1.5. Гетерогенное равновесие

Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.

Теоретическое пояснение: в насыщенном растворе малорастворимого электролита KtAn устанавливается химическое равновесие: KtAn_(тв)  Kt⁺_(р-р) + An^_(р-р), которое количественно характеризуется при постоянной температуре константой гетерогенного равновесия, называемой произведением растворимости (ПР): ПР(KtAn) = [Kt⁺]^.[An^].

Произведение [Kt⁺]^.[An^] называют ионным произведением и обозначают ИП(KtAn).

В насыщенном растворе электролита ПР(KtAn) = ИП(KtAn), в ненасыщен-ном − ПР(KtAn) > ИП(KtAn), в пересыщенном: ПР(KtAn) < ИП(KtAn).

Концентрация электролита Х в насыщенном растворе называется раствори-мостью (s(X) в моль/л): ,где L(X)  растворимость электролита в г/л. Связь между растворимостью и произведением растворимости электролита Kt_nAn_m в общем виде выражается формулой .

32

Например, для Са₃(РО₄)₃

Лабораторная работа Ислледование гетерогенных равновесий на реакциях ионного обмена

Задачи работы: изучить гетерогенное равновесие на примерах реакций ионного обмена.

Оборудование и реактивы: пробирки, растворы серной кислоты, аммиака, щелочи (NaOHилиKOH), солей (Na₂SO₄,NH₄Cl), твердые соли (хлорид аммония, ацетат натрия), лакмусовая бумага.

Опыт 1. Образование осадка сульфата бария

Выполнение работы: в 2 пробирки налить по 5  6 капель растворов H₂SO₄ и Na₂SO₄. Добавить в каждую из них по несколько капель раствора BaCl₂. Что наблюдается? Написать ионно-молекулярные уравнения реакций и выражение для произведения растворимости образовавшейся соли.

Опыт 2. Выделение газа

Выполнение работы: к 5  6 каплям раствора NH₄Cl добавить такой же объём раствора NaOH или KOH. Содержимое пробирки нагреть и поднести к её отверстию влажную лакмусовую бумажку. Наблюдать, что происходит. Написать ионно-молекулярные уравнения реакций.

Опыт 3. Образование осадка гидроксида магния

Выполнение работы: в 2 пробирки налить по 5  6 капель раствора аммиака и добавить в одну из них около 0,1 г твёрдого NH₄Cl. Прибавить к обоим растворам по 3  4 капли раствора MgCl₂. Наблюдать, что происходит. Написать выражение для произведения растворимости гидроксида магния, уравнение реакции и объяснить результаты обоих опытов.

Опыт 4. Влияние температуры

Выполнение работы: в две пробирки налить по 2 мл раствора ZnCl₂. Определить реакцию среды с помощью универсального индикатора. В раствор одной из пробирок опустить кусочек цинка и нагреть. Сравнить окраску раствора с цинком с исходной. Как изменилась окраска индикатора? Почему? Какой газ выделяется? Какова роль нагревания? Написать уравнения реакций.

Примеры решения задач

Пример 1. В 1 л воды растворяется 2,88^.10^6 г AgI. Вычислите ПР(AgI).

Дано: V(H2O) = 1 л m(AgI) = 2,88.106г. ПР(AgI) = ?

Решение: AgI (тв) Ag+(р-р) + I(р-р) ПР(AgI) = [Ag+].[I] [Ag+] = [I] = C(AgI) =

1. V(p-pa)  V(H₂O) = 1 л, M(AgI) = 235 г/моль

33

2) C(AgI) = = 1,225^.10^8 (моль/л)

3) ПР(AgI) = (1,225^.10^8)² = 1,5^.10^16.

Ответ: 1,5^.10^16

Пример 2. Образуется ли осадок Fe(OH)₃ в растворе, содержащем 1,5^.10^3 моль/л FeCl₃ и 5^.10^5 моль/л NaOH? ПР(Fe(OH)₃) = 3,8^.10^38.

Дано: C(FeCl3)= 1,5.103моль/л C(NaOH) = 5.105 моль/л ПP(Fe(OH)3) = 3,8.1038 ИП ПР  ?

Решение: Fe(OH)3(тв)  Fe3+(р-р) + 3 OH(р-р) ПP(Fe(OH)3) = [Fe3+].[OH]3 [Fe3+] = C(FeCl3) = 1,5.103 моль/л [OH] = C(NaOH) = 5.105 моль/л ИП(Fe(OH)3) = [Fe3+].[OH]3 = 1,5.103.(5.105)3 = 1,9.106

4) ИП >> ПР, следовательно, осадок образуется.

Ответ: осадок образуется.

Пример 3. При какой концентрации ионов Al³⁺ будет образовываться осадок

Al(OH)₃ из раствора с рН = 6? ПР(Al(OH)₃) = 5,1^.10^33.

Дано: pH = 6 ПР(Al(OH)3) = 5,1.1033 [Al3+] = ?

Решение: Al(OH)3(тв) Al3+(р-р) + 3 OH(р-р) [OH] = ;

1. [H⁺] = 10^pH = 10^6 (моль/л);

2. [OH^] = 10^14/10^6 = 10^8 (моль/л);

3. [Al³⁺] = = 5,1^.10^9 (моль/л).

Ответ: 5,1^.10^9 моль/л.

Пример 4. В растворе содержатся ионы кальция, свинца и стронция с концентрацией 1^.10⁻³ моль/л. В этот раствор по каплям внесли раствор сульфата натрия до концентрации этой соли до 1^.10⁻³ моль/л. На основе расчетов докажите возможность выпадения солей в осадок и их последовательность осаждения. ПР[CaSO₄] = 2,4^.10⁻⁵; ПР[PbSO₄] = 1,3^.10⁻⁸; ПР[SrSO₄] = 7,6^.10⁻⁷.

Решение: Me²⁺ + SO₄²⁻ = MeSO₄

1) ИП[CaSO₄] = [Me²⁺]^.[ SO₄²⁻] = 1^.10^{−3 .} 1^.10⁻³ =1^.10⁻⁶ < ПР[CaSO₄] = 2,4^.10⁻⁵, осадок CaSO₄ не образуется;

2) ИП[PbSO₄] = [Me²⁺]^.[ SO₄²⁻] = 1^.10^{−3 .} 1^.10⁻³ =1^.10⁻⁶ > ПР[PbSO₄] = 1,3^.10⁻⁸, осадок PbSO₄ образуется;

3) ИП[SrSO₄] = [Me²⁺]^.[ SO₄²⁻] = 1^.10^{−3 .} 1^.10⁻³ =1^.10⁻⁶ > ПР[SrSO₄] = 7,6^.10⁻⁷, осадок SrSO₄ образуется.

4) В первую очередь выпадает PbSO₄, т.к. у неё ПР наименьшая.

34