9 Произведение растворимости малорастворимых веществ при 25 °с
|
соединение |
ПР |
|
Ag2CO3 |
6,2⋅10–12 |
|
Ag2CrO4 |
1,1⋅10–12 |
|
AgCl |
1,8⋅10–10 |
|
BaCO3 |
4,9⋅10–9 |
|
BaSO4 |
1,8⋅10–10 |
|
BaCrO4 |
2,0⋅10–10 |
|
CaCO3 |
4,8⋅10–9 |
|
CaCrO4 |
7,0⋅10–9 |
|
CaC2O4 |
2,6⋅10–9 |
|
CaSO4 |
9,1⋅10–6 |
|
Ca3(PO4)2 |
2,0⋅10–29 |
|
Mg(OH)2 |
5,0⋅10–12 |
|
PbI2 |
1,1⋅10–9 |
|
PbCl2 |
1,7⋅10–5 |
|
PbCrO4 |
1,8⋅10–14 |
|
PbSO4 |
2,2⋅10–8 |
|
Pb3(PO4)2 |
7,9⋅10–43 |
|
SrSO4 |
3,2⋅10–7 |
П р и м е р 99 Произведение растворимости иодида свинца при 20 °С равно 8⋅10–9. Вычислите растворимость соли (моль/дм3 и г/дм3) при указанной температуре.
Решение Обозначим искомую растворимость через х (моль/дм3). Тогда в насыщенном растворе PbI2 содержится х моль/дм3 ионов Pb2+ и 2х моль/дм3 ионов I–. Откуда:
ПР(PbI2) = [Pb2+] [I–]2 = х (2х)2 = 4х3,
моль/дм3
Поскольку мольная масса РbI2 равна 461 г/моль, то растворимость PbI2, выраженная в г/дм3, составит 1,3⋅10–3⋅461 = 0,6 г/дм3.
П р и м е р 100 Вычислите растворимость Pb3(PO4)2 и выразите ее в моль/дм3 и г/дм3, если ПР[Pb3(PO4)2] = 1,50⋅10–32.
Решение
Pb3(PO4)2 ↔ 3Pb2+ + 2РО4-3 .
ПР[Pb3(PO4)2] = [Pb2+]3 [РО4-3 ]2.
Растворимость малорастворимого вещества состава АаВb равна:
(5.6.2)
тогда растворимость Pb3(PO4)2 составит:
моль/дм3.
Чтобы выразить растворимость в г/дм3 следует полученную величину ( моль/дм3) умножить на мольную массу Pb3(PO4)2, т.е. на 811 г/моль. Тогда растворимость Pb3(PO4)2 составит: 1,68⋅10–7 ⋅811 = 1,37⋅10–4 г/дм 3.
П р и м е р 101 Может ли образоваться осадок Mg(OH)2, если смешать равные объемы 0,5 М раствора MgCl2 и 0,1 М раствора NaOH?
Решение При сливании двух равных объемов суммарный объем раствора увеличится вдвое, а концентрация уменьшится вдвое, т.е. концентрация раствора MgCl2 будет равной 0,5/2 = 0,25 моль/дм3, а концентрация NaOH – равной 0,1/2 = 0,05 моль/дм3.
Mg2+ + 2ОH– ↔ Mg(OH)2; ПР[Mg(OH)2] = [Mg2+] [OH–]2 = 5,00⋅10–12.
Находим произведение концентраций ионов [Mg2+] [OH–]2 = 0,25⋅0,052 = 6,25⋅10–4. Сопоставляя полученную величину 6,25⋅10–4 с табличным значением ПР = 5,00⋅10–12, находим, что рассчитанное произведение концентраций ионов превышает ПР[Mg(OH)2], т.е. раствор пересыщен и осадок должен образоваться.
П р и м е р 102 Вычислите растворимость PbSO4 и выразите ее в моль/дм3 и г/дм3, если ПР(PbSO4) = 2,20⋅10–8.
Решение
PbSO4 ↔ Pb2+ + SO42–; ПР(PbSO4) = [Pb2+] [SO42– ] = 2,2⋅10–8.
Растворимость
PbSO4
= [Pb2+]
= [SO42–
] = 
=
1,48⋅10–4
моль/дм3.
M(PbSO4) = 303 г/моль.
Растворимость PbSO4 составит: 1,48⋅10–4⋅303 = 4,48⋅10–2 г/дм3.
Задачи
Для решения задач данного раздела использовать значения величин ПР из табл. 9.
522 Какая из двух солей больше растворима и во сколько раз: CaSO4 или BaSO4; BaCO3 или SrCO3; PbJ2 или PbCl2?
523 Почему в фильтрате после промывания осадка CaCO3 появляется муть при добавлении раствора (NH4)2C2O4 и не происходит этого при добавлении раствора (NH4)2SO4?
524 В какой последовательности будут выпадать осадки, если к растворам, содержащим одинаковые концентрации ионов Ca2+, Ba2+, Sr2+ постепенно прибавлять раствор Na2SO4?
525 Останется ли прозрачным фильтрат из-под осадка PbCl2, если к нему добавить раствор KI?
526 При какой концентрации (моль/дм3) CrO4-2 -ионов начнется образование осадка PbCrO4 из 0,1 М раствора Pb(NO3)2.
527 Смешали 100 см3 0,5 М раствора NaCl и 50 см3 0,5 М раствора AgNO3. Найдите массу образующегося осадка.
528 Какой объем 0,1 н раствора Ca(OH)2 потребуется для осаждения Ca2+-ионов из раствора Ca(HCO3)2 массой 489 г с массовой долей растворенного вещества равной 5 %?
529 Выпадет ли осадок BaSO4, если к 100 см3 0,2 М раствора H2SO4 добавить такой же объем 0,2 н раствора BaCl2?
530 В насыщенном растворе PbI2 концентрация I–-ионов равна 1,3⋅10–3 моль/дм3. Определите концентрацию (моль/дм3) Pb2+-ионов в этом растворе.
531 Определите концентрацию (моль/дм3) каждого иона в насыщенном растворе Ag2CO3.
532 В 10 дм3 насыщенного раствора Mg3(PO4)2 содержится 3,00 г соли. Вычислите растворимость этой соли (моль/дм3).
533 При комнатной температуре растворимость PbI2 и Ca3(PO4)2 соответственно равна 6,5⋅10–4 моль/дм3 и 1,7⋅10–3 г/дм3. Определите произведение растворимости этих солей.
534 В насыщенном растворе CaSO4 объемом 1 см3 содержится соль массой 0,408 мг. Найдите произведение растворимости этой соли.
535 Во сколько раз уменьшится растворимость AgCl в 0,01 М растворе NaCl по сравнению с его растворимостью в воде?
536 Во сколько раз уменьшится растворимость BaSO4 в 0,1 М раствора H2SO4 по сравнению с его растворимостью в чистой воде?
537 Осадок BaSO4 массой 0,5 г промыли 100 см3 воды. Вычислите потери BaSO4 (г), если считать промывные воды над осадком насыщенным раствором.
538 Определите потери в массовых долях (ω, %) за счет растворимости осадка Mg(OH)2 массой 0,2 г при промывании его водой объемом 250 см3.
539 Определите массу CaCO3, которая перейдет в раствор при промывании осадка массой 0,3 г водой объемом 250 см3. Вычислите потери в массовых долях (ω, %) за счет растворимости.
5.7 РАСТВОРЫ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
П р и м е р 103 Составьте координационные формулы комплексных соединений кобальта(III) 3NaNO2⋅Со(NO2)3; CoCl3⋅3NH3⋅2H2O; 2KNO2⋅NH3⋅Co(NO2)3. Координационное число кобальта(III) равно шести. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах и выражение для константы нестойкости (Kн) комплексных ионов.
Решение Ионом-комплексообразователем будет являться Со3+ (кобальт d-элемент). Лигандами будут ионы NO2- , так как ионы Na+ не могут быть лигандами и входить во внутреннюю сферу комплексного иона. Так как координационное число Со3+ равно 6, то структура комплексного иона будет [Co(NO2)6]3-. Заряд комплексного иона (+3) + (–6) = –3. Следовательно, заряд комплексного иона (3–) должен компенсироваться положительным зарядом трех ионов натрия, находящихся во внешней сфере комплексного соединения. Таким образом, формула комплексного соединения будет Na3[Co(NO2)6].
Уравнение электролитической диссоциации соли:
Na3[Co(NO2)6] ↔ 3Na+ + [Co(NO2)6]3–.
Уравнение диссоциации комплексного иона:
[Co(NO2)6]3– ↔ Co3+ + 6NO2- .
Выражение для константы нестойкости:
Kн = [Co3+] [NO2- ]6 / [[Co(NO2)6]3–].
П р и м е р 104 Вычислите концентрацию ионов серебра в растворе комплексной соли [Ag(NH3)2]Cl концентрации 0,1 моль/дм3 содержащем, кроме того 0,5 моль/дм3 аммиака. Константа нестойкости иона [Ag(NH3)2]+ равна 5,9⋅10–8.
Решение Уравнение диссоциации комплексного иона:
[Ag(NH3)2]+ ↔ Ag+ + 2NH3 .
Kн([Ag(NH3)2]+) = [Ag+] [NH3]2 / [[Ag(NH3)2]+] = 5,9⋅10–8.
Избыточное количество аммиака сильно смещает равновесие диссоциации влево, поэтому концентрацией аммиака, получающейся в результате диссоциации комплексного иона, можно пренебречь и считать [NH3] = 0,5 моль/дм3. Концентрация комплексного иона по условию задачи составляет 1⋅10–2 моль/дм3. Из выражения Kн находим:
[Ag+] = 5,9⋅10–8⋅10–2/0,52 = 5,9⋅10–10/0,25 =
= 2,36⋅10–9моль/дм3.
П р и м е р 105 Рассмотрите комплексные ионы [FeF6]4– и [Fe(NH3)6]2+ c точки зрения метода валентных связей (МВС ).
Решение В обоих случаях комплексообразователем является ион Fe2+. Нейтральный атом железа имеет электронную структуру: 4s23d64p04d0; а ион Fe2+ имеет следующую электронную конфигурацию: 4s03d64p04d0, или в виде квантовых ячеек:
Лиганды F–, входящие в состав комплексного иона, не вызывают перераспределения электронов комплексообразователя и образуют донорно-акцепторные связи с ним, используя свободные (вакантные) орбитали:
Здесь крестиками обозначены электронные пары лигандов F–, играющих роль доноров.
Таким образом, в комплексном ионе [FeF6]4– с точки зрения метода валентных связей в образовании донорно-акцепторных связей с лигандами участвуют следующие орбитали комплексообразователя: одна орбиталь 4s, три орбитали 4р и две орбитали 4d.
Во втором комплексном ионе [Fe(NH3)6]2+ тот же самый комплексообразователь Fe2+ связан с лигандами NH3. Их особенность заключается в том, что они, связываясь с комплексообразователем, вызывают перераспределение электронов на его орбиталях:
Поэтому в данном случае в образовании связей с лигандами участвуют следующие орбитали комплексообразователя: две орбитали 3d, одна орбиталь 4s, три орбитали 4р. В рамках МВС комплексный ион [FeF6]4– называют внешнеорбитальным, а комплекс [Fe(NH3)6]2+ –внутриорбитальным, что связано с особенностями распределения электронов комплексообразователя по его орбиталям.
Комплекс [FeF6]4– парамагнитен, так как он имеет свободные электроны, а комплекс [Fe(NH3)6]2+ диамагнитен, поскольку неспаренные электроны в нем отсутствуют.
П р и м е р 106 На раствор, содержащий комплексный ион [Cu(NH3)4]2+ подействовали раствором NaOH. Произойдет ли замещение лиганда? Ответ мотивируйте.
Решение Запишем уравнение реакции замещения лиганда:
[Cu(NH3)4]2+ + 4NaOH = [Cu(OH)4]2– + 4Na+ + 4NH3.
Константы нестойкости ионов:
Kн ([Cu(NH3)4]2+) = 2,1⋅10–13;
Kн ([Cu(OH)4]2–) = 7,6⋅10–17.
Реакция практически протекает слева направо, так как [Cu(OH)4]2– более устойчивый комплекс.
Значения констант нестойкости комплексных ионов представлены в табл. 10.