Растворимость. Произведение растворимости

ЗАДАЧИ

60. Составьте молекулярные и сокращенные ионно-молекулярные уравнения реакций:

а) Nа₂S + ZnС1₂ → г) К₂СO₃ + СаСI₂ →

б) ВаС1₂ + Nа₂SO₄ → д) Nа₂СO₃ + ВаС1₂ →

в) Рb(NO₃)₂ + 2NaI → е) FeCI₂ + KOH →

61. Составьте молекулярные и сокращенные ионно-молекулярные уравнения реакций:

а) FeS + НСl → б) Са(ОН)₂ + NН₄С1 →

в) NaC1 + Н₂SO₄(к) → г) Na₂CO₃ + HNO₃ →

62. Составьте молекулярные и сокращенные ионно-молекулярные уравнения реакций:

а) соляная кислота + нитратсеребра;

б) хлорид бария + серная кислота.

63. Составьте молекулярные и сокращенные ионно-молекулярные уравнения реакций:

в) гидроксид натрия + хлорид аммония;

г) карбонат натрия + гидроксид кальция;

д) гидроксид железа (III) + азотная кислота.

64. Составьте молекулярные уравнения реакций по данным ионно – молекулярным уравнениям:

а) А1(ОН)₃ + ЗН⁺ → Al³⁺ + 3Н₂О

б) Са²⁺ + СO₃²‾ → СаСО₃↓

в) Fе³⁺ + ЗОН‾ → Fе(ОН)₃↓

65. Напишите ионные уравнения реакций, протекающих с образованием малодиссоциирующих соединений:

а) СН₃СООNа + Н₂SО₄ →... б) NaCN + Н₂SO₄ →...

в) Nа₂СО₃ + Н₂SO₄ →... г) FeS + Н₂SO₄ →...

66. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций нейтрализации:

а) Аl(ОН)₃ + НС1 →... 6) Са(ОН)₂ + Н₃РО₄ →...

в) КОН + Н₂SO₄ →... р) Сu(ОН)₂ + НNО₃ →...
д) NН₄ОН + НС1 →... е) Ва(ОН)₂ + Н₂S →...

67. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций образования средних солей из основных и кислых:

а) А1(ОН)₂С1 + НNО₃ →... б) (МgОН)₂SO₄ + Н₂SO₄ →...
в) СгОНСI₂ + НС1 →... г) КНСО₃ + Са(ОН)₂ →...
д) Са(Н₂РO₄)₂ + Са(ОН)₂ →... е) NaНS + NaOH →...

68. Выберите необратимые реакции и для них напишите молекулярные и ионно- молекулярные уравнения:

а) Сu(NО₃)₂ и KОН; б) ВаС1₂ и Nа₂SО₄; в) NaNO₃ и CaCI_2;

г) КNO₃ и Nа₂SО₃; д) НNО₃ и НС1; е) АgNО₃ и NaC1.

69. Напишите молекулярные уравнения реакций:

а) (АlOН)^{2 +} + Н ⁺ → Al^{3 +} + Н₂O

б) НСO₃ ‾ + OН ‾ → СO₃² ‾ + Н₂O

в) А1(ОН)₃ + OН ‾ → АlO₂ ‾ + Н₂O

г) Fе(ОН)₂ + 2Н ⁺ → Fе^{2 +} + 2Н₂O

Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

70. Объясните с помощью ионных уравнений, что произойдет при смешении ионов в растворе:

а) Na+, SO₄² ‾, SО₃² ‾, Н ⁺; б) АI^{3 +}, SO₄² ‾, С1 ‾, Н ⁺;

в) Fе^{3 +}, ОН ‾, К ⁺, NO₃ ‾; г) К ⁺, OН ‾, Fе^{3 +}, Cl ‾;

71. Приведите примеры трех реакций, которые можно выразить одним ионным уравнением:

СН₃СОO ‾ + Н ⁺ → СН₃СООН

72. Приведите примеры трех реакций, которые можно выразить одним ионным уравнением:

Ba⁺² + SO₄^2- = BaSO₄ ↓

73. Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно следующие вещества:

а) Мg(ОН)₂ и НNО₃; б) А1(ОН)₃ и КОН; в) Н₂SO₄ и NaOH?

Ответ подтвердите уравнениями реакций. Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

74. Напишите молекулярные уравнения реакций:

а) Аg ⁺ + Вг ‾ = AgBr 6) Ва^{2 +} + SО₄² ‾ = BaSO₄

в) 3H ⁺ + РО₄³ ‾ = Н₃РO₄ г) 2Н ⁺ + SО₃² ‾ = H ₂O + SО₂ .

Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

75. Напишите молекулярные и сокращенные уравнения реакций, протекающих при смешении растворов:

а) серной кислоты и гидроксида кальция;

б) гидроксида магния и соляной кислоты;

в) гидроксида цинка и гидроксида калия.

Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

76. Напишите сокращенные ионные уравнения реакций:

а) Рb(NО₃)₂ +KI→; б) NiС1₂+Н₂S→; в) К₂СО₃+НС1→;

г) СuSО₄+NaOH→; д) СаСО₃+НС1→; е) Nа₂SО₃+Н₂SО₄→.

77. Напишите сокращенные ионно-молекулярные уравнения реакций. Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

а) Nа₂S+Н₂SО₄; б) FeS+HC1; г) NH₄ С1+Са(ОН)_2;, д) NаОС1+НNОз.

78. Напишите в молекулярной и сокращенной ионной форме уравнения реакций нейтрализации:

а) НС1+Ва(ОН)₂; б) HF + KOH; в) Fе(ОН)₃+ HNО₃;

г) СН₃СООН+NН₄ОН; д) НNО₂ + NH₄ ОН; е) Н₂S +NН₄ОН.

Для слабых электролитов выпишите соответствующие константы.

79. Составьте в молекулярной форме уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:

a). NO₂ ‾ +Н ⁺ = НNO₂ б). Сu^{2 +} + 2ОН ‾ = Сu(ОН)₂↓ в) Pb^{2 +} + 2I ‾ = РbI₂↓

Растворение труднорастворимого электролита (ТРЭ) в заданном количестве растворителя происходит до состояния насыщения.В насыщенном растворе электролит находится в динамическом равновесии с твердой фазой. Растворимость электролита определяет концентрацию ионов в насыщенном растворе электролита, а значит его электропроводность. Чем меньше растворимость ТРЭ, тем он слабее.

При растворении электролита, например, соли, в раствор переходят не молекулы, а ионы. В этом случае в насыщенном растворе равновесие устанавливается между ионами соли в кристаллической фазе и ионами, перешедшими в раствор: СаСО_{3 кр} ↔ Ca²⁺_р-р + СО₃^2-_р-р.

Константа равновесия этого процесса:

К_рав. = [Ca²⁺] • [СО₃^2-]

[СаСО_3кр]

[СаСО_3кр] является величиной постоянной, поэтому произведение двух констант можно обозначить как ПР.

ПР = К_рав. • [СаСО_3кр] = [Ca²⁺]_нас • [СО₃^2-]_нас = Р ²

Р (моль/л) -растворимость, численно равная молярной концентрации насыщенного раствора электролита, Р = С_м(нас); ПР - произведение растворимости труднорастворимого электролита (ТРЭ). ПР рассчитывается как произведение молярных концентраций ионов (ПК) ТРЭ в насыщенном растворе в степенях равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении диссоциации. ПР является величиной постоянной при данной температуре. Значения ПР для всех известных ТРЭ помещены в справочник.

Рассмотрим насыщенный раствор ТРЭ типа А₂В₃ Обозначим концентрацию насыщенного раствора электролита через Р (моль/л). Поскольку вещество малорастворимое, то степень диссоциации α_дис можно принять равной 1 (100%). Тогда, используя уравнение реакции, можно записать:

начальное состояние раствора Р 0 0

А₂В₃ = 2А⁺³ + 3В^2-

равновесное состояние насыщенного раствора 0 2Р 3Р

Выражение для произведения растворимости имеет вид: ПР = [А^а+]² • [В^в-]³ = [2Р]² • [3Р]³ = 108 Р⁵.

Значения ПР используются в общей химии, аналитической химии, гидрохимии, химии океана, экологии и др., т. к. позволяют количественно оценить:

- условия образования и растворения осадков;

- рассчитать растворимость труднорастворимого электролита;

- рассчитать молярную концентрацию ионов электролита в насыщенном растворе.

У словием образования осадка является превышение произведения концентраций ионов (ПК) малорастворимого электролита над его произведением растворимости, т.е. ПК > ПР.

При увеличении концентрации одного из ионов ТРЭ в его насыщенном растворе (например, путем введения хорошо растворимого электролита, содержащего тот же ион) произведение концентраций ионов электролита (ПК) становится больше ПР. При этом равновесие между твердой фазой и раствором смещается в сторону образования осадка. Например, если в насыщенный раствор Ag CI добавить сильный электролит K CI, то появление в растворе одноименного иона (CI ^-) приводит к смещению равновесия в сторону образования осадка (←). Когда установится новое равновесие, то произведение концентраций (ПК) ионов электролита вновь становится равным ПР, но при этом в растворе появится осадок. В состоянии нового равновесия концентрация ионов Ag⁺ будет меньше, а концентрация ионов CI^- больш е, чем было до добавления KCI.

AgCI↓ <=> Ag⁺ + CI^- + КCI <=> K⁺ + CI^-.

По принципу Ле Шаталье, если [CI^-] ↑, то смещение равновесие произойдет в сторону образования осадка <----.

Напротив, если в насыщенном растворе электролита уменьшить концентрацию одного из ионов (например, связав его каким-либо другим ионом), произведение концентраций ионов будет меньше значения ПР, раствор станет ненасыщенным, и равновесие между раствором и осадком сместится в сторону растворения осадка (→).

. Сu(OH)₂↓ <=> Cu⁺² + 2OH^- + HCI <=> H⁺ + CI^-

При добавлении HCI происходит реакция H⁺ + OH^- <=> H₂O, при этом [OH^-] ↓, смещение равновесия происходит в сторону продуктов диссоциации основания -------à.

Условием растворения осадка малорастворимого электролита является недонасыщение раствора, когда произведение концентраций его ионов меньше значения ПР, т.е. ПК < ПР.

Пример 1. Рассчитайте значение ПР для ортофосфата серебра, если в 1 л насыщенного раствора содержится 0,0065 г соли.

Решение. Растворимость Аg₃РО₄ или молярная концентрация соли в насыщенном растворе, равна:

т (Аg₃РО₄) 0.0065
Р = ——————————— = —————— = l,6 •l0^-5 моль/л

М (Аg₃РО₄) • V(у) 418,58 • 1

Диссоциации фосфата серебра идет по уравнению: Аg₃РО₄ = 3Ag⁺ + РО₄^3-. Видно, что из 1 моля соли образуется 3 моля ионов Ag⁺ и 1 моль ионов Р0₄^3-, поэтому [Р0₄^3-] = P, a [Ag⁺] = 3Р. Отсюда находим ПР:

ПР = [Ag⁺]³ • [РО₄^3-] = (3Р)³ • Р = (4,8 •10^-5) ³ •l,6•10^-5 = 1,77 •10^-18.

Пример 2. Произведение растворимости йодида свинца при 20°С равно 8 •10^-9. Вычислите растворимость соли и содержание соли в г/л при указанной температуре.

Решение. Если искомая растворимость соли равна Р, тогда в насыщенном растворе РbI₂ концентрации ионов равны: [ Рb²⁺] = P,

[I^-] = 2Р моль/ л. РbI₂ = Рb⁺² + 2 I^-. Отсюда ПР(РbI₂) = [Рb²⁺] [I^-]² = Р(2Р)² = 4 Р³

Р = ( ПР(РbI₂)/4)^1/3 = (8 • 10^-9/ 4)^1/3 = 1,3 10^-3 моль/л.

Молярная масса РbI₂ равна 461 г/моль, поэтому растворимость РbI₂, выраженная в г/л, составит 1,3 10^-3 моль/ л • 461 г/ моль = 0,6 г/л.

Пример 3. Во сколько раз растворимость оксалата кальция СаС₂О₄ в 0,1 М растворе оксалата аммония (NH₄)₂С₂О₄ меньше, чем в воде. ПР(СаС₂О₄)= 2 10^-9.

Решение. Вычислим сначала растворимость оксалата кальция в воде. Запишем уравнение диссоциации соли:

СаС₂О₄ = Са⁺² + С₂О₄^2-

Обозначив концентрацию соли в насыщенном растворе через Р, тогда [Са²⁺]= Р и [С₂О₄^2-] = Р.

ПР(СаС₂О₄) = [Са²⁺] [С₂О₄^2-] = Р² = 2 10^-9.

Р = (ПР(СаС₂О₄))^1/2 = (2 10^-9 )^1/2 = 4,5 • 10^-5 моль/л.

Теперь найдем растворимость той же соли в 0,1 М раствора (NH₄)₂С₂О₄; обозначив ее через Р '. Концентрация ионов Са²⁺ в насыщенном растворе тоже будет равна Р', а концентрация ионов С₂О₄^2-составит (0,1 + Р'). Поскольку Р '<< 0,1, то величиной Р' по сравнению с 0,1М можно пренебречь и считать, что [С₂О₄^2-] = 0,1 моль/л. Тогда можно записать:

ПР(СаС₂О₄) = 2 •10^-9 = Р' • 0,1 и Р' = 2 • 10^-9/ 0,1 = 2 • 10^-8 моль/л.

Таким образом, в присутствии (NH₄)₂С₂О₄ растворимость СаС₂О₄ уменьшилась в 4,5•10^-5 / ( 2•10^-8) раз, т. е. приблизительно в 2200 раз.

Пример 4. Смешаны равные объемы 0,01 М. растворов хлорида кальция и сульфата натрия. Образуется ли осадок сульфата кальция?

Решение. Найдем произведение концентраций ионов Са²⁺ и SO₄^2- и сравним его с произведением растворимости сульфата кальция. Исходные молярные концентрации растворов CaCl₂ и Na₂S0₄ одинаковы и равны 0,01 моль/л. Поскольку при смешении исходных растворов общий объем раствора вдвое возрастет, то концентрации ионов [Са²⁺] и [SО₄^2-] вдвое уменьшатся по сравнению с исходной.

CaCI₂ + Na₂SO₄ = CaSO₄ + 2NaCI

нач. конц. 0,01 0,01

CaCI₂ = Ca⁺² + 2CI^- , Na₂SO₄ = 2Na⁺ + SO₄^2-

0 0,01 0,02 0 0,02 0,01

После разбавления [Са²⁺] = [SО₄^2-] = 0,005 = 5 • 10^-3 моль/л.

Находим произведение концентраций ионов ПК = [Са²⁺] [SО₄^2-] = (5 • 10^-3)² = 2,5 • 10 ^-5.

ПР(CaSO₄) = 1,3•10^-4. Найденное значение произведения концентрации ионов меньше этой величины; следовательно, раствор будет ненасыщенным относительно сульфата кальция, и осадок не образуется.

Для решения задач на ПР, ПК, растворимость можно воспользоваться таблицей, приведенной ниже.

Известные параметры электролита в растворе	Искомые характеристики раствора ТРЭ в зависимости от типа электролита
АВ [óА+В]	А2В [ó2А+В ] (АВ2)	А3В [ó3А+В ] (AB3)	А2В3[ó2А+3В] (A3B2)
См моль/л	Р	Р	Р	Р
См (А), моль/л	Р	2 Р	3 Р	2 Р
См (В), моль/л	Р	Р	Р	3 Р
Масса эл-та, г/л	М(АВ) Р	М(А2В) Р	М(А3В) Р	М(А2В3) Р
Масса (А)эл-та, г/л	М(А) Р	2М(А) Р	3М(А) Р	2М(А) Р
Масса (В), г/л	М(В) Р	М(В) Р	М(В) Р	3М(В) Р
ПР электролита	Из справочника	Из справочника	Из справочника	Из справочника
ПР электролита (расч)	Р^2	4Р^3	27Р^4	108Р^5
Р = СМ (нас), моль/л	(ПР)^1/2	(ПР/4)^1/3	(ПР/27)^1/4	(ПР/108)^1/5

Дата добавления: 2015-03-31