- •1 Растворы
- •2. Способы выражения концентрации растворов
- •2.1 Массовая доля (с%)
- •2.2 Молярная концентрация (См)
- •2.3 Моляльная концентрация (Cm)
- •2.4 Молярная концентрация эквивалента (сn)
- •2.5 Мольная доля (с)
- •2.6 Закон эквивалентов в объемном анализе
- •3. Свойства идеальных растворов
- •3.1 Осмос. Закон Вант - Гоффа
- •3.2 Законы Рауля
- •Криоскопические и эбуллиоскопические константы
- •4 Растворы электролитов
- •4.1 Степень диссоциации
- •Сильные кислоты Сильные основания Примеры растворимых солей
- •4.2 Диссоциация кислот
- •4.3 Диссоциация оснований
- •4.4 Диссоциация солей
- •4.5 Константа диссоциации
- •4.6 Закон разбавления Оствальда
- •Константы диссоциации слабых электролитов при 25 0с
- •4.6 Применение законов идеальных растворов к разбавленным растворам электролитов
- •4.7 Направление реакций обмена в растворах электролитов
- •Пример 2 Составьте сокращенные ионно- молекулярные уравнения реакций обмена к следующим молекулярным уравнениям:
- •4.8 Растворимость. Произведение растворимости
- •4.9 Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН)
- •Шкала рН
- •5 Гидролиз солей
- •5.1 Степень гидролиза. Константа гидролиза
- •6 Комплексные соединения
- •6.1 Номенклатура комплексных соединений
- •6.2 Константа нестойкости комплексных соединений
- •Константы нестойкости комплексных ионов
- •7 Основы электрохимии
- •7.1 Гальванический элемент (гэ)
- •7.2 Направление окислительно-восстановительных реакций
- •8 Дисперсные системы
- •8.1 Классификация дисперсных систем по размеру частиц
- •Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию
- •Классификацияжидких дисперсных систем по устойчивости
- •8.4 Методы получения дисперсных систем
- •8.5 Удельная и суммарная поверхностьраздела фаз
- •8.6 Адсорбция
- •8.6 Строение коллоидной частицы (золя)
4.8 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 ------- .
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 0,01 0,02 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 [А+В]
А2В [2А+В ]
(АВ2)
А3В [3А+В ]
(AB3)
А2В3[2А+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
4Р3
27Р4
108Р5
Р = СМ (нас), моль/л
(ПР)1/2
(ПР/4)1/3
(ПР/27)1/4
(ПР/108)1/5
ЗАДАЧИ
Вычислите произведение растворимости РbВr2 при 25°С, если растворимость соли при этой температуре равна 1,32 • 10-2 моль/л.
В 500 мл воды при 18°С растворяется 0,0166 г Ag2CrО4 .Чему равно произведение растворимости этой соли?
Для растворения 1,16 г РbI2 потребовалось 2 л воды. Найти произведение растворимости соли.
Исходя из произведения растворимости карбоната кальция, найти массу СаСО3, которая содержится в 100 мл его насыщенного раствора.
Вычислите объем воды, необходимый для растворения при 25°С 1 г BaSО4.
Рассчитайте молярную концентрацию ионов свинца в насыщенном растворе иодида свинца.
Рассчитайте ПР соли NiC2O4, если в 100 мл насыщенного раствора этой соли содержится 0,001174 г ионов никеля.
Для растворения 0,72 г карбоната кальция потребовалось 15 л воды. Вычислите ПР карбоната кальция, считая, что объем раствора равен объему растворителя.
Рассчитайте, в каком объеме насыщенного раствора хлорида свинца (II) содержится 0,1 г ионов свинца.
Рассчитайте массу кальция в виде ионов Са+2, которая находится в 500 мл насыщенного раствора сульфата кальция.
Сколько литров воды потребуется для растворения 0,1 г хлорида серебра для получения насыщенного раствора.
Выпадет ли осадок сульфата кальция, если к 200 мл 0,002 молярного раствора хлорида кальция добавить 2000 мл 0,00001 молярного раствора сульфата калия.
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.
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 |