Произведение растворимости и
ОБРАЗОВАНИЕ ОСАДКОВ
Произведение растворимости
Поместим в химический стакан какую-либо малорастворимую соль, например хлорид серебра (AgCl), и добавим к образовавшемуся осадку дистиллированной воды. При этом ионы Ag+ и С1–, испытывая притяжение со стороны окружающих диполей воды, постепенно отрываются от кристаллов и переходят в раствор. Сталкиваясь в растворе, ионы Ag+ и Сl– образуют молекулы AgCl↓ и осаждаются на поверхности кристаллов. Таким образом, в системе происходят два взаимно противоположных процесса, что приводит к динамическому равновесию, когда в единицу времени в раствор переходит столько же ионов Ag+ и Сl–, сколько их осаждается. Накопление ионов Ag+ и Сl– в растворе прекращается, получается насыщенный раствор. Следовательно, в системе находится осадок малорастворимой соли в соприкосновении с её насыщенным раствором. При этом происходят два взаимно противоположных процесса: - переход ионов из осадка в раствор. Скорость этого процесса можно считать постоянной при неизменной температуре: υ1 = k1; - осаждение ионов из раствора. Скорость этого процесса υ2 зависит от концентрации или активности ионов Ag+ и Сl–.
По закону действующих масс:
υ2 = k2 [Ag+][Cl–] или υ2 =
Так как данная система находится в состоянии химического равновесия, то
υ1 = υ2 или υ1 = k2 [Ag+][Cl–].
Для нерастворимого хлорида серебра АgСl, образующего твёрдую фазу, процесс его электролитической диссоциации характеризуется константой равновесия:
[Ag+][Cl–] =
Константа равновесия диссоциации малорастворимого электролита в его насыщенном растворе называется произведением растворимости (ПР).
В приведенном примере ПРАgСl = [Ag+][Cl–]. В тех случаях, когда электролит содержит два или несколько одинаковых ионов, концентрация этих ионов при вычислении произведения растворимости должна быть возведена в соответствующую степень. Например, для сульфида серебра ПРАgСl = [Ag+]2[S2–], a иодида свинца ПРАgСl = [Рb2+][I–]2. В общем случае выражение произведения растворимости для малорастворимого электролита типа АmВn описывается уравнением:
Более строго произведение растворимости выражается через произведение активностей ионов: ПР = Однако ввиду того, что определение активностей отдельных ионов во многих случаях представляет неразрешимую задачу, при проведении расчётов их активности с достаточной степенью погрешности могут быть заменены концентрациями. Величины произведений растворимости у разных электролитов различны. Например, для карбоната кальция ПР легко вычислить, зная растворимость соединения при данной температуре.
Пример. Растворимость карбоната кальция СаСО3 равна 0,0069 г/л. Найти Решение. Выразим растворимость (S)карбоната кальция в молях:
Так как каждая формульная единица СаСО3 дает при растворении по одному иону Са2+ и СО32–, то:
[Са2+] = [СО32–] = 6,9 · 10–5 моль/л
Следовательно,
Зная величину ПР, можно вычислить растворимость электролита в моль/л или г/л. Образование осадков
Если [Ag+][Cl–] < ПPAgСl, то раствор ненасыщенный; если [Ag+][Cl–] = ПРАgСl, то раствор насыщенный; в случае когда [Ag+][Cl–] > ПPAgСl, раствор становится пересыщенным. Осадок образуется в том случае, когда произведение концентраций ионов малорастворимого электролита превысит величину его произведения растворимости при данной температуре. Когда ионное произведение станет равным величине ПР, выпадение осадка прекращается. Зная объем и концентрацию смешиваемых растворов, можно рассчитать, будет ли выпадать осадок образующейся соли.
Пример. Выпадет ли осадок хлорида свинца при смешении равных объёмов растворов нитрата свинца Pb(NO3)2 и хлорида натрия NaCl с одинаковыми концентрациями 0,2 моль/л, если Решение. При смешении объем растворов возрастёт вдвое и концентрация каждого из веществ уменьшится вдвое и станет равным 0,1 моль/л. Такими же будут концентрации ионов [Рb2+] и [Сl–]. Следовательно, [Рb2+][Сl–]2 = 0,1 · 0,12 = 10–3. Полученное значение превышает величину
Влияние концентрации растворов. Малорастворимый электролит с достаточно большой величиной ПР невозможно осадить из разбавленных растворов. Например, осадок хлорида свинца РbС12 не будет выпадать при смешении равных объемов растворов нитрата свинца Pb(NO3)2 и хлорида натрия NaCl с концентрациями 0,1 моль/л. При смешивании равных объёмов концентрации каждого из веществ составит 0,1/2 = 0,05 моль/л. Ионное произведение [Рb2+][Сl–]2 = 0,05 · 0,052 = 1,25 · 10–4. Полученное значение меньше величины Влияние количества осадителя. Для возможно более полного осаждения употребляют избыток осадителя. Например, осаждается карбонат бария ВаСО3:
ВаС12 + Na2CO3 = ВаСО3↓ + 2NaCl.
После прибавления в раствор хлорида бария эквивалентного количества карбоната натрия в растворе остаются ионы Ва2+, концентрация которых обусловлена величиной Повышение концентрации ионов СО32–, вызванное прибавлением избытка осадителя Na2CO3, повлечёт за собой соответственное уменьшение концентрации ионов Ва2+ в растворе, то есть увеличит полноту их осаждения. Влияние общего иона. Растворимость малорастворимых электролитов понижается в присутствии сильных электролитов, имеющих общие ионы. Если к ненасыщенному раствору сульфата бария BaSO4 понемногу прибавлять раствор сульфата натрия Na2SO4, то ионное произведение, которое было сначала меньше
Влияние температуры. ПР является постоянной величиной при постоянной температуре. С увеличением температуры величина ПР возрастает, поэтому осаждение лучше проводить из охлажденных растворов. Растворение осадков. Правило произведения растворимости важно также и для решения обратной задачи – перевода малорастворимых веществ в раствор. Предположим, что надо растворить осадок карбоната бария (ВаСО3). Раствор, соприкасающийся с этим осадком, насыщен относительно ВаСО3. Это означает, что [Ва2+][СО32–] = Если добавить в раствор кислоту, то ионы Н+ свяжут имеющиеся в растворе ионы СО32– в молекулы слабой угольной кислоты, которая затем разлагается на воду и диоксид углерода:
2Н+ + СО32– = Н2СО3 = Н2О + CO2↑.
Вследствие этого резко снизится концентрация ионов СО32– в растворе и ионное произведение [Ва2+][СО32–] станет меньше величины
Fe(OH)3↓ + 3НСl = FeCl3 + 3Н2О.
Ионы ОН– связываются в незначительно диссоциирующиеся молекулы Н2О. Величины ПР и растворимости различных соединений в воде при определённой температуре, необходимые для проведения соответствующих расчётов, приводятся в специальных таблицах. В качестве примера некоторые из этих данных представлены в табл. 7. Таблица 7
Произведение растворимости (ПР) и растворимость при 25 0С
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|