Равновесия в растворах малорастворимых соединений. Растворимость и произведение растворимости.

УГАЭС

Кафедра Общей химии

 

Аналитическая химия

(методы химического анализа)

 

Уфа 2011

 

УДК 371.385.54

 

Составители: к.х.н., доцент О.Г.Горлевских

Методические указания: «Аналитическая химия. Методы химического анализа».- Уфа, УГАЭС 2011. 24 с.

 

 

Предназначены для студентов заочной формы обучения всех специальностей.

 

 

Рецензент:

 

 

Методические указания для студентов заочной формы обучения

 

Ó Издательский центр УГАЭС 2011

Аналитическая химия - наука о методах изучения химического состава вещества. Аналитическая химия включает качественный и количественный анализ. Качественный анализ позволяет оп­ределять и идентифицировать состав вещества. Количествен­ный анализ - определять содержание различных ком­понентов в анализируемой системе.

В качественном и количественном анализе используют хими­ческие, физические и физико-химические методы исследования. Химические методы анализа основаны на способности веществ вступать в химические взаимодействия. Физические методы основаны на измерении ка­ких-либо физических параметров веществ. Физико-химические методы основаны на наблюдении за изменением физических свойств веществ, которые происходят в результате химической реакции.

В качественном анализе для обнаружения ионов и молекул используют химические и физико-химические методы.

При количественных определениях применяются хи­мические методы (титриметрический и гравиметрический), фи­зические и физико-химические (атомная и молекулярная абсорбцион­ная спектроскопия, эмиссионный спектральный анализ, флуориметрия, поляриметрия, рефрактометрия, кондуктометрия, потенциометрия; полярография, кулонометрия, хроматография и т.д.). Несмотря на преимущества, которые имеют физические и физико-химические методы по сравнению с химическими методами количественного ана­лиза, последний широко используются в практике научно-исследова­тельских и заводских лабораторий. Это объясняется простотой методики эксперимента и сочетанием правиль­ности и воспроизводимости результатов анализа.

В настоящем пособии основное внимание уделено химическим методам количественного анализа, имеющим наибольшее значение для работников пищевых предприятий.

Пособие состоит из трех разделов:

1) равновесия в растворах труднорастворимых соединений;

2) гравиметрический анализ;

3) титриметрический анализ.

В начале каждого раздела кратко изложена теория, даны при­меры решения задач. В конце каждого раздела приведены контроль­ные вопросы и задачи для выполнения контрольной работы. Варианты контрольных работ и справочные таблицы помещены в конце пособия.

К О Н Т P О Л Ь Н Ы Е ВОПРОСЫ

1. Каким образом произведение растворимости труднорастворимого
соединения связано с его растворимостью?

2. Условия выпадения осадков.

3. Как рассчитать концентрацию иона-осадителя с помощью ПР?

4. Условия растворения труднорастворимых соединений.

 

 

ЗАДАЧИ

Для выполнения контрольной работы

В задачах 1-10 рассчитать ПР по данным о растворимости веществ:

1. В 500 мл насыщенного раствора содержится 9, 5 •10 ^-4 г AgCl.

2. Из 2 л насыщенного раствора после выпаривания получено 1, 976 г CaSO₄.

3. Растворимость СаСО₃ равна 0, 0062 г/л.

4. Растворимость Fe(0H)₃ равна 2 •10^-8 г/л.

5. Растворимость AgCl равна 2, 57 г/л.

6. Насыщенный раствор содержит 3, 84 мг PbS0₄ в 100 см³.

7. В 2л насыщенного раствора содержится 0, 124 г СаСОз.
8. Для насыщения 200 см³ воды потребуется 0, 57 мг BaCrO₄.

9.Растворимость CaC₂O₄ равна4, 8•10 ^-5 моль/л.

10. Растворимость Аg_зРО₄ равна 1, 96 • 10 ^-3 г/л.

11. На основании ПР рассчитать, сколько граммов BaCrO₄ содержится

в 500 см³ насыщенного раствора этой соли.

12.Вычислить растворимость Mg(ОH)₂ в г/л, если ПР(Мn(ОН)₂)=6•10 ^-10 .

13.ПР(Аg₂С₂О₄) = 1, 1•10^-12. Вычислить растворимость этой
соли в моль/л.

14.По произведению растворимости РbJ₂,; равному 1, 1•10-⁹, вычислить растворимость этой соли в моль/л.

15.Во сколько раз растворимость AgCl в растворе NaCl кон­центрацией 0, 01 моль/л меньше по сравнению c его растворимостью в воде?

16. Вычислить растворимость CaC₂O₄ в растворе NH₄C₂O₄ концентрации 0, 01 моль/л.

17. Вычислить растворимость СаСО₃ в растворе NаСО₃ кон­
центрации 0, 001 моль/л.

18. Вычислить растворимость CuS в растворе Na₂S концентра­
ции 0, 1 моль/л.

19. Вычислить растворимость AgBr в растворе NaBr концентра­
ции 0, 01 моль/л.

20. По произведению растворимости Cul, равному 1, 1•10^-12,
вычислить растворимость этой соли в г/л.

21. При каком значении рН начнется выпадение осадка Sr(OH)₂
из 0, 1 М раствора SrCl₂ при добавлении раствора NaOH?

22. Вычислить концентрацию ионов магния в растворе, если
после осаждения его в виде Mg(ОH)₂ рН раствора равно 10.

23. При каком значении рН начнется выпадение осадка Zn(ОН)₂
из 0, 001 М раствора Zn(N0₃)₂ при добавлении раствора КОН?

24. При каких значениях рН и какой из осадков - AgOH или
Mg(ОH)₂ - будет выпадать первым при постепенном прибавлении КОН
к смеси, содержащей 0, 1 моль/л AgNO₃ и 0, 001 моль/л Mg(NO₃)₂?

25. При каких значениях рН и какой из осадков Ca(ОН)₂
или Ba(ОН)₂ будет выпадать первым при постепенном прибавлении
раствора гидроксида натрия к смеси, содержащей 0, 01 моль/л CaCl₂
и 0, 1 моль/л BaCl₂ ?

26. Определите рН и очередность выпадения осадков - Zn(ОН)₂
и Fe(0H)₃ - при постепенном прибавлении раствора щелочи к смеси,
содержащей 0, 01 моль/л ZnSО₄ и 0, 1 моль/л FeSО₄?

27. Определите рН начала осаждения и очередность выпадения
осадков - Ni(ОH)₂ и Zn(ОH)₂ при постепенном прибавлении раствора
КОН к смеси, содержащей 0, 01 моль/л Ni Zn и 0, 001 моль/л Zn Cl₂ ?

28. При каких значениях рН и какой из осадков Ca(ОН)₂
или Sr(ОН)₂ будет выпадать первым при постепенном прибавлении раствора КОН к смеси, содержащей 0, 1 моль/л Ca(NО₃)₂
и 0, 01 моль/л Ca(NО₃)₂?

Гравиметрический анализ.

В практике химических лабораторий обычно пользуются методиками, в которых приведены готовые формулы для расчетов результата анализа. В эти формулы входит постоянный множитель, называемый фактором пересчета F (аналитическим фактором); он служит для вычисления содержания какого-либо компонента в анализируемой пробе, если известна масса весовой формы этого компонента.

В гравиметрическом (весовом) анализе окончательный результат взвешиванием того или иного химического соединения, в состав которого входит нужный нам компонент. Это химическое соединение называют весовой формой компонента. Например, при гравиметрическом определении кальция, если его осаждают в виде оксалата, весовой формой является оксид кальция, образующий­ся при прокаливании осадка:

CaC₂O₄•H₂O → СаО + СО₂ + СО+ H₂O.

В таком случае фактор пересчета оксида кальция на кальций определяется по формуле:

F = М(Са)/М(СаО)=40, 08/56, 08 - 0, 7147.

В общем случае фактор пересчета " F" вычисляют по формуле:

F=х М(А) / у М(В), где М(А) и М(В) - молярные массы определя­емого компонента и весовой формы соответственно; х, у- стехиометрический коэффициент.

Например, при определении содержания магния по массе осадка Mg₂ Р₂ О₇ F=2 M(Mg) / M(Mg₂P₂O₇)=2•24, 31/226, 6 = 0, 2184;

В этом примере х=2; у=1, так как одна молекула Mg₂P₂O₇ содержит два атома магния.

Примеры решения типовых задач.

Пример 1. Какой должна быть навеска чугуна с массовой долей 2% для ее гравиметрического определения ввиде сульфата бария, чтобы при анализе можно было получить 0, 5 г осадка?

Решение. Находим фактор пересчета:

F=M(S) / M(BaS0₄) = 32 / 233, 4 =0, 1373.

Умножив фактор пересчета на массу весовой формы (масса осадка), получим массу серы; 0, 5•0, 1337=0, 0687 г. Затем вычис­ляем необходимую массу чугуна для анализа, учитывая массовую до­лю серы: (0, 0687•100) / 2 =3, 435 г.

Пример 2. Вычислить объем раствора серной кислоты с массо­вой долей 4 %, необходимой для осаждения бария из навески 0, 3025 г BaCl₂ •2H₂0.

Решение. Записываем уравнение реакции осаждения сульфат бария:

ВaСl₂ + H₂SO₄ → BaS0₄ + 2НСl;

Определяем массу кислоты, необходимую для осаждения 0, 3021 BaCl₂ • 2H₂0.

по пропорции:

244г ВaСl₂ •2H₂0 - 98 г H₂SO₄

0, 3025 г ВaСl₂ •2H₂0 - х г H₂SO₄

_{------------------------------------------------------------------------------------- _________________}х = (0, 3025-98) / 244 =0, 1215 (г);

Учитывая массовую концентрацию раствора кислоты, получаем: (0, 1225•100) / 4=3, 04 г или 3, 04 см³ раствора, т.к. плотность раствора с малой концентрацией кислоты близка к 1 г/см³. На практике берут 50% избытка осадителя, т.е. в 1, 5 раза больше.

Пример 3. Рассчитать объем осадителя в виде 0, 05 М раствора Na₂ HPO₄ для осаждения магния в виде MgNH₄P0₄ из 100 см³ 0, 02М paствора MgCl₂ с использованием избытка осадителя до 120%.

Решение. Записываем уравнение реакции осаждения:

MgCl₂ + Na₂НPQ₄ + NH₄OH → MgNH₄PO₄ + 2NaCl + H₂O

Из уравнения видно, на 1 моль MgCl₂ расходуется 1 моль Na₂НPQ₄. Вычисляем количество MgCl₂ в растворе: 0, 02•100=0, 002 моль. Находим объем раствора Nа₂HP0₄, в котором содержится 0, 002 моль этой соли:

V - 0, 002 / 0, 05 = 0, 04 дм³ = 40 см³. С учетом 120% избытка получаем окончательный результат:

V=40•120 /100 = 48 см³.

Пример 4. Для промывания осадка сульфата бария массой 0, 5 использовали 250 мл волы. Вычислить массовую долю потерь осадка за счет промывания.

Решение. Допустим, что при промывании образуется насыщенный раствор ВаSO₄. Вычисляем растворимость осадка, исходя из ПР. Принимаем, что [Ва²⁺]=[SO^2-₄] = = 1, 5•10^-5 моль/л, тогда масса осадка, растворившегося в 250 см³ (0, 25 дм³) промывной воды, составит: m=1, 05•10^-5 •0, 25•233, 4=0, 0006г (здесь 233, 4- мольная масса ВаSO₄ , г/моль ).

Массовая доля потерь осадка составит:

W=(m_потери / m_осадка) •100%=0, 006•100/0, 5=0, 12%.

Пример 11. Рассчитать фактор пересчета «F» весовой формы Al₂ O₃ на Al.

Решение. Находим отношение молярных (атомных) масс определяемого компонента в весовой форме, получаемой в результате анализа. Оно равно:

F=2М(Al)/ М(Al₂ O₃)=(2•27)/102=0, 5197, где М(Al) и М(Al₂ O₃) -

соответствующие молярные массы.

Пример 12. При гравиметрическом определении свинца из 2, 0 г олова получено 0, 6048 г PbSQ₄. Вычислить массовую долю свинца в сплаве.

Решение. Рассчитаем фактор пересчета F(PbS0₄) на РЬ:

F = 208 / 304 = 0, 6842.

Определим содержание свинца в 0, 6048 г PbS0₄:

m(Pb) - 0, 6048-0, 6842 - 0, 4138 г.

Определим массовую долю свинца в навеске:

W = 0, 4138•100 / 2, 00 - 20, 69%.

Пример 13. Рассчитать массовую долю карбонатов кальция и магния в известняке, если навеска его 0, 9866 г. В результате анализаполучено 0, 3755 г СаО и 0, 4105 г Mg₂P₂О₇.

Решение. Вычислим фактор пересчета СаО на СаCO₃:

F = М(CaCO₃) / М(СaO)= 100/56 =1, 7847.

Находим массу CaCO₃, умножая F на СаО:

1, 7847•0, 3755 =0, 6701 Г.

Определяем массовую долю СаСОз в известняке:

W(СаСОз) = 0, 6701•100 / 0, 9866 = 67, 94%.

Аналогично вычисляем массовую долю MgСОз, используя фактор пересчета Mg₂P₂О₇ на MgСОз, массу осадка дифосфата (пирофосфата) магния и навеску известняка, взятую для анализа:

W(MgСОз) =(2•84, 03•0, 4105•100)/(224, 06•0, 9866)=31, 48%

где: 84, 03 и 224, 06 - молярные массы MgСОз и Mg₂P₂О₇ - соответственног/моль; коэффициент, 2- уравнивающий соотношение по магнию для этих двух веществ.

Пример 14. Вычислить число молекул воды в кристаллогидрате ацетата свинца при гравиметрическом анализе, если из его навески 0, 3243 г получено 0, 2593 сульфата свинца.

Решение. Обозначим молярную массу кристаллогидрата РЬ(СН₃ СOO)₂•хH₂O через М(х). Запишем значения молекулярных масс ацетата свинца, сульфата свинца и воды:

М[РЬ(СН₃ СOO)₂]=325 г/моль; М (РЬSO₄)=303, 2 г/моль;

М(H₂O)=18 г/моль.

Составим пропорцию и вычислим М(х):

0, 2593 г - 0, 3243 г 303, 2 г

303, 2г - М(х)

М(х) = (302, 2-0, 3243) / 0, 2593=379 г/моль.

Так как М(х) = М[РЬ(СНзСО0)₂] + х•М(Н₂0), находим " х":

х = (379 - 325) /18 = 3.

Таким образом, формула кристаллогидрата - РЬ(СНзСОО)₂•ЗН₂О.
Пример 15. Для гравиметрического определения хлорида в ка­
менной соли пробу в 100 мг растворили в 100 см³ раствора. Расс­
читать, какое количество 0, 1 М раствора AgNО₃ следует добавить к
раствору, чтобы потери вследствие неполноты осаждения хлорида
серебра не превысили 0, 001%. Солевой эффект не учитывать.

Решение. Допустим, что соль состоит полностью из NaCl. Оп­ределим, сколько миллимолей хлорида натрия содержится в пробе:

n(NaCl) = m(NaCl)/M(NaCl) = 100 мг/(58, 44 мг/моль) =1, 7 ммоль.

 

Потери хлорида не должны превышать 0, 001 %, т.е.: n(NaCl) = 1, 7 ммоль-10^-3 % / 100% = 1, 7•10^-5 ммоль.

Определим эквивалентное количество осадителя AgNO₃:

n(NaCl) = n(AgNО₃) = C(AgNО₃) •V(AgNО₃), отсюда

V(AgN0₃) = n(NaCl)/C(AgN0₃)=1, 7ммоль/(0, 1 ммоль/см³)=17см^э .

Таким образом, после добавления эквивалентного количества осадителя общий объем составил: V=100 см³ + 17 см³= 117 см³.

Допустим, что при добавлении избыточного количества осадителя объем раствора практически не изменится. Тогда максимальное значение концентрации хлорид-иона в растворе не превысит значения: С(Cl^-)= n(NaCl)_потери / V= 1, 7•10^-5 ммоль/117 см³ =1, 410^-5 ммоль/см³ .

Исходя из значения ПР (AgCl)=1, 78•10^-10, находим концентрацию иона серебра в растворе:

C(Ag⁺) =ПP(AgCl) / [Сl^-] =1, 78•10^-10 / 1, 4•10^-7 =

1, 3•10^-3 ммоль/см³.

Находим избыточное количество раствора нитрата серебра из соотношения: C(Ag NО₃) •V(AgNО₃) =C(Ag⁺)•V, отсюда V(AgNО₃)_изб = (1, 3•10^-3 ммоль/см³ •117см³)/(0, 1ммоль/см³)=1, 5 см³

Находим общее количество осадителя:

V = 17 см³ + 1, 5 см³ =18, 5 см³.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое осаждаемая форма? Какие основные требования
предъявляются к осаждаемой форме?

2. Что такое практически полное осаждение? Какие потери
осадка допустимы в количественном анализе?

3. В виде какого соединения - ВаСОз, BaC₂O₄ иди BaS0₄ - болee целесообразно осаждать ионы бария с целью количественного
гравиметрического определения?

4. Каким требованиям должна удовлетворять гравиметрическая
форма осадка?

5. Каким осадителем - раствором NaOH или NH₄OH - более
предпочтительно осаждать гидроксиды железа и алюминия и почему?

6. Как влияет соотношение скоростей агрегации и ориентации
на форму и структуру осадка?

7. Какие процессы происходят при созревании кристаллическо­го осадка?

8. Охарактеризуйте условия осаждения кристаллического осад­ка.

9. Охарактеризуйте адсорбционные свойства аморфных осадков.

10. Что такое коагуляция, пептизация? Какие условия обеспечивают получение хорошо фильтруемого аморфного осадка?

11. Каким требованиям должны удовлетворять реакции, используемые в гравиметрическом анализе?

12. Адсорбция, ее причины. Сравнительная оценка адсорбционных свойств кристаллических и аморфных осадков.

13. Какие факторы влияют на количество адсорбированных примесей в осадке?

14. Как проводится очистка от адсорбированных примесей?

15. Чем руководствуются при выборе промывных жидкостей для промывания осадков в гравиметрическом анализе?

ЗАДАЧИ

Титриметрический анализ.

Титриметрический анализ объединяет группу методов количест­венного химического анализа, основанных на процессе титрования, т.е. измерения количества реагента, необходимого для взаимодейс­твия с определяемым компонентом в растворе. Раствор с точно из­вестной концентрацией реагента (титрант) постепенно прибавляют к раствору определяемого вещества, контролируя объем вводимого титранта.

Титриметрические методы классифицируют по типу протекающих при титровании реакций: кислотно-основное титрование, окисли­тельно-восстановительное титрование, комплексометрическое титро­вание (реакции комплексообразования), осадительное титрование.

Кислотно-основное титрование. Вычисление эквивалентной массы

Для вычисления эквивалентной массы соединения, участвующего в кислотно-основной реакции, рассчитывают, какая масса данного вещества соответствует одному молю атомов водорода (эквиваленту водорода).

Пример 1. Вычислить эквивалентную массу HNO₃ при взаимо­действии с КОН.

Решение. Записываем уравнение реакции:

HNO₃+ КОН —> К NO₃ + Н₂0

Из уравнения следует, что одному молю атомов водорода соот­ветствует один моль азотной кислоты; следовательно, эквивалент­ная масса HNO₃ численно равна ее молярной массе, т.е.

Эм(HNO₃) =63 г/моль.

Пример 2. Вычислить эквивалентные массы H₂SO₄ и Н₃РО₄ в реакциях:

Н₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2Н₂О (1)

Н₃РО₄ + 2NaOH —> Na₂HP0₄ + 2Н₂0 (2)

Решение. В реакциях многоосновных кислот могут участвовать все ионы водорода (реакция 1) или только часть их (реакция 2). В данных случаях эквивалентная масса H₂SO₄ и НзРО₄ составляет по­ловину молярной массы соответствующей кислоты:

Э_м (H₂SO₄)=М(1/2 H₂SO₄)=98, 08/2=49, 04 г/моль;

Э_м (НзРО₄)=М(1/2 НзРО₄)=95/2=47, 5 г/моль.

 

Расчет результатов анализа.

Наиболее рациональный способ расчета состоит в вычислении количества определяемого вещества (n) с последующим пересчетом в массу (m) или массовую долю (W, %).

Пример 8. Вычислить массу серной кислоты в растворе, если на нейтрализацию требуется 200, 00 см³ раствора NaOH; T(NaOH)=0, 004616 г/см³ .

Решение. Вычисляем концентрацию NaOH:

С(NaOH)= T(NaOH)•1000 / Э_м(NaOH) = 0, 004616•1000 / 40 =

= 0, 1154 моль/л.

m(H₂SO₄) = C(Na0H)-V(Na0H)- Э_м(H₂SO₄) / 1000 = 49, 0•0, 1153•20, 0 / 1000 = 0, 1132 г.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Сущность титриметрического анализа.

2. Закон эквивалентов.

3. Способы выражения концентрации в титриметрическом анализе.

4. Способы приготовления титрованных (стандартных) растворов.

5. Классификация методов титриметрического анализа.

6. Методы титрования.

7. Расчеты в титриметрическом анализе.

А ДАЧИ

УГАЭС

Кафедра Общей химии

 

Аналитическая химия

(методы химического анализа)

 

Уфа 2011

 

УДК 371.385.54

 

Составители: к.х.н., доцент О.Г.Горлевских

Методические указания: «Аналитическая химия. Методы химического анализа».- Уфа, УГАЭС 2011. 24 с.

 

 

Предназначены для студентов заочной формы обучения всех специальностей.

 

 

Рецензент:

 

 

Методические указания для студентов заочной формы обучения

 

Ó Издательский центр УГАЭС 2011

Аналитическая химия - наука о методах изучения химического состава вещества. Аналитическая химия включает качественный и количественный анализ. Качественный анализ позволяет оп­ределять и идентифицировать состав вещества. Количествен­ный анализ - определять содержание различных ком­понентов в анализируемой системе.

В качественном и количественном анализе используют хими­ческие, физические и физико-химические методы исследования. Химические методы анализа основаны на способности веществ вступать в химические взаимодействия. Физические методы основаны на измерении ка­ких-либо физических параметров веществ. Физико-химические методы основаны на наблюдении за изменением физических свойств веществ, которые происходят в результате химической реакции.

В качественном анализе для обнаружения ионов и молекул используют химические и физико-химические методы.

При количественных определениях применяются хи­мические методы (титриметрический и гравиметрический), фи­зические и физико-химические (атомная и молекулярная абсорбцион­ная спектроскопия, эмиссионный спектральный анализ, флуориметрия, поляриметрия, рефрактометрия, кондуктометрия, потенциометрия; полярография, кулонометрия, хроматография и т.д.). Несмотря на преимущества, которые имеют физические и физико-химические методы по сравнению с химическими методами количественного ана­лиза, последний широко используются в практике научно-исследова­тельских и заводских лабораторий. Это объясняется простотой методики эксперимента и сочетанием правиль­ности и воспроизводимости результатов анализа.

В настоящем пособии основное внимание уделено химическим методам количественного анализа, имеющим наибольшее значение для работников пищевых предприятий.

Пособие состоит из трех разделов:

1) равновесия в растворах труднорастворимых соединений;

2) гравиметрический анализ;

3) титриметрический анализ.

В начале каждого раздела кратко изложена теория, даны при­меры решения задач. В конце каждого раздела приведены контроль­ные вопросы и задачи для выполнения контрольной работы. Варианты контрольных работ и справочные таблицы помещены в конце пособия.

Равновесия в растворах малорастворимых соединений. Растворимость и произведение растворимости.

Ионные равновесия, связанные с образованием осадков, явля­ются обратимыми, подчиняются закону действующих масс и характеризуются константой равновесия, которую принято называть произведением растворимости (ПР). Произведение растворимости - посто­янная величина. Она равна произведению активностей ионов в насы­щенном растворе малорастворимого электролита.

Например, при образовании осадка хлорида серебра имеет место равновесие, которое описывается уравнением:

AgCl «Аg⁺ + Сl^-

Для приближенных раcчетов произведение растворимости AgCl можно записать в виде следующего выражения:

ПР(AgCl)=[Ag⁺] +[Cl^-],

так как молярные концентрации ионов в данном случае мало отлича­ются от их активностей. Таким образом, для любой труднораствори­мой соли М_p A_q можно записать в общем виде:

ПР (М_pА_q) =[M]^p + [A]^q

По опытным данным о растворимости труднорастворимых элект­ролитов рассчитывают их произведение растворимости или на осно­вании табличных данных о произведении растворимости решают об­ратную задачу. При этом необходимо, помнить, что растворимость вещества может быть выражена в любых единицах измерения, а ПР рассчитывается только по концентрациям, выраженным в моль/дм³ или в моль/л.

Все вычисления, связанные с образованием и растворением осадков, выполняют по следующей схеме:

- составляют уравнения диссоциации электролитов;

- составляют ионные уравнения образования осадков;

- записывают выражение ПР в соответствии с ионным уравнени­-
ем, описывающим образование осадка и находят значение ПР по таб­-
лице;

- вычисляют значения равновесных концентраций ионов по за­-
данным концентрациям сильных электролитов или с учетом К_дис. для
слабых электролитов;

- сопоставляя заданные концентрации и условия задачи, составляют алгебраическое уравнение, по которому определяют искомую величину.

Пример1. Вычислить ПР (BaSO₄), если его растворимость равна 2, 33 мг/л.

Решение: Для вычисления ПР (BaS0₄)= [Ва²⁺]•[SO ] необходимо рассчитать концентрацию BaS0₄ в моль/л. Для этого нужно весовое колическтво соли BaSQ₄, равное 2, 33 мг, выразить в молях, для чего данное его весовое количество надо разделить на мольную массусульфата бария, т.е. 233, 4 г/мол:

0, 00233г: 233, 4 г/моль=10^-5 моль.

Поскольку концентрация соли BaS0₄ очень мала, то соль в растворе диссоциирована полностью и тогда концентрация ионов Ba²⁺ и S0 будет равна 10^-5 моль/л. Соответственно, произведение
растворимости

ПР(BaSO )= [Ва²⁺]•[SO ]= 10^-5 • 10^-5 = 10^-10.

 

Пример 2. Вычислить растворимость СаСО₃ в граммах на 100 г насыщенного раствора, если ПР(СаСОз) =1, 7•10 ^-8.

Решение: Записываем уравнение образования осадка:

Сa²⁺ + CO = CaCO₃

Согласно уравнению [Сa ²⁺]•[ CO ]= В насыщенном растворе СаСОз равновесные концентрации Са²⁺ и CO равны; обозначим эту концентрацию " х", т.е. [Сa ²⁺]•[ CO ] =х. Тогда

[Сa ²⁺]•[ CO ]=1, 7•10 ^-8 = х², откуда

х= = 1, 3•10^-4моль/л.

Следовательно, и концентрация СаСОз в насыщенном растворе равна 1, 3•10^-4 моль/л. Растворимость " а" СаСОз в г получим, умножив мольную концентрацию на молекулярную массу соли:

а=1, 3•10^-4•100=1, 3•10^-2 г/л, или 1, 3•10^-4 /10=1, 3•10^-3 г/100см³ .

Принимая плотность очень разбавленного раствора равной 1 г/см³, получим, что растворимость СаСОз равна 1, 3•10^-4г на 100 г раствора.

Радение данной задачи носит приближенный характер.

 

Условия образования и растворения осадков.

Следствием из определения произведения растворимости является вывод, что осадок выпадает из перенасыщенного раствора, т.е

когда произведение концентраций ионов выше ПР, взятых из справочных таблиц. Если произведение концентраций ионов - меньше ПР, то осадок не выпадает, и при внесении в такой раствор кристалликов твердой фазы этого вещества будет наблюдаться растворение твердого вещества.

Пример 3. Может ли образовываться осадок Mg(OH)₂ , если смешать равные объёмы 0, 5М раствора MgCl₂ и 0, 1М раствора NH₄ OH?

Решение: За счет увеличения объёма при сливании растворов вдвое следует учитывать уменьшение начальных концентраций также вдвое, т.е. концентрация раствора MgCl₂ станет равной 0, 5М: 2 – 0, 25М/л, а концентрация NH₄ OH - равной 0, 1М: 2 – 0, 05 М/л.

Уравнения записываются в следующем виде:

Mg⁺² + 2OH^- « Mg(OH)₂

ПР(Mg(OH)₂)=[ Mg⁺²] •[ OH^-]² .

Для ответа на вопрос, выпадает ли в осадок Mg(OH)₂ , нужно знать концентрацию ионов Mg⁺² и OH^- . Концентрацию ионов магния принимаем равной 0, 25 моль/л, учитывая, что хлорид магния является сильным электролитом и диссоциирует полностью.

Для вычисления концентрации ионов OH^- используют выражение константы диссоциации:

NH₄ OH« NH₄ ⁺ + OH^-

К=[ NH₄ ⁺]•[ OH^-]/[ NH₄ OH]=1, 8•10^-5

Принимаем равновесные концентрации [ NH₄ ⁺]=[ OH^-]=х и

[ NH₄ OH]=0, 05-х. Тогда х² / (0, 05-х)= 1, 8•10^-5 .

Решим уравнение в упрощенном виде, т.е. примем, что 0, 05-х=0, 05М/л. Теперь находим значение «х»:

х = = 9, 5•10^-4моль/л.

Используя значения концентраций [ Mg⁺²] =0, 25 моль/л и [ OH^-]= 9, 5•10^-4моль/л для вычисления произведения начальных концентраций по выражению для ПР, получим:

[ Mg⁺²] •[ OH^-]² =0, 25•(9, 5•10^-4)² =2, 25•10^-7 .

Полученную величину сравниваем с табличным значением ПР(Mg(OH)₂)= 5, 2•10^-12 . Очевидно, что рассчитанное произведение концентраций превышает табличное значение ПР(Mg(OH)₂), следовательно, раствор пересыщен, и осадок должен выпадать.

Пример 4. При каком значении рН начнется выпадение осадка Fe(OH)₂ из 0, 1 М раствора FeSO₄ при добавлении раствора NaOH?

Решение: Образование осадка описывается уравнением:

Fe²⁺ + 2OH^- « Fe(OH)₂ ,

для которого выполняется условие

ПР(Fe (OH)₂)=[ Fe ²⁺] •[ OH^-]² =1, 1•10^-15.

Принимая, что соль FeSO₄, как сильный электролит, в раство­ре диссоциирует полностью, равновесная концентрация ионов [Fe²⁺]=0, 1 моль/л.Исходя из выражения ПP(Fe(OH)₂) получаем: 10^-1]•[ОН^-]²= 1, 1•10^-15; [ОН^-]= =10^-7 моль/л.

Учитывая, что рН=-lg [Н⁺], а [H⁺]•ОH^-]=10^-14, найдем, что концентрация ионов водорода равна 10^-14/10^-7моль/л и рН соответственно равно -lg•10^-7=7

Таким образом, при pH=7 начинается выпадение осадка Fe(OH)₂ из 0, 1 М раствора FeSO₄ при добавлении NaOH.

12Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Анализ макроэкономического равновесия в условиях Беларуси
2. Билет Рыночное равновесие, равновесная цена и последствия нарушения равновесия. Эластичность спроса и предложения. Виды (формы) эластичности. Коэффициент эластичности
3. Буферная система крови. Алкалос, ацедос, резервная щёлочность крови. Роль лёгких и почек в поддержании кислотно-щелочного равновесия крови.
4. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ (КОПИРОВАНИЕ)
5. Воспроизведение культурной системы изнутри
6. Воспроизведение события в действии
7. Выразительное чтение слов Фильки, обращенных к коню (в чтении передать злость мальчика, его грубость). Каким можно назвать поступок Фильки? (Назвать автора и произведение)
8. Глазьев С. Формирование условий макроэкономического равновесия// Пробл. теории и практики управл. - 2011. - N 6. - С.8-18.
9. Декартово произведение множеств
10. Десенсибилизация (восстановление психического равновесия)
11. Дифференциальное уравнение равновесия жидкости.
12. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости