Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Растворимость. Произведение растворимости




Растворение труднорастворимого электролита (ТРЭ) в заданном количестве растворителя происходит до состояния насыщения.В насыщенном растворе электролит находится в динамическом равновесии с твердой фазой. Растворимость электролита определяет концентрацию ионов в насыщенном растворе электролита, а значит его электропроводность. Чем меньше растворимость ТРЭ, тем он слабее.

При растворении электролита, например, соли, в раствор переходят не молекулы, а ионы. В этом случае в насыщенном растворе равновесие устанавливается между ионами соли в кристаллической фазе и ионами, перешедшими в раствор: СаСО3 кр ↔ Ca2+р-р + СО32-р-р.

Константа равновесия этого процесса:

Крав. = [Ca2+] • [СО32-]

[СаСО3кр]

[СаСО3кр] является величиной постоянной, поэтому произведение двух констант можно обозначить как ПР.

ПР = Крав. • [СаСО3кр] = [Ca2+]нас • [СО32-]нас = Р2

Р (моль/л) -растворимость, численно равная молярной концентрации насыщенного раствора электролита, Р = См(нас); ПР - произведение растворимости труднорастворимого электролита (ТРЭ). ПР рассчитывается как произведение молярных концентраций ионов (ПК) ТРЭ в насыщенном растворе в степенях равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении диссоциации. ПР является величиной постоянной при данной температуре. Значения ПР для всех известных ТРЭ помещены в справочник.

Рассмотрим насыщенный раствор ТРЭ типа А2В3 Обозначим концентрацию насыщенного раствора электролита через Р (моль/л). Поскольку вещество малорастворимое, то степень диссоциации αдис можно принять равной 1 (100%). Тогда, используя уравнение реакции, можно записать:

начальное состояние раствора Р 0 0

А2В3 = 2А+3 + 3В2-

равновесное состояние насыщенного раствора 0 2Р 3Р

Выражение для произведения растворимости имеет вид: ПР = [Аа+]2 • [Вв-]3 = [2Р]2 • [3Р]3 = 108 Р5.

Значения ПР используются в общей химии, аналитической химии, гидрохимии, химии океана, экологии и др., т. к. позволяют количественно оценить:

- условия образования и растворения осадков;

- рассчитать растворимость труднорастворимого электролита;

- рассчитать молярную концентрацию ионов электролита в насыщенном растворе.

Условием образования осадка является превышение произведения концентраций ионов (ПК) малорастворимого электролита над его произведением растворимости, т.е.ПК > ПР.

При увеличении концентрации одного из ионов ТРЭ в его насыщенном растворе (например, путем введения хорошо растворимого электролита, содержащего тот же ион) произведение концентраций ионов электролита (ПК) становится больше ПР. При этом равновесие между твердой фазой и раствором смещается в сторону образования осадка. Например, если в насыщенный раствор AgCI добавить сильный электролит KCI,то появление в растворе одноименного иона (CI-) приводит к смещению равновесия в сторону образования осадка (←). Когда установится новое равновесие, то произведение концентраций (ПК) ионов электролита вновь становится равным ПР, но при этом в растворе появится осадок. В состоянии нового равновесия концентрация ионов Ag+ будет меньше, а концентрация ионов CI- больш е, чем было до добавления KCI.

AgCI↓ <=> Ag+ + CI- + КCI <=> K+ + CI-.

По принципу Ле Шаталье, если [CI-] ↑, то смещение равновесие произойдет в сторону образования осадка <----.

Напротив, если в насыщенном растворе электролита уменьшить концентрацию одного из ионов (например, связав его каким-либо другим ионом), произведение концентраций ионов будет меньше значения ПР, раствор станет ненасыщенным, и равновесие между раствором и осадком сместится в сторону растворения осадка (→).

. Сu(OH)2↓ <=> Cu+2 + 2OH- + HCI <=> H+ + CI-

При добавлении HCI происходит реакция H+ + OH- <=> H2O , при этом [OH-] ↓, смещение равновесия происходит в сторону продуктов диссоциации основания -------à .

Условием растворения осадка малорастворимого электролита является недонасыщение раствора, когда произведение концентраций его ионов меньше значения ПР, т.е. ПК < ПР.

Пример 1. Рассчитайте значение ПР для ортофосфата серебра , если в 1 л насыщенного раствора содержится 0,0065 г соли.

Решение. Растворимость Аg3РО4 или молярная концентрация соли в насыщенном растворе, равна:

т (Аg3РО4) 0.0065
Р = ——————————— = —————— = l,6 •l0-5 моль/л

М (Аg3РО4) • V(у) 418,58 • 1

Диссоциации фосфата серебра идет по уравнению: Аg3РО4 = 3Ag+ + РО43-. Видно, что из 1 моля соли образуется 3 моля ионов Ag+ и 1 моль ионов Р043-, поэтому [Р043-] = P, a [Ag+] = 3Р. Отсюда находим ПР:

ПР = [Ag+]3 • [РО43-] = (3Р)3 • Р = (4,8 •10-5) 3 •l,6•10-5 = 1,77 •10-18.

 

Пример 2.Произведение растворимости йодида свинца при 20°С равно 8 •10-9. Вычислите растворимость соли и содержание соли в г/л при указанной температуре.

Решение. Если искомая растворимость соли равна Р, тогда в насыщенном растворе РbI2 концентрации ионов равны: [ Рb2+] = P,

[I-] = 2Р моль/ л. РbI2 = Рb+2 + 2 I- . Отсюда ПР(РbI2) = [Рb2+] [I-]2 = Р(2Р)2 = 4 Р3

Р = ( ПР(РbI2)/4 )1/3 = ( 8 • 10-9/ 4)1/3 = 1,3 10-3 моль/л.

Молярная масса РbI2 равна 461 г/моль, поэтому растворимость РbI2, выраженная в г/л, составит 1,3 10-3 моль/ л • 461 г/ моль = 0,6 г/л.

Пример 3. Во сколько раз растворимость оксалата кальция СаС2О4 в 0,1 М растворе оксалата аммония (NH4)2С2О4 меньше, чем в воде. ПР(СаС2О4)= 2 10-9.

Решение. Вычислим сначала растворимость оксалата кальция в воде. Запишем уравнение диссоциации соли:

СаС2О4 = Са+2 + С2О42-

Обозначив концентрацию соли в насыщенном растворе через Р, тогда [Са2+]= Р и [С2О42-] = Р .

ПР(СаС2О4) = [Са2+] [С2О42-] = Р2 = 2 10-9 .

Р = (ПР(СаС2О4))1/2 = ( 2 10-9 )1/2 = 4,5 • 10-5 моль/л.

Теперь найдем растворимость той же соли в 0,1 М раствора (NH4)2С2О4; обозначив ее через Р'. Концентрация ионов Са2+ в насыщенном растворе тоже будет равна Р', а концентрация ионов С2О42-составит (0,1 + Р'). Поскольку Р'<<0,1, то величиной Р' по сравнению с 0,1М можно пренебречь и считать, что [С2О42-] = 0,1 моль/л. Тогда можно записать:

ПР(СаС2О4) = 2 •10-9 = Р' • 0,1 и Р' = 2 • 10-9/ 0,1 = 2 • 10-8 моль/л.

Таким образом, в присутствии (NH4)2С2О4 растворимость СаС2О4 уменьшилась в 4,5•10-5 / (2•10-8) раз, т. е. приблизительно в 2200 раз.

Пример 4. Смешаны равные объемы 0,01 М. растворов хлорида кальция и сульфата натрия. Образуется ли осадок сульфата кальция?

Решение. Найдем произведение концентраций ионов Са2+ и SO42- и сравним его с произведением растворимости сульфата кальция. Исходные молярные концентрации растворов CaCl2 и Na2S04 одинаковы и равны 0,01 моль/л. Поскольку при смешении исходных растворов общий объем раствора вдвое возрастет, то концентрации ионов [Са2+] и [SО42-] вдвое уменьшатся по сравнению с исходной.

CaCI2 + Na2SO4 = CaSO4 + 2NaCI

нач . конц. 0,01 0,01

CaCI2 = Ca+2 + 2CI- , Na2SO4 = 2Na+ + SO42-

0 0,010,02 0 0,02 0,01

После разбавления [Са2+] = [SО42-] = 0,005 = 5 • 10-3 моль/л.

Находим произведение концентраций ионов ПК = [Са2+] [SО42-] = (5 • 10-3)2 = 2,5 • 10 -5.

ПР(CaSO4) = 1,3•10-4. Найденное значение произведения концентрации ионов меньше этой величины; следовательно, раствор будет ненасыщенным относительно сульфата кальция, и осадок не образуется.

Для решения задач на ПР , ПК, растворимость можно воспользоваться таблицей, приведенной ниже.

 

Известные параметры электролита в растворе Искомые характеристики раствора ТРЭ в зависимости от типа электролита
АВ [óА+В]   А2В [ó2А+В ] (АВ2) А3В [ó3А+В ] (AB3) А2В3[ó2А+3В] (A3B2)
См моль/л Р Р Р Р
См (А), моль/л Р 2 Р 3 Р 2 Р
См (В), моль/л Р Р Р 3 Р
Масса эл-та, г/л М(АВ) Р М(А2В) Р М(А3В) Р М(А2В3) Р
Масса (А)эл-та, г/л М(А) Р 2М(А) Р 3М(А) Р 2М(А) Р
Масса (В), г/л М(В) Р М(В) Р М(В) Р 3М(В) Р
ПР электролита Из справочника Из справочника Из справочника Из справочника
ПР электролита (расч) Р2 3 27Р4 108Р5
Р = СМ (нас), моль/л (ПР)1/2 (ПР/4)1/3 (ПР/27)1/4 (ПР/108)1/5

ЗАДАЧИ

81. Вычислите произведение растворимости РbВr2 при 25°С, если растворимость соли при этой температуре равна 1,32 • 10-2 моль/л.

82. В 500 мл воды при 18°С растворяется 0,0166 г Ag2CrО4 .Чему равно произведение растворимости этой соли?

83. Для растворения 1,16 г РbI2 потребовалось 2 л воды. Найти произведение растворимости соли.

84. Исходя из произведения растворимости карбоната кальция, найти массу СаСО3, которая содержится в 100 мл его насыщенного раствора.

85. Вычислите объем воды, необходимый для растворения при 25°С 1 г BaSО4.

86. Рассчитайте молярную концентрацию ионов свинца в насыщенном растворе иодида свинца.

87. Рассчитайте ПР соли NiC2O4, если в 100 мл насыщенного раствора этой соли содержится 0,001174 г ионов никеля.

88. Для растворения 0,72 г карбоната кальция потребовалось 15 л воды. Вычислите ПР карбоната кальция, считая, что объем раствора равен объему растворителя.

89. Рассчитайте, в каком объеме насыщенного раствора хлорида свинца (II) содержится 0,1 г ионов свинца.

90. Рассчитайте массу кальция в виде ионов Са+2, которая находится в 500 мл насыщенного раствора сульфата кальция.

91. Сколько литров воды потребуется для растворения 0,1 г хлорида серебра для получения насыщенного раствора.

92. Выпадет ли осадок сульфата кальция, если к 200 мл 0,002 молярного раствора хлорида кальция добавить 2000 мл 0,00001 молярного раствора сульфата калия.

93. Рассчитайте, в каком объеме насыщенного раствора содержится 0.1 г иодида серебра.

В насыщенном растворе хромата серебра молярная концентрация иона СrО-2 равна 0,0001 моль/л. Рассчитайте ПР хромата серебра и молярную концентрацию иона серебра в этом растворе.

94. Выпадет ли осадок карбоната кальция, если к 500 мл 0,0002 М раствора нитрата кальция добавить 2000 мл 0,00001 молярного раствора карбоната натрия.

Произведение растворимости труднорастворимых электролитов

 

ЭЛЕКТРОЛИТ ПР ЭЛЕКТРОЛИТ ПР ЭЛЕКТРОЛИТ ПР
AgCN 3,3 10-13 CaCrO4 2,3 10-2 Mg(OH)2 5,5 10-2
AgCI 1,7 10-10 CaSO4 6,1 10-5 MnS 7,0 10-16
AgBr 2,0 10-12 Cd(OH)2 1,2 10-14 Ni(OH)2 7,7 10-14
AgCNS 1,2 10-12 CdS 3,8 10-29 NiS 1,4 10-24
Ag2CrO4 1,1 10-12 Co(OH)2 2,0 10-16 PbCI2 1,7 10-5
Ag2Cr2O7 2,0 10-7 CoS 7,0 10-23 PbCrO4 1,8 10-14
AgI 2,0 10-17 Cr(OH)3 5,4 10-31 PbI2 8,7 10-9
AgOH 1,5 10-8 Cu(OH)2 5,6 10-20 Pb(OH)2 2,8 10-16
Ag2S 2,0 10-51 CuS 4,0 10-38 PbSO4 1,1 10-20
AI(OH)3 1,0 10-33 Fe(OH)2 2,0 10-16 Sb(OH)3 2,2 10-8
BaCO3 5 10-9 Fe(OH)3 3,8 10-38 Sn(OH)2 4,0 10-42
BaCrO4 2,0 10-10 FeS 1,0 10-19 SrCO3 5,0 10-26
BaSO4 1,0 10-12 Hg2CI2 1,1 10-18 SrCrO4 9,4 10-10
Bi(OH3 4,0 10-31 Hg2I2 4,5 10-29 SrSO4 3,6 10-7
Bi2S3 1,6 10-72 HgS 3,0 10-53 Zn(OH)2 2,8 10-17
CaCO3 4,8 10-9 MgCO3 1,0 10-5 ZnS 4,5 10-24

 


Поделиться:

Дата добавления: 2015-09-14; просмотров: 450; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.013 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты