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 = . (8.1)

 

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^–] = = К_р = const (при Т = const).

 

Константа равновесия диссоциации малорастворимого элек­тролита в его насыщенном растворе называется произведением растворимости (ПР).

В приведенном примере ПР_АgСl = [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 ПР_АgСl = [Ag⁺]²[S^2–], a иодида свинца ПР_АgСl = [Рb²⁺][I^–]².

В общем случае выражение произведения растворимости для малорастворимого электролита типа А_mВ_n описывается уравнением:

 

= [А]^m[В]ⁿ. (8.2)

 

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 = 4,8 · 10^–9, a для хлорида серебра – ПР_АgСl = 1,56 · 10^–10.

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:

= 40 + 12 + 3 · 16 = 100 г/моль;

= = 6,9 · 10^–5 моль/л.

Так как каждая формульная единица СаСО₃ дает при растворении по одному иону Са²⁺ и СО₃^2–, то:

 

[Са²⁺] = [СО₃^2–] = 6,9 · 10^–5 моль/л

 

Следовательно, = [Са²⁺][СО₃^2–] = (6,9 · 10^–5) ² = 4,8 · 10^–9.

 

Зная величину ПР, можно вычислить раствори­мость электролита в моль/л или г/л.

Образование осадков

 

Если [Ag⁺][Cl^–] < ПP_AgСl, то раствор ненасыщенный; если [Ag⁺][Cl^–] = ПР_АgСl, то раствор насыщенный; в случае когда [Ag⁺][Cl^–] > ПP_AgСl, 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 = 2,12 · 10^–4.

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 . Поэтому часть РbС1₂ выпадет в осадок.

 

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 , следовательно, выпадения осадка не произойдет.

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 СО₃^2–, 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 (табл. 7), посте­пенно достигнет величины ПР и превысит его. Начнется выпадение осадка BaSO₄. Этим приемом широко пользуются на практике для увеличения полноты осаждения веществ из растворов.

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⁺][СО₃^2–] = .

Если добавить в раствор кислоту, то ионы Н⁺ свяжут имеющиеся в растворе ионы СО₃^2– в молекулы слабой угольной кислоты, которая затем разлагается на воду и диоксид углерода:

 

2Н⁺ + СО₃^2– = Н₂СО₃ = Н₂О + CO₂↑.

 

Вследствие этого резко снизится концентрация ионов СО₃^2– в растворе и ионное произведение [Ва²⁺][СО₃^2–] станет мень­ше величины . Раствор окажется ненасыщенным от­носительно ВаСО₃ и часть его из осадка перейдёт в раствор. При добавлении достаточного количества кислоты можно весь осадок перевести в раствор. Следовательно, растворение осадка начинается тогда, когда по какой-либо причине значение ион­ного произведения малорастворимого электролита становится меньше величины ПР. Для того чтобы растворить осадок, в раствор вводят такой электролит, ионы которого могут обра­зовывать слабо диссоциирующее соединение с одним из ио­нов малорастворимого электролита. Этим объясняется рас­творение малорастворимых гидроксидов металлов в кислотах. Напри­мер:

 

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

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: