”浓度下,加水反而会“冲破”某种平衡,促使沉淀。但从根本上说,稀释是降低浓度,浓度降低通常是不利于沉淀的。

那么,为什么会有那种说法呢?

可能是因为:

SbCl3 本身不稳定: 浓的 SbCl3 溶液,或者说,当 SbCl3 溶解度达到饱和附近时,它就开始水解,而且 SbCl3 本身对湿度就很敏感,很容易跟空气中的水汽反应。
误解了“稀释”的操作: 也许说这句话的人,在实际操作中,是把 SbCl3 固体直接加到大量水中,然后立刻看到了沉淀。但这不是“稀释”现有溶液,而是“溶解”过程中的水解。
“浓”和“稀”的相对性: 也许他们说的“稀释”是相对于“浓”来说,比如从极浓的水解严重的溶液“稀释”到稍微不那么“水解”的溶液,但这个时候 Sb(OH)3 可能已经形成了。

更贴切的说法应该是:

“SbCl3 在水溶液中会发生水解,生成 Sb(OH)3。溶液的浓度、pH 值以及温度等因素都会影响水解的程度和 Sb(OH)3 沉淀的生成。当 SbCl3 浓度较高,或溶液酸度不足以抑制水解时,容易观察到 Sb(OH)3 沉淀。”

或者说得更精简一些:

“SbCl3 易水解,特别是当溶液浓度较高或pH偏高时,会生成 Sb(OH)3 沉淀。”

总而言之,直接说“稀释 SbCl3 溶液时,产生 Sb(OH)3 沉淀”是有问题的,因为它忽略了 SbCl3 水解是一个复杂的过程,并且“稀释”这个动作在大多数情况下是降低沉淀的倾向,而不是产生沉淀的原因。 真正的沉淀产生,是水解产物浓度累积到超过其溶解度极限。

网友意见

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这真的是非常冷门的知识。当看到这句话是错误的时候,我当时想估计是应该生成了SbOCl了吧。不查不知道,一查发现, 这个化学物质目前还压根儿还有得到过!

维基百科称:目前还没有制得亚锑酸(Sb(OH)3)[1]

另外,维基百科也的确证实了我的猜想:三氯化锑遇到水发生水解,生成氧氯化锑(SbOCl),因此,在配制三氯化锑水溶液时,需要先用浓盐酸溶解来抑制水解,再稀释[2]

参考

  1. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%94%91
  2. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E6%B0%AF%E5%8C%96%E9%8A%BB

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