- •Министерство образования Республики Беларусь
- •Знания, необходимые для изучения темы
- •1 Отличительные особенности обменных реакций в водных растворах электролитов. Условия, необходимые для их протекания
- •2 Уравнения обменных реакций
- •Если среди исходных веществ имеются комплексные соединения, то возможны следующие варианты реакций обмена с их участием:
- •4 Количественная характеристика обменных реакций. Константа ионно-молекулярного равновесия
- •Преимущественное направление ионно-молекулярных реакций
- •5 Влияние кислотности среды на растворимость малорастворимых солей
- •6 Влияние комплексообразования на растворимость малорастворимых солей
- •7 Получение заданного вещества реакцией обмена
- •7.2 Заданный продукт – сильный хорошо растворимый электролит
- •Задания для самостоятельной работы
- •Приложение а (справочное)
6 Влияние комплексообразования на растворимость малорастворимых солей
Многие комплексные соединения относятся к слабейшим из известных электролитов, и в соответствии с принципом Ле-Шателье, и в случае их образования растворимость малорастворимых солей должна увеличиваться.
Например, сравним растворимость CoS в воде (см. с.13) и 1М водном растворе аммиака.
Ионно-молекулярное уравнение этой реакции:
CoS + 6NH3 [Co(NH3)6]2+ + S2–.
Константа этого равновесия:
K = [Co(NH3)62+][S2–]/[NH3]6 = ПРCoS/K1-6[Co(NH3)6]2+ = 4.10–21/10–5 10-15
Пренебрегая изменением концентрации аммиака (т.к. он в большом избытке) и учитывая, что [Co(NH3)62+] = [S2–], получим:
[Co(NH3)62+]2/16 = 10–16, откуда [Co(NH3)62+]=10–16 = 10-8 моль/дм3; очевидно, такой же будет растворимость CoS (моль/дм3).
7 Получение заданного вещества реакцией обмена
Очевидно, что, выбирая реакцию для превращения исходного вещества в другие, а также для получения заданного вещества желательно, чтобы выход продукта был как можно большим. А тогда из нескольких возможных вариантов предпочтительнее те, в которых реакции практически необратимы (примеры таких реакций рассмотрены ранее)
7.1 Заданный продукт – малорастворимое вещество или относится к слабым электролитам. Образование таких продуктов отвечает условиям, необходимым для обменных реакций. При этом дополнительными условиями могут быть: как можно больший выход продукта, а также его чистота (или возможность несложного отделения заданного продукта от других веществ, образовавшихся в результате реакции).
Примеры: Предложите варианты получения заданного вещества реакцией
ионного обмена; напишите уравнения соответствующих реакций:
а) получить PbCO3
Заданный продукт – малорастворимая соль, поэтому обменная реакция может протекать за счет ее образования. Для получения PbCO3 необходимо иметь электролит, содержащий катионы свинца(II) – это соль или основание, и электролит – источник CO32– – угольную кислоту или ее соль. Для полного протекания реакции необходимо, чтобы исходные электролиты были сильными и хорошо растворимыми. С учетом этого из соединений свинца, например, хлорида, сульфата, нитрата, гидроксида в качестве исходного вещества выберем нитрат, как хорошо растворимую соль. Соответственно, источником карбонат-ионов может быть карбонат натрия, калия (растворимые соли).
Уравнение протекающей реакции:
Pb(NO3)2 + Na2CO3 PbCO3 + 2NaNO3
Очевидно, что проблемы разделения продуктов нет, т.к. один из них выделяется в виде осадка, а второй остается в растворе.
Примечание: Карбонаты многих металлов часто оказываются наиболее подходящими в качестве исходных веществ для синтеза других солей тех же металлов. Несмотря на то, что многие карбонаты малорастворимы, реакции обмена с соответствующими кислотами (более сильными, чем угольная) протекают практически необратимо вследствие выделения из раствора CO2 (см. принцип Ле-Шателье). Например, действием азотной, соляной или уксусной кислотой на PbCO3 легко получить, соответственно, нитрат, хлорид или ацетат свинца.
б) получить Cu(OH)2
Решение
Заданное вещество – слабое малорастворимое основание, поэтому обменная реакция может протекать за счет его образования. Для получения Cu(OH)2 необходимо иметь растворимую соль меди и основание – источник OH- Реакция образования Cu(OH)2 будет протекать до конца, если в качестве основания взять щелочь: CuSO4 + 2KOH Cu(OH)2 + K2SO4
в) получить Al(OH)3
Решение
На первый взгляд задача аналогична предыдущей. Однако в данном случае Al(OH)3 – не только слабое малорастворимое основание, но еще и амфотерное, при избытке щелочи может раствориться. В этом случае в качестве основания лучше использовать водный раствор аммиака: AlCl3 + 3NH3H2O Al(OH)3 + 3NH4Cl
Другим вариантом получения Al(OH)3 может быть реакция необратимого гидролиза (см. стр. 6): AlCl3 + 3Na2CO3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3CO2↑ + 6NaCl