В насыщенном растворе малорастворимого электролита имеет место равновесие между веществом в растворе и тем же веществом в осадке. Если растворенное вещество – сильный электролит, например соль, то насыщенный раствор содержит ионы этой соли, находящиеся в равновесии с осадком, например:
CaCO3 Ca2++CO32-
в осадке в растворе
Произведение концентраций ионов малорастворимого электролита, содержащихся в его насыщенном растворе, является величиной постоянной при данной температуре. Эта величина называется произведением растворимости ПР:
ПР(СаСО3)=[Ca2+]*[CO32-]
Если при диссоциации молекулы соли образуется два или более одинаковых иона, концентрации этих ионов в выражении произведения растворимости должны быть возведены в соответствующие степени, например:
ПР (Ca3(PO4)2)=[Ca2+]3*[PO43-]2
Произведение растворимости характеризует растворимость твердого электролита при данной температуре. Из двух однотипных солей (например, СaCO3 и BaSO4),большей растворимостью обладает та соль, у которой больше значение произведения растворимости.
|
|
Если в растворе соли произведение концентраций ионов больше величины произведения растворимости - соль выпадает в осадок:
[Ca2+]∙[CO32-]>ПР
Если в растворе соли произведение концентраций ионов меньше произведения растворимости – осадка не образуется.
[Ca2+]∙[CO32-]<ПР
Таким образом, в ненасыщенном растворе произведение концентраций ионов меньше произведения растворимости, в насыщенном растворе они равны, в пересыщенном растворе произведение концентраций ионов больше произведения растворимости. Можно ненасыщенный раствор какого-либо электролита сделать насыщенным и даже пересыщенным, если к нему прибавить сильный электролит с одноименным ионом.
Например, если к ненасыщенному раствору CaCO3 добавлять понемногу раствор NaCO3, то ионное произведение постепенно достигнет произведения растворимости и затем превысит его. Начнется выпадение осадка CaCO3. Растворимость труднорастворимого электролита понижается при введении в его раствор какого-либо сильного электролита с одноименным ионом.
Примеры решения задач
Пример 1. Произведение растворимости PbJ2 при комнатной температуре равно 1,4*10-8. Определить растворимость этой соли и концентрации каждого из ионов в насыщенном растворе.
Решение:
PbJ2 диссоциирует по уравнению
PbJ2 Pb2++2J-
Из каждой молекулы PbJ2 получается один ион Pb+ и два иона J-. Обозначим молярную концентрацию насыщенного раствора PbJ2 через Х, тогда:
[PbJ2]=X; [Pb2+]=X; [J-]=2X
В насыщенном растворе соли произведение концентраций ионов равно произведению растворимости:
[Pb2+]*[J-]2=ПР
Подставим в это уравнение концентрации ионов, выраженные через Х и получим:
|
|
Х*(2Х)2=ПР
4*Х2=1,4*10-8
4*Х3=1,4*10-8
Х= =1,5*10-3
Растворимость PbJ2 равна 1,5*10-3 моль/л; концентрации ионов [Pb2+]=1,5*10-3 моль/л, [J-]=2*1,5*10-3=3*10-3 моль/л.
Пример 2. Растворимость Ag3PO4 в воде при 20 oС равна 0,0065 г/л. Рассчитайте величину произведения растворимости.
Решение:
Молярная масса Ag3PO4 равна М(Ag3PO4)=3*108+31+16*4=319 г/моль
Растворимость Ag3PO4:
=1,55*10-5 моль/л
При диссоциации Ag3PO4 образуется три иона Ag+ и один ион PO43-.
Концентрации ионов будут:
[PO43-]=1,55*10-5моль/л
[Ag+]=3*1,55*10-3=4,65*10-5 моль/л
Произведение растворимости равно произведению концентраций ионов в насыщенном растворе соли:
ПР=[Ag+]3*[PO43-]=(4,65*10-5)3*1,55*10-5=155,8*10-20=1,56*10-18
Пример 3. Произведение растворимости MgS при 25 oС равно 2,0*10-15. Образуется ли осадок MgS при смешивании равных объемов 0,004н Mg(NO3)2 и 0,0006н Na2S? Степень диссоциации этих электролитов считать равным единице.
Решение:
При смешивании равных объемов растворов объем смеси стал в 2 раза больше каждого из взятых растворов, а концентрация каждого из растворенных веществ уменьшилась вдвое, поэтому:
С(Mg(NO3)2)=0,002н
С(Na2S)=0,0003н
Для определения концентрации ионов Mg2+и S2- переведем нормальную концентрацию растворов в молярную:
С(Mg(NO3)2)=0,002н=0,001М
С(Na2S)=0,0003н=0,00015М
Концентрации ионов Mg2+и S2- будут равны:
С(Mg2+)=1*10-3 моль/л; С(S2-)=1,5*10-4 моль/л
Определим произведение концентраций ионов Mg2+и S2- и сравним с произведением растворимости.
С(Mg2+)* С(S2-)=10-3*1,5*10-4 =1,5*10-7
Это больше ПР, осадок MgS образуется.
Пример 4. Произведение растворимости BaSO4 при 25 oС равно 1,08*10-10. Определить при этой температуре концентрацию ионов Ba2+ в насыщенном растворе BaSO4, содержащем Na2SO4 в количестве 0,01 моль/л. Степень диссоциации Na2SO4 равна 88%.
Решение:
Сульфат натрия – сильный электролит, в водном растворе почти полностью диссоциирует на ионы. Это приводит к тому, что в насыщенном растворе BaSO4 сильно возрастает концентрация ионов SO42- и уменьшается концентрация ионов Ba2+.
Сульфат натрия вводит в раствор ионы SO42- в количестве:
0,01*0,88=0,088 моль/л.
Добавление Na2SO4 смещает равновесие диссоциации влево, т.е. в сторону кристаллизацииBaSO4:
BaSO4 Ba2++ SO42-
После смещения равновесия концентрация ионов Ba2+и SO42- стали иными, чем до добавления Na2SO4. Обозначим новые концентрации ионов Ba2+и SO42-, образующиеся при диссоциации BaSO4 через Х моль/л.
Концентрация ионов SO42- будет (Х+0,0088) моль/л. Величина ПР остается постоянной. Получим:
ПР(BaSO4)=Х*(Х+0,0088)=1,08*10-10
Х2+0,0088Х=1,08*10-10
Т.к. величина Х2 очень мала, ею можно пренебречь
0,0088Х=1,08*10-10
Х=0,12*10-7 моль/л
Концентрация ионов Ba2+ равна 0,12*10-7 моль/л.