Реакции в растворах электролитов. Произведение растворимости.

Цель работы: изучение химических реакций в растворах электролитов.

Реакции, протекающие в растрах электролитов, сводится к взаимодействию ионов растворенных веществ. Реакции в растворах электролитов идут только в случае, если в результате электростатического взаимодействия разноименно заряженных ионов образуются молекулы нового вещества: труднорастворимого, газообразного или малодиссоциированного. Если ни одно из таких веществ при протекании реакции не образуется, то не происходит и самой реакции.

К слабым электролитам относятся не только молекулы слабых кислот и оснований, но и их ионы, образующиеся при диссоциации по первой или второй ступени (например, HCO₃^-, HPO₄^-, MgOH⁺).

Константа диссоциации их, как правило, меньше, чем константа диссоциации соответствующих им кислот и оснований. К слабым электролитам относятся и относительно прочные комплексные ионы.

Если в реакцию вступают слабые электролиты, летучие или малорастворимые вещества, то реакции происходят в тех случаях, когда образующиеся вещества будут менее диссоциироваными, более летучими, менее растворимыми.

Значительно чаще приходится иметь дело с образованием труднорастворимых веществ, которые удаляются из сферы реакции в виде осадка, например:

Ca(NO₃)₂ + K₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2KNO₃

или ионное уравнение реакции

Ca²⁺ + CO₃^2- = CaCO₃↓

В насыщенном растворе любой соли с осадком имеет место равновесие:

CaCO₃ Ca²⁺ + CO₃^2-

в осадке в растворе

Переход ионов из твердой фазы в жидкую происходит только с поверхности и не зависит от массы твердого вещества. Прилагая сюда закон действия масс, получаем:

Так как концентрация твердой фазы величина постоянная, то умножив константу равновесия на концентрацию электролита в осадке, мы получаем новую константу

К∙[CaCO₃] = ПР,

которая оказывается равной произведению концентрации ионов электролитов в растворе

ПР = [Ca²⁺] [CO₃^2-].

Таким образом, в насыщенном растворе труднорастворимого электролита произведением концентраций ионов является величиной постоянной при данной температуре. Эта величина называется произведением растворимости (ПР).

Чем меньше ПР, тем менее растворимо вещество. Как только произведение концентраций ионов станет больше ПР, вещество выпадет в осадок. При повышении температуры обычно значение ПР увеличивается. Образование и растворение осадков в химических реакциях непосредственно связано со значениями произведения растворимости.

При введении в раствор одноименных ионов равновесие сдвигается в сторону осадка. Это означает, что концентрация ионов второго типа становится меньше. Однако произведение концентраций ионов остается прежним, равным произведению растворимости. Растворение осадка вызывается уменьшением концентрации ионов путем связывания их в молекулы малодиссоциирующих веществ.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Реакция нейтрализации.

Налейте в фарфоровую чашку 5 мл 2 н. раствора HCl и прибавьте к нему по каплям 2 н. раствора NaOH. Раствор перемешайте стеклянной палочкой и испытывайте его действие на лакмус, перенося каплю раствора на лакмусовую бумажку. Нужно добиться нейтральной реакции (синяя и красная лакмусовая бумажка не изменяет окраску). Полученный раствор выпарить до суха. Что образовалось (вопрос пояснить примером)? Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций.

Опыт 2. Амфотерность.

Из имеющихся на столах реактивов получите осадок гидроксида цинка. Взболтайте полученный осадок и отлейте небольшие количества его в две пробирки. В одну из пробирок добавьте раствор HCl, в другую – раствор NaOH (в избытке). Что наблюдается? Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций.

Опыт 3. Реакции, идущие с образованием летучего соединения.

В пробирку налейте немного раствора какой - нибудь соли аммония, прибавьте 1 - 2 мл раствора NaOH и нагрейте до кипения. В выделяющиеся пары внесите влажную лакмусовую бумажку. Что наблюдается? Объясните. Напишите уравнения реакций.

Опыт 4. Образование труднорастворимых солей.

Налейте в три пробирки по 2 - 3 мл растворов хлоридов бария, стронция и кальция. В первую пробирку прилейте раствор сульфата натрия, во вторую – насыщенный раствор сульфата калия, а в третью – насыщенный раствор сульфата стронция. Объясните наблюдаемые явления, пользуясь правилом произведения растворимости. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций.

Опыт 5. Полнота осаждения иона.

В коническую пробирку внесите 4 капли раствора нитрата свинца (С = 0,25 моль/л) и добавьте к нему 6 капель раствора хлорида натрия (С = 0,5 моль/л). Отцентрифугируйте осадок. Отберите пипеткой жидкую фазу и перенесите ее в две пробирки по 2 - 3 капли в каждую. В одну из пробирок добавьте 2-3 капли раствора хлорида натрия (С = 0,5 моль/л), а в другую – йодида калия (С = 0,5 моль/л). Опишите свои наблюдения.

Опыт 6. Условие равновесия осадков малорастворимых электролитов.

Приготовьте две конические пробирки. Внесите в одну из них 2 капли раствора сульфата меди (II) (С = 0,25 моль/л), а в другую – 2 капли раствора сульфата железа (II) (С = 0,25 моль/л).

В каждую пробирку добавьте по две капли раствора сульфида аммония (сделайте это при включенной тяге). Отметьте появление осадков. К осадкам сульфидов железа и меди добавьте по 5 - 7 капель соляной кислоты (2 н.). Наблюдения опишите.

Опыт 7. Растворение осадков малорастворимых электролитов при химических взаимодействиях.

Получите в двух пробирках гидроксид магния из сульфата магния (С = 0,25 моль/л) и гидроксид натрия (С = 0,5 моль/л).

Добавьте к осадку из первой пробирки одну каплю раствора HCl (2 н.) и перемешайте содержимое пробирки стеклянной палочкой, затем вторую каплю и т.д.

Отсчитайте и запишите число капель раствора HCl, при котором произошло полное растворение осадка гидроксида магния.

Повторите тоже самое с осадком во второй пробирке, добавляя к нему по каплям раствор хлорида аммония (2 н.).

Вопросы и задачи.

1. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций образования нерастворимых веществ: Ag₃PO₄, HgCrO₄, CaCO₃, Cu(OH)₂, FeS.

2. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций образования малодиссоциированных и летучих соединений: HCN, H₂S, H₂SO₃, NH₄OH, H₂CO₃.

3. Что называется произведением растворимости?

4. Образуется ли осадок BaSO₄, если смешать равные объемы 0,2 н. раствора нитрата бария и 0,1 н. раствора сульфата бария?

5. Произведение растворимости йодида свинца при 25 ⁰С равно 8,7∙10^-9. Вычислите растворимость этой соли в моль/л.

6. Вычислите произведение растворимости Ag₂CrO₄, если растворимость этой соли равна 0,025 г/л.

7. Вычислите, какие минимальные концентрации растворов CuSO₄ и (NH₄)₂S следует взять, чтобы при смешивании их равных объемов выпал осадок CuS.яя и красная лакмусовая бумажкасторону осадка. екулы малодиссоциирующих веществ

Работа № 12.