С.К. Пискарёва - Аналитическая химия (1110124), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Произведение акт мнпютеп ванов при дмщой температуре есть величина постоянная дли яасьацениых водных растворов малорастворимых элекгролитов. Значение коэффициентов активности понижается с возрастанием «ионной силы» раствора, зависящей от концентрации и зарядов всех присутствующих в растворе ионов. Ионной силой раствора р называют вслнчняу, являющуюся моран нвпрюкення электрического полн, существующего в растворе. Если коэффициенты активности равны единице ~=1), то ПРил, — — ПАхм ° Если для малорастворимых соединений ПР„„, (л.10 т, то коэффициент активности можно не учитывать. Если ПРк,л„) и 1О т, то пРи Расчетах коэффициент активности необходимо учитывать. 91 й й. РАСЧЕТ РАСТВОРИМОСТИ И ПРОИЗВЕДЕНИЯ РАСТВОРИМОСТИ Вычисление произведения растворимости малорастворимых солей по их растворимости.
Пример 1. Растворимость лшцароксида магния при 25' С равна 0,031 г/л. Вычислить произведение растворимости М8(ОН)г. Вычислим малярную концентрацию Мк(ОН)г (в моль/л). Молярная масса Ма(ОН)г равна 58,31 г/моль„поэтому, если в л распюра содерхсится 58,31 г Ма(ОН)г, это 1 М раствор. О,' Составим пропорцию: 1М 5831г 31 1О-э х= =5,3 10 4 мсль/л. х —.3,1'!О э г 58,31 Напишем уравнение диссоциацин Ма(ОН)г и определим концентрацию ионов: Ма(ОН)РСОМ8~++2ОН При диэхоциации Ма(ОН)г из каждой молекулы образуется один ион магния, следовательно, его концентрация равна: [Ма~']=[Ма(ОН)г]м —— 5,3 10 4 моль/л. Иэ молекулы Ма(ОН)г образуются два гидроксида, следовательно, его концентрация равна; [ОН ]=2" 53'10 4=106'1О 4 мель/л.
Вычислим Прнпонь.' ТВ*„„, = [Ма" ][ОН-]', Припев! =-5„3 1О 4(10,6. 1О 4)г=5,95 10 Ое. Пример 2. Растворимость СаСОэ при 25' С равна 0„013 г/л. Вычиацпь произведение растворимости СаСОО. Вычислим растворимость СаСОэ (в моль/л): 1310г Рс.со = ' 1,3 ГО 4 МОЛЬ/Л, 100,1 гдс 100,1 г/моль- молярная масса СаСО . Напишем уравнение днссоциации: СаСОООРСаОРР+СОгэ Вычислим концентрацию каждого пона: [С г+] 1 3, 10-4 моль! [СОО ]=1,3. 10 4 моль/л. Вычислим ПРОьсо. Из уравнении диссоциацни следует: ПР =[Саг+][Сог ], ПР, (! 3 Ю-4)(1 3 !0-4) ! 69 ГΠ— в Вычисленяе растворимости малорастворнмого электролита в воде по его произведению растворимости. Зная произведение растворимости, можно рассчитать растворимость в граммах и молях для малорастворимых электролитов, т.
е. решить задачи противоположного типа. Пример 3. Произведение растворимости А8С1 прн 25О С равно 1,78.10 'е. Вычислить растворимость этой соли в молях н граммах на 1 л. Составим уравнение днссоциации А8С1: А8С1юА8'+С1 Обозначим через х концентрацию вешества (в моль/л); [АВО]=к моль/л, тогда [А8+]=х моль/л, [С1 ]=х моль(л. Напишем выражение произведения растворимостж ПР хит = [Аа+][СГ]. Вычислим Рх,с, (в моль/л); х-х=1,78 1О 'е; хг=1,78 10 'е моль/л.
ОГО! !О; Р 555 1О 5 . Вычислим Рх,сг (в г/л): Р4,45=1,34 10 э. 143,3=1„91 !О э г/л, где 143,3 г(моль — мапярнап масс! А8С1. Пример 4. Произведение растворимости сульфата бария при 25'С равно 1,1-10 'С. Вычислить растворимость этой соли В молях и граммах на 1 л. Составим уравнение диссоциацни: В48О,В г++ВОг- Обозначим концентрацию соли через х: [ВаВО4]=х моль/л„' [Ваг+]=х моль/Ш [ВО4 ]=х моль/л. Напишем вырюкение произведении растворимости: Прв,ю =[наг+][ВОг-]; к*=1,1 1О ". Вычислим Рв в, (в моль/л): Р .551.10 ' 105 О Вычислим Рв,к! (в г/л): Рв,эо,=1,05 10 э 233,4 249.10 э г/л, где 233,4 г/моль — молярная масса ВаВО .
Необходимо иметь в виду, что о сравнительной растворимости малорастворимых соединений можно судить по их произведениям растворимости только для однотипных солей, например Ада, БТСОз, СаСОз или РЫ„АагСТО4, Айгб и др, 8 9. ПРО!ТЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ И РАСТВОРЕНИЯ ОСАДКОВ Знание произведения растворимости дает возможности лучше ориентироваться в процессах растворения и осаждения малорастворимых электролитов. Изменяя концентрацию ионов в насыщенных растворах, можно заставить соль переходить из осадка в раствор или, наоборот, из раствора выпадать в осадок. Влияние одноименных ионов на про!псе образования осадка. В насыщенном растворе устанавливается равновесие между кристаллизацией и растворением малорастворимой соли, Например, имеем насыщенный раствор ВаВОв, в котором устанавливается динамическое равновесие между осадком и ионами в растворе: вазов Ва ++ЯО1- пР =[на +][яо1 ].
Вводя в раствор одноимевпвый ион (Ваа+ или БОв4.,) в. виде ' хлорида бария или серной кислоты, можно вызывать сдвиг равновесия в ту или иную сторону. Если прибавить к этому раствору Ваа~- или БОв~ -ионы, то по закону действующих масс ) [Ва'+][ЯО ] [ВаЯО,] равновесие нарушится, увеличится числитель, следовательно, увеличится и знаменатель. Избыточные молекулы будут выпадать в осадок. Количество ионов в насыщенном растворе при введении одноименного иона в раствор превышает свою постоянную величину, требуемую для насыщенного раствора, и оп становится перенасыщенным.
Избыток соли вьшадает в виде осадка. Прибавление одноименных ионов оказывает влияние на растворимость малорастворимых соединений и способствует более полному осаждению твердой фазы. Для примера возьмем насыщенный раствор сульфата бария. Зная, что концентрация диссоцнируемых молекул в насыщенном растворе численно равна концентрации его ионов: [Вазов]=[пав+]=[Яова ], "-[ а]; Рассчитаем растворимость Р сульфата бария в воде: Рв,во =[Во ПР [яо' ]' при прибавлении избытка сульфат-ионов [В вв] ПРв,во, [ЯОЗ ]+[ЯО» в в «] Величина [эОв4 ] в насыщенном растворе Ваяв очень мала по сравнению с прибавленным избытком сульфат-ионов и ею '; можно пренебречь, тогда Р =[В вв ПРв во„ [яо,*-, „]' при прибавлении избытка Ваа+-ионов в виде бариевой соли а ПРв во Рзьио„=[яов-] = [в„'„, ] Таким образом, растворимость Ваяв значительно уменьшается от введения избытка одноименного иона в насыщенный раствор. Расчеты показывают, что растворимость оксалата кальция в присутствии 0,1 М раствора оксалата аммония в В2 раза меньше, чем"в чистой воде.
Процесс растворения осадков. Для растворения осадков необходимо уменьшить количество ионов в насыщенном растворе над осадком' настолько, чтобы оно было меньше требуемого для насыщенного раствора. Для этого надо вывести из раствора один из ионов электролита, т, е. связать его в новое соединение— малодиссоциированпое или осадок.
Раствор сделается ненасыщенным, равновесие в системе нарушится, и осадок может раствориться, В аналитической химии иногда необходимо перевести одно малорастворимое соединение в другое малорастворимое соединение, например Ваяв в ВаСО, кипячением его с раствором Ха,СО,. Если сравнить произведение растворимости этих соединений (ПРв„во —— 1,1 10 ', ПРв,со — — В 1О в), может показаться, что перевести' сульфат бария в карбонат нельзя. На самом деле это не так.
Осадок ВаСОа образуется, когда произведение растворимости превьппается произведением концентраций его ионов, т. е. когда [Ва" ][СОа-]>ПР., [В "]> ~~~. Концентрация Ва~+-ионов будет определяться произведением растворимости ВаВО,,: [ва ']= — '. во [яо1-]. Таким образом, переход Ваяв в ВаСОэ происходит, если ПРв.во, ПРв оо, [яо'-] [со'-] т. е. Подставив в это выражение значения произведений растворимости [Соав ] 8.10 в [СОа ] [Яов в] 1 1 „1О-1в [ЯОа-] Следовательно, переход ВаВО» в ВаСО, происходит в том случае, если концентрация СОз а-ионов превышает в 73 раза концентрацию 80»а -ионов. Концентрация 8О»а -ионов очень мала (1О ' моль/л), поэтому превысить ее вполне возможно.
Однако реакция перехода ВаВО» в ВаСОз до конца не идет: ВаьО»+ НааСО, м ВаСОа»ХааБО» Как только отношение концентраций СО3з - и 8О»4 -ионов станет равным 73, установится равновесие. Чтобы добиться почти полного превращения, раствор, находящийся над осадком, надо слить и прибавить к осадку новую порцию раствора ХагСОз, в этом случае реакция пойдет опять. Превращение ВаБО» в более растворимое соединение ВаСОз осуществить трудно, но возможно, так как ПР сульфата и карбоната бария различаются не сильно.
Такую аналитическую операцию называют «содовой вытяжкой». а 10. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА РАСТВОРИМОСТЬ ОСАДКОВ На растворимость осадка оказывают влияние следующие факторы. 1. Изменение рН растворов. 2. Присутствие аммонийных солей сильных кислот в растворах гидроксидов, оксикарбонатов. 3. Присутствие комплексообразователей в растворах малорастворимых солей.
4. Присутствие посторогших ионов, не входящих в состав малорастворимого соединения (солевой эффект), и другие факторы. 5. Присутствие окислителей или восстановителей в растворах малорастворимых соединений. б. Изменение температуры. 7. Влияние растворителя. Влияние РН на растворимость осадка. Ионы водорода повышают растворимость многих малорастворимых соединений. Разберем процесс растворения осадков на следующих примерах.
1. Растворение карбоната кальция в кислоте. В насыщенном растворе карбоната кальция устшгавливается равновесие: С СО -'Са '+СО осадок раствор Если к раствору прилить сильную кислоту, то ионы водорода, соединяясь с ионами соли, приводят к образованию новых . соединений: Саа'+СО3 +2Н'-+Са" +НкО+СОа( Вследствие.Удалених СОаа -ионов из РаствоРа и выделениЯ СОа нарушается равновесие ме7кду молекулами и Саа+- и СОз а-ионами.
Часть молекул будет распадаться на ионы, чем вызывается нарушение динамического равновесия. Раствор становится ненасыщенным, а так как произведение растворимости СаСО --- величина постоянная, то осадок будет растворяться до насыщения раствора. При введении большого количества кислоты в раствор можно полностью растворить осадок. Удаление СОа вызывает ускорение растворения осадка, при этом происходит уменьшение концентрации СОН равновесие в системе нарушается в соответсгвии с законом действия масс.
2. Растворение тригидрокеида алюминия в кислоте. В насьпценном растворе устанавливается равновесие: Ч(ОН)а ~ А1" +ЗОН- осадок раствор С прибавлением азотной кислоты в раствор вводятся Н'- и )х(Оз-ионы; Н+-ионы образуют с ОН-ионами малодиссоциированные молекулы воды. Удаление ОН -ионов из раствора уменьшает количество ионов, требуемых для насыщенного раствора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
