Произведение растворимости. Условия образования и растворения осадков. В аналитической практике, выполняя операции осаждения или отделения ионов, промывания и растворения осадков, имеют дело с гетерогенными (неоднородными) системами. Примером такой системы может быть насыщенный раствор, соприкасающийся с осадком того или иного вещества. Насыщенный раствор и осадок отделены друг от друга поверхностью раздела и являются фазами гетерогенной системы.
Предположим, малорастворимая соль АgCI приведена в соприкосновение с водой. При этом происходит:
- процесс растворения: ионы переходят в раствор, что можно выразить условно схемой:
АgCI↓ → Ag+ + CI-
- процесс осаждения: ионы в растворе сталкиваются с поверхностью осадка и осаждаются, что условно можно отразить следующей схемой:
Аg+ + CI- → AgCI↓
Постепенно скорость растворения уменьшается, а скорость осаждения увеличивается, что приводит к состоянию динамического равновесия, при котором число ионов, переходящих в раствор будет равно числу ионов, возвращающихся в осадок. Таким образом, получается насыщенный раствор хлорида серебра, в котором больше не наблюдается ни уменьшения осадка, ни накопления ионов.
|
|
К насыщенному раствору, как равновесной системе, применим закон действующих масс. Скорость растворения показывает число ионов, уходящих с поверхности осадка за определенное время. Значит, она должна быть прямо пропорциональна числу этих ионов на единице поверхности. В процессе растворения общая поверхность осадка уменьшается, но расположение ионов на ней остается неизменным. Следовательно, можно предположить, что скорость растворения (v 1), остается постоянной и равна v 1= k1.
Скорость осаждения (v 2) зависит от числа столкновений ионов с поверхностью осадка. Следовательно, она прямо пропорциональна концентрации ионов в растворе:
v 2 = k2 · [Ag+] ∙ [CI-]
В насыщенном растворе скорости растворения и осаждения равны v 1= v 2. Отсюда
k1 = k2 · [Ag+] ∙ [CI-] или [Ag+] ∙ [CI-] = .
Отношение есть величина постоянная, которую называют произведением растворимости и обозначают ПР:
ПРAgCI = [Ag+] ∙ [CI-]
Для малорастворимого электролита в общем виде КnAm, диссоциирующего по уравнению
КnAm↔ n Km+ + mAn-,
математическое выражение ПР имеет вид:
, (20)
где - равновесные концентрации соответственно катионов и анионов; n и m – степени, соответствующие индексам в формуле малорастворимого электролита.
Произведение растворимости является количественной характеристикой способности малорастворимого электролита растворяться и позволяет предвидеть образование (или растворение) осадков при выполнении аналитических реакций.
|
|
Следует помнить, что осадок малорастворимого электролита образуется только тогда, когда произведение концентраций ионов (так называемое ионное произведение) превысит величину его произведения растворимости (при определенной температуре).
▲ Обучающие задачи
Задача №1
Растворимость СаСО3 равна 0,0069 г/л. Вычислить .
Дано: Решение:
S(CaCO3)=0,0069г/л Растворимость (Ѕ) – это способность вещества образовывать с другими
ПР -? веществами растворы. Количественно Ѕ характеризуется максимальным количеством вещества, способным растворяться в растворителе при определенной t0С и давлении. Измеряется в моль/л, г/л, г/100г раствора.
Найдем молярную концентрацию раствора, зная что М(СаСО3) = 100 г/моль:
СаСО3 ↔ Са2+ + СО32-
[Ca2+] = [CO32-] = Cм (СаСО3)
= 6,9∙10-5 · 6,9·10-5 = 4,76 · 10-9
Ответ: =4,76·10-9.
Задача №2
Вычислить растворимость иодида серебра в моль/л, если ПРАgI = =1,03 ·10-16.
Дано: Решение:
ПРАgI = 1,03·10-16 Искомую растворимость АgI обозначим через «х»
Ѕ -? АgI ↔ Аg+ + I-
х моль х моль х моль
ПРАgI =[Ag+] ∙ [I-] = х · х = 1,03·10-16
х · х = 1,03 · 10-16
х2 = 1,03 · 10-16;
х = 1,02∙10-8 моль/л
Ответ: ЅAgI = 1,02∙10-8 моль/л.
Задача №3
Вычислить растворимость Мn(ОН)2 в моль/л, если .
Дано: Решение:
Искомую растворимость Мn(ОН)2 обозначим через
-? «х».
Мn(ОН)2 ↔ Мn2+ + 2ОН-
х моль х моль 2х моль
х · (2х)2 = 1,7∙10-13
4х3 = 1,7∙10-13
х3 = 4,25·10-14
3lgх = lg 4,25 + lg 10-14
3lgx = 0,6284 – 14
3lgx = - 13,37
lgx = - 4,46
x = 10-4,46 = 10-5 · 100,54 = 3,467·10-5 моль/л
Ответ: = 3,467·10-5 моль/л.
Задача №4
Образуется ли осадок при сливании равных объемов раствора AgNO3 с концентрацией 0,0001 моль/л и раствора КСI с концентрацией 0,01 моль/л? ПРAgCI = 1,56·10-10.
Дано: Решение:
С (АgNO3) = 0,0001 моль/л 1) АgNО3 + КСI → AgCI ↓ + KNO3
С (КCI) = 0,01 моль/л 2) ПРAgCI = [Ag+]∙[CI-] = 1,56·10-10
ПРAgCI = 1,56·10-10 3) Найдем концентрации растворов после
сливания их равных объемов:
↓ -? С (АgNO3) =
С (КCI) =
4) Чтобы узнать, образуется ли осадок, нужно найти ионное произведение [Ag+]∙[CI-] и сравнить его с величиной ПРAgCI:
[Ag+] = С (АgNO3) = 5·10-5 моль/л
[CI-] = С (КCI) = 5∙10-3 моль/л
[Ag+]∙[CI-] = 5·10-5 ∙ 5∙10-3 = 25∙10-8 = 2,5∙10-7
5) Ионное произведение > ПРAgCI,
следовательно, осадок образуется.
Ответ:осадок образуется.
Задача №5
Образуется ли осадок при смешении равных объемов 0,05н раствора Мg(NO3)2 и 0,01н раствора (NH4)2C2O4? .
Дано: Решение:
С (Мg(NO3)2) = 0,05н 1) Мg(NO3)2 + (NH4)2C2O4 → MgC2O4↓ + 2NH4NO3
С ((NH4)2C2O4) = 0,01н 2)
↓ -?
3) Обратите внимание, что в отличие от предыдущей задачи концентрации растворов выражены через нормальность (молярную концентрацию эквивалента). Поскольку концентрации ионов выражают в моль/л, следует перевести нормальную концентрацию в молярную (См. Приложение III):
Э (Мg(NO3)2)= С (Мg(NO3)2) =
Э ((NH4)2C2O4) = С ((NH4)2C2O4) =
4) После смешения равных объемов растворов концентрации их равны:
С (Мg(NO3)2) =
С ((NH4)2C2O4) =
5) Концентрации ионов равны:
[Mg2+] = С (Мg(NO3)2) = 1,25·10-3 моль/л
[C2O42-] = С ((NH4)2C2O4) = 2,5∙10-3 моль/л
Ионное произведение:
[Mg2+] · [C2O42-] = 1,25·10-3 · 2,5∙10-3 = 3,13·10-6
6) Ионное произведение < , следовательно, осадок не образуется.
Ответ:осадок не образуется.
▼ Задачи для самостоятельного решения
1. Растворимость СаСО3 равна 0,013 г/л. Вычислить ПР карбоната кальция. Ответ: 1,69·10-8.
2. Растворимость Fe(OH)3 равна 2 · 10-8 г/л. Вычислить ПР гидроксида железа (III). Ответ: 3,3·10-38.
3. Вычислить растворимость Ag2S в моль/л, если его ПР равно 6,3·10-50. Ответ: 2,51·10-17 моль/л.
4.Вычислить растворимость Са3(РО4)2, если его ПР равно 1,03·10-26.
Ответ: 2,51·10-6 моль/л.
5. Вычислить растворимость Мg(OH)2, если его ПР равно5,0·10-12.
Ответ: 1,07·10-4 моль/л.
6. Вычислить растворимость Са(ОН)2, если его ПР равно 8,0·10-6.
Ответ: 1,26·10-2 моль/л.
7. Образуется ли осадок при смешении равных объемов растворов АgNO3 и NaCI с концентрацией каждого 0,001М? (ПРAgCI = 1,78·10-10).
Ответ: осадок образуется.
8. Образуется ли осадок при смешении равных объемов растворов АgNO3 и NaCI с концентрацией каждого 0,0001М? (ПРAgCI = 1,78·10-10).
|
|
Ответ: осадок образуется.
9. Образуется ли осадок при смешении равных объемов растворов SrCI2 и K2SO4 с концентрацией каждого 0,001н? (ПРSrSO4=2,8∙10-7).
Ответ: осадок не образуется.
10. Образуется ли осадок при смешении равных объемов 0,01М растворов СаСI2 и Na2C2O4 ()?
Ответ: осадок образуется.
11. Образуется ли осадок при сливании равных объемов растворов AgNO3 и K2SO4 с концентрацией каждого 0,05 моль/л ()? Ответ: осадок не образуется.
12. Образуется ли осадок при сливании равных объемов растворов AgNO3 и K2SO4 с концентрацией каждого 0,01 моль/л ()? Ответ: осадок не образуется.
? Контрольные вопросы
1. Произведение растворимости. Выведите математическое выражение ПР на примере малорастворимого электролита АgCI или BaSO4. Правило произведения растворимости.
2. Объясните влияние одноименного иона на растворимость малорастворимого электролита. В чем заключается явление солевого эффекта? В чем его причина?
3. Условия образования осадков. Факторы, влияющие на полноту осаждения.
4. В какой последовательности будут осаждаться ионы Са2+, Sr2+ и Ва2+ при действии карбонатом аммония, если концентрации их в растворе равны? Ответ поясните.
5. Объясните, почему осадок Мg(OH)2 растворяется в кислотах (HCI) и солях аммония (NH4CI).