前回(2019/08/25)はBaCl₂溶液にNa₂CO₃を加えてBaCO₃が沈殿する様子を調べましたが、今回はBaCO₃に塩酸を加えてBaCO₃が溶解する様子を調べます。

BaCO₃ (C_ba=0.01 mol)に水を加えて1 Lにした懸濁液に塩酸を加えることを考えます。塩酸の添加濃度をC_y mol/Lとします。塩酸の添加や沈殿物の減少・消滅による溶液の体積変化はないものとします。また活量補正はしません。

用いた平衡定数は前回(2019/08/25)の通りです。

＜関係式＞

●物質バランス

[Ba’] = [Ba]＋[BaOH]＋[BaCO₃] = [Ba](1+β_o[OH]+β_c[CO3]) =[Ba]α

[CO₃’] = [CO₃]＋[HCO₃]＋[CO₂]＋[BaCO₃]

溶液中には固体のBaCO₃から溶解した化学種のみしか存在しないので、

[Ba’] = [CO₃’]

の関係が成立します。

この関係式は沈殿の有無にかかわらず常に成立します。

●電荷バランス

Q = [H]－[OH]＋2[Ba]＋[BaOH]－[HCO₃]－2[CO₃]－[Cl] = 0

●各化学種の濃度

[H] = 10^{^-14}/[OH]

[OH] =10^{^-pOH}

[Ba] = K_sp/[OH]^{^2} 　…(沈殿ありの場合)

[Ba] = C_ba/α　　　…(沈殿なしの場合)

[BaOH] =β_o[Ba][OH]

[BaCO₃] = β_c[Ba][CO₃]

[CO₃] = 10^{^-pCO3}

[HCO₃] = [CO₃][H]/K₂

[CO₂] = [HCO₃][H]/K₁

[Cl] = C_y

＜エクセルの取り扱い＞

●ソルバーのパラメータ

・目的セル：電荷バランス、Q = 0

・変数セル：pOH, pCO₃

・制約条件：R =[Ba’]－[CO₃’] = 0

・[Ba]= K_sp/[CO₃] 　…(沈殿ありの場合)

・[Ba]= C_ba/α　　　…(沈殿なしの場合)

●沈殿の生成･消滅の境界におけるパラメータ

・目的セル：電荷バランスQ = 0

・変数セル：pOH, pCO₃ およびC_y

・制約条件：R = 0, および [Ba’] = 0.01

・[Ba]の計算式：[Ba]=K_sp/[CO₃]

＜結果＞

●化学種の分布

HClの添加とともにBaCO₃の沈殿が溶解して溶液中のBa²⁺濃度が増加することがわかります。

図-1（化学種分布）

●沈殿率

図-2（BaCO₃の沈殿率）

  

●pH

HClの添加の初期に急激なpHの下降があり、やがてなだらかになるが、沈殿消滅後、当量点(HClの添加濃度0.02 mol/L)でふたたび急激なpHの下降がみられます。

図-3（pH）

●データ（抜粋）

図-4（データ(抜粋)）