Гетерогенные реакции в растворах электролитов

При растворении твердого сильного малорастворимого электролита устанавливается равновесие Са₃(РО₄)₂ ↓↔ 3Са ²⁺ + 2PO₄ ^3-. Применяя закон действующих масс для данного равновесного состояния, выразим константу растворимости К_S (произведение растворимости (ПР)):

ПР = [Са ²⁺ ] ³[PO₄ ^3- ]² / [Са₃(РО₄)₂ ] .

Величина [Са₃(РО₄)₂ ] = const, и ПР(Са₃(РО₄)₂)= [Са ²⁺ ] ³[PO₄ ^3- ]² .

Вышеназванный раствор характеризуются следующим соотношением ПР и концентрацией ионов:

для насыщенного раствора - [Са ²⁺ ] ³[PO₄ ^3- ]² =ПР

для ненасыщенного - [Са ²⁺ ] ³[PO₄ ^3- ]² < ПР

для пересыщенного - [Са ²⁺ ] ³[PO₄ ^3- ]² > ПР.

Чем меньше ПР, тем ниже растворимость электролита.

Условия образования осадка: стехиометрическое произведение концентраций ионов сильного электролита должно быть больше ПР:

[Са ²⁺ ] ³[PO₄ ^3- ]² > ПР.

Условия растворения осадка: осадок малорастворимого сильного электролита растворится, если создать условия, когда стехиометрическое произведение концентраций ионов сильного электролита меньше ПР:

[Са ²⁺ ] ³[PO₄ ^3- ]² < ПР.

Последовательность осаждения ионов: если к раствору, содержащему смесь ионов, осаждаемых одним и тем же реагентом, добавить этот реагент, то образование осадков идет поочередно, начиная с электролита, имеющего наименьшее ПР.

Примеры решения задач

Пример 1.

Вычислить произведение растворимости AgJ, если растворимость этой соли при 25ºС равны 2,865∙10^-6 г/л.

Решение:

AgJ↔Ag⁺ +J^-

ПР(AgJ)=[Ag⁺][J^-]

Выражаем растворимость в молях на литр

M(AgJ)=235 г/моль

S(AgJ)= 2,865∙10 ^–6 г/л /235 г/моль =1,22∙10^-8 моль/л

[AgJ]=[Ag⁺]=[J^-]=1,22∙10^-8 моль/л

ПР(AgJ)=[Ag+][J-]=1,22∙10^-8∙1,22∙10^-8=1,5∙10^-16

Ответ:ПР(AgJ)=1,5∙10^-16

Пример 2.

Какие процессы будут происходить в растворе, содержащем ионы Cl^-, Br^-, J^- при добавлении к нему катиона Ag⁺, если ПР(АgJ) = 8,3∙10^-17, ПР(AgBr) = 5∙10^-13, ПР(AgCl)=1,8∙10^-10 ?

Решение:

В растворе будут последовательно образовываться осадки:

т.к. ПР(AgJ)<ПР(AgBr)<ПР(AgCl), то первым выпадет осадок Ag⁺ +J^-→AgJ↓, затем Ag⁺ +Br^-→AgBr↓ и последним Ag⁺ +Cl^-→AgCl↓

Ответ: конкуренцию за общей ион выигрывает тот ион, который более прочно связывается ионом осадителя (имеет меньшее значение ПР).

Задачи для самостоятельного решения

1. Вычислить растворимость сульфата бария, если произведение растворимости равно 1,1∙10^-10.

2. Рассчитать растворимость карбоната кальция, находящуюся в его насыщенном растворе объемом 2,5 л. ПР(CaCO₃) = 3,8·10^-9.

3. Вычислить растворимость фторида кальция в воде (в г/л), если произведение растворимости его равно 3,9∙10^-11.

4. В растворе содержатся ионы Ca²⁺ и Sr²⁺. Что произойдет, если к раствору добавить сульфат-ионы? (ПР(SrSO₄)=3,2∙10^-7, ПР(CaSO₄)==2,5∙10^-5). Как называется это явление и какова его биологическая роль?

5. Растворимость Mg(OH)₂ в воде при некоторой температуре равна 1,8∙10^-4 моль/л. Вычислить ПР(Mg(OH)₂).

6. В какой последовательности будут осаждаться сульфат- и хромат-ионы одинаковой концентрации при добавлении ионов Pb²⁺?

ПР(PbSO₄) =1,6∙10^-8, ПР(PbCrO₄)=1,8∙10^-14.

7. Образуются ли осадок при смешивании насыщенного раствора CaSO₄ c равным объемом SrCl₂ с концентрацией 0,001 моль/л? ПР(CaSO₄)=2,5∙10^-5, ПР(SrSO₄)=3,2∙10^-7

8. Вычислить массу серебра, содержащегося в виде ионов в насыщенном водном растворе AgCN объемом 500 мл. ПР(AgCN)=1.4∙10^-16.

9. Смешали 100 мл 2% раствора K₂S (ρ=1,02 г/мл) и 150 мл 5% раствора Pb(NO₃)₂ (ρ=1.04 г/мл). Выпадет ли осадок? ПР(PbS)=2.5∙10^-27.

10. Произведение растворимости MgSO₄ при 25ºC равно 2∙10^-15. Образуется ли осадок MgS при смешении равных объемов 0,004 н раствора Mg(NO₃)₂ и 0,0006 н раствора Na₂S?