Опорный конспект №8. Тема: «Произведение растворимости»

Равновесие в насыщенном растворе вещества над его осадком описывается правилом произведения растворимости:

В насыщенном растворе малорастворимого электролита произведение концентраций ионов является постоянной величиной.

(Сокращенно произведение растворимости принято обозначать ПР, Кsо или К^os)

Рассмотрим гетерогенное равновесие ОСАДОК ↔ РАСТВОР:

K_nA_m ↔ nK^m+ + mA^n-, ПР = [ K^m+ ] ⁿ [ A^n- ] ^m (1)

(твердое) (насыщенный раствор)

Пример 1. Найти произведение растворимости фторида кальция, если известно, что насыщенный водный раствор при 25^оС содержит 0,0168 г/л растворенного вещества.

Решение:

СaF₂ (тв.) ↔ Ca²⁺ (водн.) + 2F^- (водн.);

ПР = [Ca²⁺] [ F^-] ²; М(СaF₂) =78 г/моль;

Рассчитаем молярные концентрации соли и ионов в насыщенном водном растворе:

СaF₂ = 0,0168/78 = 2,15^.10^-4 моль/л, [Ca²⁺] = 2,15^.10^-4моль/л, [ F^-] = 4,30 ^.10^-4 моль/л, тогда ПР = 2,15^.10^-4 (4,30^.10^-4)² = 4,0 10^-11 моль³/л³

Растворимость вещества (S) связана с произведением растворимости

соотношением: S = ^{n +m}√ПР/nⁿ m^m (2)

Пример 2. Вычислить растворимость ортофосфата серебра, если ПР = 1,3× 10^-20.

Решение:

Ag₃PO₄ ↔ 3 Ag⁺ + PO₄^3-,

S 3S S

ПР = [ Ag⁺]³ [PO₄^3- ] = 27 S⁴, S = ⁴√1,3 10^-20/27 = 4,7 10^-6 моль/л

Условие образования осадка малорастворимого вещества:

(K^m+) ⁿ (A^n-)^m > ПР (3)

(в скобках даны текущие концентрации ионов)

 

Пример 3. Образуется ли осадок при сливании равных объемов 0,02 М растворов хлорида натрия и нитрата таллия? ПР(TlCl) =1,7 10^-4.

Решение:

При сливании растворов происходит их разбавление вдвое. Следовательно, в конечном растворе концентрации будут составлять:

NaCl → Na⁺ + Cl^-, [ Cl^- ] = 0,02/2 = 0,01 моль/л,

TlNO₃ → Tl⁺ + NO₃^-, [ Tl⁺ ] = 0,02/2 = 0,01 моль/л

(Tl⁺) (Cl^-) = 0,01^. 0,01 = 10^-4 < ПР, следовательно, осадок не образуется.

 

Эффект общего иона:

При добавлении одного из ионов в равновесную систему наблюдается смещение равновесия реакции (1) в сторону образования осадка.

Следствие 1. Растворимость любого электролита в растворе, содержащем общий с данным электролитом ион, меньше, чем в воде.

Следствие 2. Степень диссоциации слабых электролитов понижается при наличии в растворе общего иона.

Пример 4. Во сколько раз растворимость сульфата бария в 0,01 М растворе хлорида бария меньше, чем в воде? ПР (Ва SО₄) = 1,1^.10^-10.

Решение:

Рассчитаем растворимость сульфата бария в воде: из уравнения (2) ПР (Ва SО₄) = S²,

S = √ 1,1.10^-10 = 1,05^.10^-5 моль/л.

Пусть растворимость сульфата бария в растворе хлорида бария равна У моль/л, тогда [SO₄^2-] = У моль/л, а [Ва²⁺] =У +0,01 моль/л. Подставим эти значения в (1):

ПР (Ва SО₄) = [Ва²⁺][SO₄^2-]; (У + 0,01) ^.У ~ 1,1^. 10^-10. Растворимость сульфата бария в воде около 10^-5 моль/л, а в растворе хлорида бария еще ниже, поэтому значением У в скобках можно пренебречь:

0,01 У = = 1,1^. 10^-10, У = 1,1^. 10^-8 моль/л.

S/У = 1,05^.10^-5/ 1,1^.10^-8 ~ 1000, таким образом, в растворе хлорида бария растворимость меньше, чем в воде в 1000 раз.

 

Фракционное или дробное осаждение

Осаждение ионов из смеси происходит в той последовательности, в какой достигается произведение растворимости малорастворимых электролитов, образующихся при действии реактива-осадителя.

Если раствор содержит два иона, способные осаждаться при добавлении осадителя, то оба осадка одновременно будут выпадать только при условии, что концентрации ионов относятся между собой как произведения растворимости образующихся осадков. В противном случае в осадок выпадет только одно, наименее растворимое, вещество.

(Kⁿ⁺)¹ / (Kⁿ⁺)¹¹ = ПР (K¹_mA_n) / ПР (K¹¹_mA_n) (4)

 

Пример 5. При каком соотношении концентраций ионов Sr²⁺ и Ва²⁺ их сульфаты будут осаждаться одновременно? ПР (SrSО₄) = 3,6.10^-7, ПР (ВаSО₄) = 10^-10

Решение:

В соответствии с уравнением (4) (Sr²⁺) / (Ва²⁺) = ПР (SrSО₄) / ПР (ВаSО₄);

3,6.10^-7 / 10^-10 = 3600

 

Условие растворения осадка

Для растворения какого-либо осадка необходимо связать один из посылаемых им в раствор ионов другим ионом, который образовывал бы с ним малодиссоциирующее соединение.

Пример 6. Почему гидроксид магния растворим в хлориде аммония?

Решение:

Осадок гидроксида магния находится в равновесии с ионами в растворе:

Mg(OH)₂ ↔ Mg²⁺ + 2OH^-.

Хлорид аммония диссоциирует в водном растворе: NH⁴Cl ↔ Cl^- + NH₄⁺ .

В результате аммоний-катион связывает гидроксид-ион в малодиссоциирующее соединение.

Контролируемые задания

Вопросы для обсуждения

1.1. При каких условиях осадки

-выпадают,

-растворяются,

находятся в равновесии с насыщенным раствором?

1.2. Как связаны между собой произведение растворимости и растворимость для бинарных трех-, четырех- и пятиионных труднорастворимых электролитов?

1.3. Как влияет на растворимость вещества введение в его насыщенный раствор одноименного иона?

1.4. В каких случаях происходит растворение осадков с образованием комплексных соединений?