Количественные характеристики процессов растворения

Способность твердого вещества переходить в раствор не беспредельна. Первые порции вещества при введении в растворитель полностью растворяются, и образуется ненасыщенный раствор. В нём возможно растворение следующих порций до тех пор, пока вещество не перестанет переходить в раствор, и часть его останется в виде осадка. Такой раствор называют насыщенным.

Между веществом в насыщенном растворе и веществом в осадке устанавливается состояние гетерогенного равновесия ( ∆ G_{растворения} = 0). Частицы растворенного вещества переходят через поверхность раздела из жидкой фазы (раствора) в твердую фазу (осадок) и обратно, поэтому состав насыщенного раствора остается постоянным при данной постоянной температуре.

Растворимостью называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества при данных условиях является содержание его в насыщенном растворе, что также принято называть растворимостью – С_Р, (выражается в граммах растворенного вещества на 100 г растворителя или в моль/л).

Раствор называется насыщенным, если он находится в равновесии с растворяемым веществом: ∆ G_{растворения} = 0.

В насыщенном растворе содержится предельное при данных условиях количество вещества, и концентрация раствора С С_р.

 

Ненасыщенный раствор содержит меньше вещества, чем это определяется его растворимостью: С < С_р , и для него ∆ G_{растворения} < 0.

 

Пересыщенный раствор содержит больше вещества, чем соответствует его растворимости, т.е. С > С_р, и для него ∆ G_{растворения} > 0.

 

По растворимости при T = const различают:

- хорошо растворимые вещества (образуют насыщенные растворы с концентрацией более 0, 1 моль/л);

- малорастворимые вещества (образуют насыщенные растворы с концентрацией 0, 1 – 0, 001 моль/л);

- практически нерастворимые вещества (образуют насыщенные растворы с концентрацией менее 0, 001 моль/л).

В насыщенных растворах малорастворимых сильных электролитов имеет место гетерогенное равновесие между твердой фазой – осадком малорастворимого вещества Kt_mAn_n(тв.) - и жидкой фазой – раствором, содержащим гидратированные ионы Ktⁿ⁺∙ aq и An^m-∙ aq растворенной части электролита:

Kt_mAn_n(ТВ.) + aq ⇄ mKtⁿ⁺∙ aq + nAn^m-∙ aq. (49)

Константа равновесия для данного процесса равна:

К_раств. = ,

где - равновесные концентрации ионов электролита в растворе, - равновесная концентрация твердого вещества в осадке, которая практически постоянна. Поэтому можно считать, что:

 

.

 

Если вещество малорастворимо, можно принять коэффициент активности ≈ 1 и в уравнении (50) использовать не активности участников реакции гетерогенного равновесия, а их равновесные концентрации.

Следовательно произведение концентраций (или активностей) ионов в степенях их стехиометрических коэффициентов есть величина постоянная для данной температуры, называемая произведением растворимости (ПР)

 

(при Т=const).

 

Значение ПР является критерием для разделения электролитов на хорошо и малорастворимые. Условный критерий хорошо растворимых электролитов - ПР ³ 10^-2 моль/л, малорастворимых электролитов - ПР< 10^-2 моль/л.

Произведения растворимости практически для всех малорастворимых веществ можно найти в справочной литературе. В таблицах 17 – 19 приведены значения ПР для малорастворимых кислот, оснований и солей соответственно.

Таблица 17

 

Произведения растворимости малорастворимых кислот при 298 K

 

Группа в П.С.Э.	Кислота	ПР		Группа в П.С.Э.	Кислота	ПР
III A	HAlO2	1, 0·10-13	IV B	H2TiO3	1, 0·10-29
IV A	H2GeO3	1, 1·10-11	H2TiO4	3, 6·10-17
H4GeO4	1, 5·10-11	H2ZrO3	3, 2·10-26
H2SnO2	4, 6·10-15	VI B	H2MoO4	5, 8·10-5
H2SnO3	1, 0·10-57	H2Mo2O7	1, 5·10-7
H2PbO2	1, 0·10-20	H2WO4	1, 2·10-6

 

Таблица 18

 

Произведения растворимости малорастворимых оснований при 298 K

 

 

Группа в П.С.Э.	Основание	ПР		Группа в П.С.Э.	Основание	ПР
I A	LiOH	4, 0·10-2	III B	Ac(OH)3	2, 1·10-19
NaOH	4, 0·10-2	Am(OH)3	2, 7·10-20
II A	Be(OH)2	1, 6·10-21	Am(OH)4	1, 1·10-56
Mg(OH)2	1, 8·10-11	Ce(OH)3	4, 5·10-25
Ca(OH)2	5, 5·10-6	Ce(OH)4	1, 6·10-56
Sr(OH)2	~10-6	Pu(OH)3	2, 0·10-20
Ba(OH)2	~10-6	Pu(OH)4	1, 0·10-52
III A	Al(OH)3(осн.)	1, 1·10-33	IV B	TiO(OH)2	1, 0·10-29
Al(OH)3(кисл.)	1, 0·10-13	Zr(OH)4	1, 1·10-54
Ga(OH)3	5, 0·10-37	Hf(OH)4	4, 0·10-26
In(OH)3	6, 3·10-34	V B	VO(OH)2	7, 4·10-23
Tl(OH)3	1, 4·10-53	VI B	Cr(OH)2	1, 0·10-17
IV A	Ge(OH)4	1, 1·10-57	Cr(OH)3	6, 3·10-31
Sn(OH)2	1, 4·10-27	W(OH)4	1, 0·10-50
Sn(OH)4	1, 0·10-57	VII B	Mn(OH)2	1, 6·10-13
Pb(OH)2	1, 0·10-20	Mn(OH)4	1, 0·10-56
V A	Sb(OH)3	4, 0·10-42	VIII B	Fe(OH)2	7, 9·10-16
Bi(OH)3	4, 8·10-31	Fe(OH)3	3, 7·10-40
BiOOH	4, 0·10-10	Co(OH)2	2, 0·10-16
I B	Cu(OH)2	2, 2·10-20	Co(OH)3	1, 0·10-43
AgOH	1, 6·10-8	Ni(OH)2	3, 2·10-16
AuOH	7, 9·10-20	Ni(OH)3	6, 3·10-18
Au(OH)3	8, 5·10-46	Ru(OH)3	1, 0·10-36
II B	Zn(OH)2	1, 3·10-17	Rh(OH)3	2, 0·10-18
Cd(OH)2	4, 0·10-15	Ir(OH)4	1, 6·10-72
Hg2(OH)2	1, 6·10-23	Pt(OH)2	1, 0·10-35
Hg(OH)2	3, 0·10-26	Pt(OH)4	1, 6·10-72
III B	Sc(OH)3	2, 0·10-30	Pd(OH)2	1, 0·10-31
Y(OH)3	1, 5·10-23	Pd(OH)4	6, 5·10-71
La(OH)3	2, 0·10-19

 

Таблица 19

Произведения растворимости малорастворимых солей при 298 K

 

Группа в П.С.Э.	Соль	ПР		Группа в П.С.Э.	Соль	ПР
I A	Li2CO3	4, 0·10-3	III A	AlPO4	5, 8·10-19
Li3PO4	3, 2·10-9	Tl3PO4	6, 7·10-8
NaIO4	3, 0·10-3	Tl2S	5, 0·10-21
KClO4	1, 1·10-2	Tl2SO3	6, 3·10-4
KIO4	8, 3·10-4	Tl2SO4	4, 0·10-3
K2SiF6	8, 7·10-7	IV A	GeS	3, 0·10-35
CsClO4	4, 0·10-3	SnI2	1, 0·10-4
CsIO4	4, 4·10-3	SnS	1, 0·10-25
II A	BeCO3	1, 0·10-3	PbCO3	7, 5·10-14
MgCO3	2, 1·10-5	PbCl2	1, 6·10-5
MgF2	6, 5·10-9	PbCrO4	1, 8·10-14
Mg3(PO4)2	1, 0·10-13	PbF2	2, 7·10-8
MgSO3	3, 0·10-3	PbI2	1, 1·10-9
CaCO3	4, 8·10-9	PbMoO4	4, 0·10-6
CaCrO4	7, 1·10-4	Pb3(PO4)2	7, 9·10-13
CaF2	4, 0·10-11	PbS	2, 5·10-27
Ca3(PO4)2	2, 0·10-29	PbSO4	1, 6·10-8
CaSO3	1, 3·10-8	V A	Sb2S3	1, 6·10-93
CaSO4	9, 1·10-6	BiI3	8, 1·10-19
SrCO3	1, 1·10-10	BiPO4	1, 3·10-23
SrCrO4	3, 6·10-5	Bi2S3	1, 0·10-97
SrF2	2, 5·10-9	I B	CuBr	5, 3·10-9
Sr3(PO4)2	1, 0·10-31	CuCO3	2, 5·10-10
SrSO3	4, 0·10-8	CuCl	1, 2·10-6
SrSO4	3, 2·10-7	CuCrO4	3, 6·10-6
SrMoO4	2, 0·10-4	CuI	1, 1·10-12
BaCO3	5, 1·10-9	CuS	6, 3·10-36
BaCrO4	1, 2·10-10	Cu2S	2, 5·10-48
BaF2	1, 1·10-6	AgBr	5, 3·10-13
Ba(NO3)2	4, 5·10-3	Ag2CO3	8, 2·10-12
Ba3(PO4)2	6, 0·10-39	AgCl	1, 8·10-10
BaSO3	8, 0·10-7	Ag2CrO4	1, 1·10-12
BaSO4	1, 1·10-10	AgI	8, 3·10-17
BaMoO4	4, 0·10-8	AgNO2	1, 6·10-4

 

I B	Ag3PO4	1, 3·10-20	IV B	Zr3(PO4)4	1, 0·10-132
Ag2S	6, 3·10-50	V B	(VO)3(PO4)2	8, 0·10-25
Ag2SO3	1, 5·10-14	VI B	CrPO4	1, 0·10-17
Ag2SO4	1, 6·10-5	VII B	MnCO3	1, 8·10-11
AuBr	5, 0·10-17	MnS	2, 5·10-10
AuBr3	4, 0·10-36	VIII B	FeCO3	3, 5·10-11
AuCl	2, 0·10-13	FePO4	1, 3·10-22
AuCl3	3, 2·10-25	FeS	5, 0·10-18
AuI	1, 6·10-23	CoCO3	1, 4·10-13
AuI3	1, 0·10-46	NiCO3	1, 3·10-7
II B	ZnCO3	1, 5·10-11	IrS2	1, 0·10-75
Zn3(PO4)2	9, 1·10-33	PtBr4	3, 0·10-11
ZnS	1, 6·10-24	PtCl4	8, 0·10-29
CdCO3	5, 2·10-12	PtS	8, 0·10-73
CdS	7, 9·10-27
HgS	1, 6·10-52
III B	La2S3	2, 0·10-13
La2(SO4)3	3, 0·10-5
Pu(IO3)4	5, 0·10-13

 

Растворимость вещества С_Р (моль/л) связана с П.Р. соотношением

 

С_Р= (табл.20). (52)

Таблица 20

Соотношение между растворимостью и ПР

 

Общая формула вещества	Частные формулы веществ	Формула пересчета
KtAn	AgCl, CaCO3, BaMnO4,
Kt2An RtAn2	Ag2CrO4, Ag2SO4, HgCl2
Kt3An KtAn3	Ag3PO4, Cu3BO3 Au(NO2)3
Kt2An3 Kt3An2	Zn2S3, Tl2(SO4)3, Ba3(PO4)2, Ca3(BO3)2

Растворимость некоторых кислот, оснований и солей в воде при 298 K приведена в табл.21.

Таблица 21

Растворимость некоторых кислот, оснований, и солей в воде при 298 K

 

	H+	(NH4)+	Na+	K+	Ba2+	Ca2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
F-	Р	Р	Р	Р	М	М	М	Р	Р
Cl-	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р
Br-	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р
I-	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р
(OH)-	Р	Р	Р	Р	Р	М	М	М	М
(NO3)-	Р	Р	Р	Р	М	Р	Р	Р	Р
S2-	Р	Р	Р	Р	Р	М	Р	-	-
(SO3)2-	-	-	Р	Р	М	М	М	-	-
(SO4)2-	Р	Р	Р	Р	М	М	Р	Р	Р
(PO4)3-	Р	Р	Р	Р	М	М	М	М	М
(SiO3)2-	М	-	Р	Р	М	М	М	М	М
(CO3)2-	Р	Р	Р	М	М	М	-	-	М
(CH3COO)-	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	М	Р

 

Продолжение табл. 20

Fe3+	Fe2+	Mn2+	Zn2+	Ag+	Hg22+	Hg2+	Cu2+	Pb2+	Bi3+	Sn2+
Р	М	М	М	Р	М	М	М	М	М	Р
Р	Р	Р	Р	М	М	Р	Р	М	-	Р
Р	Р	Р	Р	М	М	М	М	М	-	Р
-	Р	Р	Р	М	М	М	-	М	-	М
М	М	М	М	-	-	-	М	М	М	М
Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р	Р
-	М	М	М	М	М	М	М	М	М	М
-	М	М	М	М	М	М	М	М	М	М
Р	Р	Р	Р	М	М	Р	Р	М	Р	Р
М	М	М	М	М	М	М	М	М	М	М
М	М	М	М	М	-	-	М	М	-	М
М	М	М	М	М	М	М	М	М	М	-
Р	Р	Р	Р	Р	М	Р	Р	Р	Р	Р

 

Примечание: Абсолютно нерастворимых веществ в воде не существует. Поэтому в таблице указаны два индекса: “Р” - вещество растворимо в воде (П.Р.≥ 10^-2), “М” - вещество малорастворимо в воде (П.Р.< 10^-2). Знак “-” может означать, что вещество разлагается вследствие термической неустойчивости (H₂CO₃→ CO₂+H₂O; 2AgOH→ Ag₂O+H₂O) или в результате полного гидролиза (Al₂S₃+6H₂O→ 2Al(OH)₃+H₂S) и др.

Таким образом, зная ПР, можно рассчитать растворимость С_Р, и наоборот. Задача4.1.

Определите растворимость (С_Р) соли Са₃(РО₄)₂ в г/л, если справочная величина её ПР = 2∙ 10^-29 (при Т=298 К).

 

Решение.Уравнение гетерогенного равновесия для Са₃(РО₄)_{2 (тв)}

Са₃(РО₄)_2(тв) + aq ⇄ 3Ca²⁺_aq + 2PO₄^3-_aq.

 

;

 

молярная масса Са₃(РО₄)₂ М = 310 г/моль;

 

С_Р (в г/л) = 7, 13 ∙ 10^-7 ∙ 310 = 2, 2∙ 10^-4 г/л.

Ответ: С_р = 2, 2∙ 10^-4 г/л.

Задача 4.2.

Определите ПР соли Ag₂SO₄, если справочная величина С_Р = 7, 9 г/л (при Т= 298 К).

Решение. Молярная масса соли Ag₂SO₄ = 312 г/моль.

.

 

Ответ: ПР = 6, 25∙ 10^-4.

 

Задача 4.3.

Рассчитайте растворимость соединения BaF₂: 1) в воде; 2) в 0, 1 М растворе NaF, если ПР_(ВаF2) = 1, 1∙ 10^-6.

 

Решение. 1). Учитывая относительно малую величину П.Р. при отсутствии других ионов, в первом приближении можно считать активности ионов Ва²⁺ и F^- равными их концентрациям. Из уравнения диссоциации сильного электролита:

BaF_{2 (тв)} Ba²⁺ + 2 F^-

 

следует, что равновесные концентрации ионов в растворе равны:

 

[Ва²⁺] = С_Р и [F^- ] = 2 C_Р.

Тогда по определению .

 

Отсюда .

 

Ответ: в воде С_р = 6, 5∙ 10^-3 моль/л.

 

2) В насыщенном растворе малорастворимого электролита концентрации ионов, его составляющих, могут меняться только таким образом, чтобы произведение растворимости ПР = const (при Т=const).

Следовательно, при увеличении концентрации (активности) одного из ионов путем введения в раствор хорошо растворимой соли, содержащей данный ион, концентрация (активность) другого иона резко снизится. При этом растворимость (С_р) электролита в целом определяется концентрацией иона, присутствующем в меньшем количестве.

В нашем случае

активность ионов F^- в 0, 1 М растворе NaF: α _F- = g _F-∙ [F^-] = 0, 8∙ 10^-2; а активность ионов Ва²⁺: α _Ва2+ =g∙ [Ва²⁺] = ПР/(α _F-)² = 1, 1∙ 10^-6/(0, 8∙ 10^-2)² = 1, 1∙ 10^-6/6, 4∙ 10^-3 = 1, 7∙ 10^-4 моль/л.

Следовательно, растворимость малорастворимой соли уменьшается в присутствии хорошо растворимого электролита, содержащего общий ион с этой солью.

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. G. Переживание неодушевленной материи и неорганических процессов
2. Автоматизация деловых процессов
3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
4. Автоматизация строительных машин и технологических процессов в строительстве
5. Адаптация или разработка системы непрерывного контроля и улучшения процесса. Реинжиниринг процессов
6. АСР гидродинамических процессов
7. Большинство процессов при производстве пива протекает лучше или быстрее, если pH больше сдвигается в кислую область.
8. Взаимодействие процессов развития
9. Взаимосвязь структуры бизнес-процессов и организационной структуры
10. Виды технологических процессов
11. Возможные классификации психических процессов
12. Глава 1. Введение в реинжиниринг бизнес-процессов