Контрольные задания
1. Из навески суперфосфата массой 0,5302 г, содержащего 14,50% влаги, получили 0,3240 г прокаленного осадка Mg2P2O7. Вычислить массовую долю (%) Р2О5 во влажном и абсолютно сухом суперфосфате.
2. Для определения кремния в чугуне взяли навеску 3,0000 г и получили после прокаливания осадок SiO2 массой 0,2115г. Вычислите массовую долю кремния в чугуне.
3. Рассчитайте массовую долю оксида алюминия в образце, если из навески массой 0,4593 г получено 0,4002 г ортофосфата алюминия.
4. Рассчитайте массовую долю железа в образце, если из навески массой 0,9521 г получено 0,1486 г оксида железа (III).
5. Рассчитайте массовую долю сульфата натрия в образце, если из навески массой 0,4002 г получено 0,3575 г сульфата бария.
6. Рассчитайте массовую долю цинка в препарате, если из навески массой 0,3241 г получено 0,1822 г Zn2P2O7.
7. Рассчитайте массовую долю никеля в образце соли, если из навески массой 0,3863г получено 0,1543г диметилглиоксимата никеля Ni(C4H7N2O2)2.
3.6. Рассчитайте массовую долю ортофосфата натрия в образце, если из навески массой 0,5624 г получено 0,4206 г Mg2P2O7.
9. Из навески массой 0,3130 г, состоящей из смеси сульфатов натрия и калия, получено 0,4668 г сульфата бария. Определите массовую долю сульфат-ионов в данной смеси.
10. Из навески массой 0,2120 г, состоящей из смеси сульфата и нитрата калия, получено 0,4204 г гексахлороплатината (IV) калия. Определите массовую долю калия в данной смеси.
11. Рассчитайте массовую долю алюминия в образце, если из навески массой 0,4593 г получено 0,1002 г оксида алюминия.
12. Рассчитайте массовую долю оксида хрома(III) в образце, если из навески массой 0,9521 г получено 0,3486 г хромата бария.
13. Рассчитайте массовую долю фосфора в образце, если из навески массой 0,4002 г получено 0,3575 г пирофосфата магния Mg2P2O7.
14. Рассчитайте массовую долю хлорида никеля в образце, если из навески массой 0,3456г получено 0,2345г диметилглиоксимата никеля Ni(C4H7N2O2)2.
15. Для определения кремния в чугуне взяли навеску 3,000 г. После прокаливания получили осадок SiО2 массой 0,1244г. Вычислить массовую долю кремния в чугуне.
16. Вычислить массовую долю (%) Fe3O4, если из навески руды массой 0,5000 г получили 0,3989 г Fe2O3.
17. Вычислить массовую долю (%) FeO в образце технического железного купороса, если из навески массой 0,9200 г в результате анализа получили 0,2545 г Fe2O3. Вычислить массовую долю (%) FeSO4·7Н2О в исследуемом образце.
18. Из навески криолита массой 0,4525 г получили 0,0809 г А12О3. Вычислить массовую долю (%) Na3AlF6 в криолите.
19. Вычислить массовую долю (%) Со в сплаве, если из навески образца массой 0,2100 г после осаждения кобальта a-нитрозо-b-нафтолом получили прокаленный осадок Со3О4 массой 0,1012 г.
20. Вычислите число молекул воды в кристаллогидрате ацетата свинца при гравиметрическом анализе, если из его навески 0,3243 г получено 0,2593 г сульфата свинца.
3. Динамическое равновесие в гетерогенных системах. Произведение растворимости
При осаждении или растворении веществ образуется гетерогенная система, состоящая из двух фаз – насыщенного раствора малорастворимого вещества и его осадка. Между раствором и осадком устанавливается динамическое равновесие, которое определяется двумя процессами – осаждением и растворением. Состояние равновесия системы – раствор – осадок описывают правилом произведения растворимости, которое применимо только к насыщенным растворам малорастворимых веществ.
Согласно закону действия масс, при установившемся равновесии в насыщенном водном растворе при данной температуре и давлении, произведение концентраций ионов, составляющих осадок, остается постоянным и называется произведением растворимости. В общем случае для малорастворимого электролита характерен следующий обратимый процесс:
АmBn (т) ↔ АmBn (р-р) ↔ mAn+ + nBm-
Тогда:
ПР (АmBn) = [Аn+]m [Bm+]n = const
Осадок выпадает в том случае, если произведение концентраций ионов больше произведения растворимости:
[An+]m [Bm-]n ПР(AmBn)
Если [An+]m [Bm-]n ПР(AmBn), то осадок не выпадает; не выпадает осадок и в том случае, если эти величины равны. Зная величину произведения растворимости, можно рассчитать растворимость осадка по общей формуле:
Растворимость осадка состава АВ вычисляют по уравнению:
Растворимость осадка состава А2В или АВ2 рассчитывают по формуле
Растворимость осадка уменьшается в присутствии электролита, содержащего небольшое количество одноименного иона. В присутствии постороннего электролита в растворе создается определенная ионная сила, способствующая увеличению растворимости осадка. Особенно это заметно, если ПР(АmBn) 110-10 или Р(АmBn) 110-5 г/дм3.
Пример 1. Вычислите произведение растворимости гидроксида магния в воде, если растворимость его в 1 дм3 равна 0,020 г.
Решение. 1. Записываем выражение произведения растворимости Mg(OH)2:
ПР (Mg(OH)2) = [Mg2+] [OH-]2
2. Рассчитываем молярные концентрации ионов магния и гидроксид-ионов, исходя из растворимости Mg(OH)2
моль/дм3
При растворении Mg(OH)2 ↔ Mg2+ + 2OH- из одной молекулы образуется один ион магния и два гидроксид-иона, следовательно, их концентрации равны:
[Mg2+] = [Mg(OH)2] = 2,06 10-4 моль/дм3;
[OH-] = 2 [Mg(OH)2] = 2 2,06 10-4 =4,12 10-4 моль/дм3.
Рассчитываем значение произведения растворимости:
ПР (Mg(OH)2) = [Mg2+] [OH-]2 = 2,06 10-4 (4,12 10-4)2 = 35 10-12 = 3,5 10-11.
Пример 2. Вычислите растворимость PbCl2 в г/дм3 в воде, если ПР(РbCl2) = 2,4 10-4.
Решение. 1. Записываем процесс растворения малорастворимого электролита: PbCl2 ↔ Pb2+ + 2Cl –
2. Молярные концентрации соли и ионов обозначаем через х:
[PbCl] = x; [Pb2+] = x; [Cl -] = 2x; x=P.
3. Подставляем молярные концентрации ионов в уравнение произведения растворимости:
M (PbCl2) = 278,13 г/моль; отсюда его растворимость (Р) равна:
P (PbCl2) = 3,9 10-2 278,13 = 10,86 г/дм3.
Пример 3. Выпадет ли осадок хромата серебра, если смешать 30 см3 раствора хромата калия С (K2CrO4) = 0,003 моль/дм3 и 20 см3 раствора нитрата серебра, С (AgNO3) = 0,0002 моль/дм3, если ПР (Ag2CrO4) = 1 10-12 ?
Решение. 1. Записываем уравнение химической реакции в ионно-молекулярном виде и выражение произведения растворимости:
K2CrO4 + 2AgNO3 → Ag2CrO4 + 2КNO3
CrO42- + 2Ag+ → Ag2CrO4
ПР (Ag2CrO4) = [Ag+]2 [CrO42-]
Чтобы ответить на вопрос задачи необходимо вычислить произведение концентраций ионов, образующих осадок, и сравнить его с величиной произведения растворимости.
Рассчитываем реальные концентрации ионов, которые уменьшались по сравнению с первоначальными в результате увеличения общего объема после смешивания растворов.
Аналогично вычисляем концентрацию ионов серебра:
Рассчитываем произведение реальных концентраций ионов и сравниваем с величиной произведения растворимости:
Ввиду того, что величина произведения концентраций ионов превышает произведение растворимости, 1,2210-11 110-12, осадок хромата серебра выпадет.
Пример 4. В 1 л воды при 25°С растворяется 2,865·10−6 г AgI. Вычислить произведение растворимости этой соли.
Решение. Равновесие в гетерогенной системе описывается уравнением:
AgI ↔ Ag+ + I−
тв.фаза насыщ.р-р
ПРAgI = [Ag+]·[I−]
Вычисляем растворимость иодида серебра в молях на литр:
М (AgI) = 234,8 г/моль
[AgI]
=
= 1,22·10−8
моль/л
При диссоциации одного моль иодида серебра образуется по 1 моль ионов серебра и иодид-ионов. Следовательно, их концентрации равны:
[AgI] = [Ag+] = [I−] = 1,22·10−8 моль/л
Подставим их значения в выражение произведения растворимости:
ПРAgI = 1,22·10−8 · 1,22·10−8 = 1,5·10−16
Пример 5. Выпадет ли осадок, если слить равные объемы растворов хлорида магния и гидроксида калия концентрация которых 1·10−4 моль/л?
Решение. Известно, что осадок начинает образовываться когда произведение концентраций ионов в растворе (ИП) достигнет величины произведения растворимости (ПР), т.е. при условии ИП>ПР. Если же ИП<ПР, то осадок не образуется. Поэтому следует найти ИП и сравнить его с ПР.
Mg(OH)2 ↔ Mg2+ + 2OH−
ПР = [Mg2+] · [OH−]2 = 1,2·10−11
Хлорид магния и гидроксид калия – сильные электролиты. Поэтому концентрация ионов в растворе будет равна СМ. Однако, следует учесть то, что растворы при сливании разбавляются, по условию задачи – в два раза.
MgCl2 → Mg2+ + 2Cl− ,
KOH → K+ + OH−
[Mg2+] = 1·10−4 / 2 = 5·10−5 моль/л
[OH−] = 1·10−4 / 2 = 5·10−5 моль/л
ИП = [Mg2+] · [OH−]2 = 5·10−5 · (5·10−5 )2 = 1,25·10−13
1,25·10−13< 1,2·10−11, т.е. ИП<ПР , осадок не образуется.