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 CaCI2;
г) КNO3 и Nа2SО3; д) НNО3 и НС1; е) АgNО3 и NaC1.
69. Напишите молекулярные уравнения реакций:
а) (АlOН)2+ + Н+ → Al3++ Н2O
б) НСO3‾+ OН‾ → СO32‾+ Н2O
в) А1(ОН)3 + OН‾ → АlO2‾+ Н2O
г) Fе(ОН)2 + 2Н+ → Fе2+ + 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) АI3+, SO42‾, С1‾, Н+;
в) Fе3+, ОН‾, К+, NO3‾ ;г) К+, OН‾, Fе3+, 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 + SO42- = 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) Ва2+ + 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). Сu2+ + 2ОН‾ =Сu(ОН)2↓ в) Pb2++ 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: СаСО3 кр ↔ Ca2+р-р + СО32-р-р.
Константа равновесия этого процесса:
Крав. = [Ca2+] • [СО32-]
[СаСО3кр]
[СаСО3кр] является величиной постоянной, поэтому произведение двух констант можно обозначить как ПР.
ПР = Крав. • [СаСО3кр] = [Ca2+]нас • [СО32-]нас = Р2
Р (моль/л) -растворимость, численно равная молярной концентрации насыщенного раствора электролита, Р = См(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 αдис можно принять равной 1 (100%). Тогда, используя уравнение реакции, можно записать:
начальное состояние раствора Р 0 0
А2В3 = 2А+3 + 3В2-
равновесное состояние насыщенного раствора 0 2Р 3Р
Выражение для произведения растворимости имеет вид: ПР = [Аа+]2 • [Вв-]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.
Условием 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 AgCI добавить сильный электролит KCI,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+ + РО43-. Видно, что из 1 моля соли образуется 3 моля ионов Ag+ и 1 моль ионов Р043-, поэтому [Р043-] = P, a [Ag+] = 3Р. Отсюда находим ПР:
ПР = [Ag+]3 • [РО43-] = (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 + С2О42-
Обозначив концентрацию соли в насыщенном растворе через Р, тогда [Са2+]= Р и [С2О42-] = Р .
ПР(СаС2О4) = [Са2+] [С2О42-] = 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 С2О42-составит (0,1 + Р'). Поскольку Р'<<0,1, то величиной Р' по сравнению с 0,1М можно пренебречь и считать, что [С2О42-] = 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 SO42- 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 [SО42-] вдвое уменьшатся по сравнению с исходной.
CaCI2 + Na2SO4 = CaSO4 + 2NaCI
нач . конц. 0,01 0,01
CaCI2 = Ca+2 + 2CI- , Na2SO4 = 2Na+ + SO42-
0 0,010,02 0 0,02 0,01
После разбавления [Са2+] = [SО42-] = 0,005 = 5 • 10-3 моль/л.
Находим произведение концентраций ионов ПК = [Са2+] [SО42-] = (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.