Вопрос 22. Гетерогенные реакции в растворах электролитов.

Гетерогенные реакции – химические реакции с участием веществ, находящихся в различных фазах и составляющих в совокупности гетерогенную систему.

Типичные гетерогенные реакции: термическое разложение солей с образованием газообразных и твердых продуктов, восстановление оксидов металлов водородом или углеродом, растворение Ме в кислотах и т.д.

Константа растворимости:

характеризует растворимость электролита при постоянной температуре в отсутствие посторонних веществ.

Константа растворимости (ПР, K_sp) — произведение концентрации ионов малорастворимого электролита в его насыщенном растворе при постоянной температуре и давлении. Произведение растворимости — величина постоянная.

При постоянной температуре в насыщенных водных растворах малорастворимых электролитов устанавливается равновесие между твердым веществом и ионами, образующими это вещество. Например, в случае для CaCO₃ это равновесие можно записать в виде:

Константа этого равновесия рассчитывается по уравнению:

В общем виде, произведение растворимости для вещества с формулой A_mB_n, которое диссоциирует на m ионов Aⁿ⁺ и n ионов B^m-, рассчитывается по уравнению:

где [Aⁿ⁺] и [B^m-] — равновесные молярные концентрации ионов, образующихся при электролитической диссоциации.

Данное уравнение не учитывает коэффициенты активности, то есть степень влияния ионных сил. Для растворов с концентрациями большими, чем 1×10⁻⁴ моль/л необходимо использовать произведение активностей:

где а_A и а_B — активности ионов A и B.

Произведение активностей ионов для насыщенных растворов малорастворимых электролитов при данной температуре постоянная величина. Она зависит от температуры и природы растворителя.

Произведение растворимости связано с растворимостью следующим соотношением:

где:m+n — суммарное количество молей катионов и анионов

m —количество молей катиона

n — количество молей аниона

K_sp — произведение растворимости

S — растворимость вещества (моль/л)

Образование осадкапроисходит, если:

Это достигается прибавлением избытка электролита, содержащего одноименный ион K+или A-.

Например, если в раствор малорастворимого электролита СаСО3внести хорошо растворимый сильный электролитNа2СО3, то повысится концентрация иона СО3^2-и понизится концентрация ионаCa²⁺и следовательно, снизится растворимость СаСО3, таким путем можно осаждать малорастворимые соединения.

Растворение осадкапроисходит, если:

Это происходит, если связывается один из ионов, посылаемых осадком в раствор.

Например, растворение электролитаFeS происходит при добавлении раствора соляной кислотыHCl. Ионы водорода связывают ионыS^2-в молекулыH2S, которые удаляются в виде газа. Произведение концентрации ионовFe²⁺ иS^2- становится меньше произведения растворимости сульфида железа, и осадок растворяется.

Зная величину ПР, можно регулировать образование или растворение осадка, также оценить выпадает ли в данных условиях осадок. Для этого концентрацию ионов подставляют в выражение:

иполученную величину сравнивают со справочной. Осадок выпадет, если полученная величина ПР превышает табличную.