Лабораторная работа №11 Гетерогенное равновесие в растворах электролитах. Произведение растворимости

Цель работы: Изучение процессов осаждения и растворения малорастворимых соединений.

Для каждого опыта написать уравнения протекающих химических реакций в молекулярном и ионном виде.

Опыт 1. Влияние природы среды на растворимость малорастворимых соединений.

Даны растворы: (молярная концентрация 1 моль/л)

Соединения

BaCl2

CaCl2

Na2SO4

H2SO4

Молярная конц-ии 1 1 1 1

С(Х),(моль/л)

ПР(BaSO₄) = 10^-10; ПР(CaSO₄) = 2,5×10^-10

1. Поместить в одну пробирку 0,2 раствора BaCl₂, в другую CaCl₂. В обе пробирки добавьте равный объем раствора Na₂SO₄. В какой пробирке выпал осадок? Если осадок во второй пробирке не выпадает, потрите стеклянной палочкой о стенки пробирки до появления мути. После образования первых кристаллов осадок выпадает быстро.

2. К растворам BaCl₂ и CaCl₂ объемами 0,5 мл добавьте равные объемы раствора серной кислоты. В какой пробирке выпал осадок? Потрите стеклянной палочкой, погруженной в раствор CaSO₄, о стенки пробирки. Сравните скорость выпадения осадка и его количество с тем, что наблюдалось в опыте 1.1. Содержимое пробирок сохраните для следующего опыта.

3. Во вторую пробирку опыта 1.2 добавьте равный объем этилового спирта. Что наблюдается? Опыт объяснить.

Опыт 2. Влияние температуры на растворимость малорастворимых соединений

Растворы:

Соединение

Pb(NO3)2

KI

CH3COOH

Молярная конц. 0,1 0,1 2

С(Х), (моль/л)

ПР(PbI₂) = 1,3 ×10^-8 при 20⁰С; ПР(PbI₂) = 1,1×10^-6 при 80⁰С.

1. В пробирке с мерными делениями к 0,5 мл раствора Pb(NO₃)₂ добавьте 9 мл воды и 0,5 мл раствора йодида калия. Что наблюдается? Наблюдения подтвердите расчетами.

2. Прибавьте к содержимому пробирки несколько капель уксусной кислоты и нагрейте раствор на спиртовке или водяной бане. Что наблюдается?

Погрузите пробирку в стакан с холодной водой. Что наблюдается?

Напишите выражение для ПР йодида свинца. Рассчитайте равновесные концентрации ионов Pb²⁺ и I^- в растворе. Сравните их произведение, соответствующее выражение для ПР(PbI₂), с величиной ПР(PbI₂) при 20⁰С и 80⁰С.

Опыт 3. Влияние одноименного иона на растворимость соединений

Насыщенные растворы:

Соединение

K2Cr2O7

KCl

Na2Cr2O7

NaCl

Растворимость, 12 34 180 36

г. в 100г H₂O

Кристаллический Na₂Cr₂O₇.

1. К одному мл насыщенного раствора K₂Cr₂O₇ добавьте равный объем хлорида калия. Потрите о стенки пробирки стеклянной палочкой, опущенной в раствор. Оставьте на 5 мин. Что наблюдается?

2. К одному мл дихромата калия добавьте равный объем раствора Na₂Cr₂O₇ и несколько кристаллов Na₂Cr₂O₇. Немного нагрейте раствор до растворения кристаллов и снова охладите до комнатной температуры (холодной водой из водопроводного крана). Что наблюдается?

3. К одному мл раствора дихромата калия добавьте равный объем хлорида натрия. Можете потереть о стенки пробирки стеклянной палочкой, нагреть и снова охладить до комнатной температуры. Выпадает ли осадок?

Опыт 4. Получение одних малорастворимых соединений из других

Растворы:

Соединение

Pb(NO3)2

Na2SO4

Na2S

Молярная конц. 0,5 0,5 0,5

С(Х), (моль/л)

ПР(PbSO₄) = 1,6×10^-8

ПР(PbS) = 2,5×10^-27

1. К 1 мл раствора нитрата свинца прибавьте 3 мл раствора хлорида натрия. Объясните наблюдаемые явления. Выводы подтвердите расчетом. После операции центрифугирования слейте раствор над осадком (осадок сохраните) и разделите его на 3 части.

а) К одной части прилейте 0,2 мл HCl (С = 1 моль/л), чтобы убедиться в полноте осаждения.

б) ко второй части прибавьте 0,2 мл раствора сульфата натрия, С(Na₂SO₄) = 1 моль/л.

в) К раствору в третьей пробирке прибавить 0,2 мл сульфида аммония (С = 0,1 моль/л).

г) Первоначально полученный осадок промыть водой до отрицательной реакции на хлорид-ион (проба с AgNO₃) и добавьте 1 мл сульфида аммония (насыщенный раствор). Что наблюдается в каждом случае? Зная, что ПР(PbSO₄) = 1×10^-8, ПР(PbCl₂) = 2×10^-5, ПР(PbS) = 3,6×10^-29, объясните наблюдаемые явления.

4.2 В две пробирки налейте по 0,5 мл раствора хлорида магния (С = 1 моль/л). В одну из них добавьте 0,18 г кристаллического хлорида аммония и, встряхивая пробирку, добейтесь его растворения. В каждую из пробирок затем прилейте по 2 мл раствора гидроксида аммония (С = 2 моль/л). Какое соединение выпадает в осадок? Объясните, почему осадок не выпадает в пробирке, в которой присутсвует хлорид аммония? Выводы подтвердите расчетом.

ПР(Mg(OH)₂) = 5×10^-12, К_дис(NH₄OH) = 1,8×10^-5

3. К 0,5 мл раствора нитрата свинца добавить равный объем раствора сульфата натрия и 2 мл воды. Отделить осадок от раствора центрифугированием.

К осадку добавить 0,5 мл сульфида натрия и 2 мл воды. Хорошо перемешать. Какое соединение образовалось в осадке? Выводы подтвердить расчетом.

Опыт 5. Осаждение малорастворимых соединений продуктами гидролиза солей

Растворы:

Соединение

FeCl3

CuSO4

Na2CO3

NaCH3COO

Молярная конц-я 0,5 0,5 1 1

С(Х), моль/л

ПР(Fe(OH)₃) = 10^-38 , ПР(Cu(OH)₂) = 2,2×10^-20, ПР(Cu CO₃) = 2,5×10^-10, ПР(Cu(OH)₂CO₃) = 1,7×10^-34

1. К раствору FeCl₃ добавьте раствор Na₂CO₃ до pH˃7. Осадок отделите от раствора центрифугированием. Проверьте, если ли в осадке карбонат-ионы. (Растворите осадок в кислоте и наблюдайте, выделяется ли газ CO₂). Какой выпал осадок?

2. К раствору FeCl₃ добавьте раствор CH₃COONa и нагрейте. Почему в осадок выпадают основные соли ацетата железа?

3. К раствору CuSO₄ добавьте раствор Na₂CO₃. Какое соединение выпало в осадок?

Опыт 6. Смещение равновесия в растворе при образовании осадка

Растворы:

Соединение

BaCl2

K2Cr2O7

CH3COONa

Молярная конц. 0,5 0,5 1

С(Х), моль/л

ПР(BaCr₂O₇) = 10^-8, ПР(BaCrO₄) = 1,2×10^-10

Бихромат калия образует с ионами бария желтый осадок BaCrO₄, а не Ba Cr₂O₇. Причина этого заключается в следующем. В растворе, кроме Cr₂O₇^2-, имеется небольшое количество CrO₄^2- ионов, образующихся в результате взаимодействия Cr₂O₇² ионов с водой:

Cr₂O₇^{2 -} + H₂O → 2 CrO₄^2- + 2H⁺

Концентрация CrO₄^2- ионов, однако, достаточно для того, чтобы ПР(BaCrO₄) оказалось превышенным раньше, чем достигается ПР(BaCr₂O₇). Поэтому именно BaCrO₄ выпадает в осадок:

Cr₂O₇^{2 -} + H₂O + 2Ba²⁺→ 2BaCrO₄ + 2H⁺

Осадок BaCrO₄ растворим в сильных кислотах и нерастворим в уксусной кислоте. Так как сильная кислота получается здесь при самой реакции, то часть осадка растворяется. Для полного осаждения BaCrO₄ к раствору необходимо добавить NaCH₃COO, при этом часть ионов CH₃COO^- свяжет ионы H⁺ в малодиссоциируемое соединение CH₃COOH. Остаток ацетата натрия образующейся уксусной кислотой являются буферной смесью, в которой pH раствора остается постоянным и равным около 5.

Получите осадок BaCrO₄. Как доказать, что это не бихромат бария?

Опыт 7. Образование осадков в виде двойных солей.

Растворы:

Соединение

MgSO4

Na2HPO4

NH4OH

NH4Cl

7.1. К раствору MgSO₄ добавьте раствор Na₂HPO₄. Что наблюдается?

7.2. К раствору MgSO₄ добавьте раствор NH₄Cl. Какая среда раствора? Добавьте раствор Na₂HPO₄ и постепенно нейтрализуйте раствором NH₄OH до pH 9 (по фенолфталеину). Потрите палочкой о стенки пробирки. Какой осадок образуется? Почему?

Опыт 8. Изменение состава осадка на воздухе.

Растворы: AgNO₃, MnCl₂, FeSO₄ или (NH₄)₂Fe(SO₄)₂, KOH.

1. Получите осадок гидроксида серебра. Какого он цвета? Что происходит с ним на воздухе? (Осадок бурого цвета – оксид серебра).

2. Получите осадок гидроксида марганца (ΙΙ). Какого он цвета? Что происходит с ним на воздухе?

Опыт 9. Малорастворимые соединения с неорганическим комплексным ионом.

Растворы: FeCl₃, FeSO₄, ((NH₄)₂Fe(SO₄)₂), K₄[Fe(CN₆)].

Получите осадки ионов Fe²⁺ и Fe³⁺ с гексацианоферат (ΙΙ) – ионом. Чем отличаются эти соединения?

Опыт 10. Малорастворимые соединения с органическим анионом.

Растворы: Ni(NO₃)₂, Na₂S, диметилглиоксим, NH₄OH.

10.1. Получите осадок сульфида никеля.

10.2. К раствору Ni(NO₃)₂ добавьте раствор диметилглиоксима и 1-2 капли гидроксида аммония. Проверьте полноту осаждения, добавив дополнительно раствор диметилклиоксима.

Сравните объемы осадков сульфида и глиоксимата никеля.

Растворение малорастворимых соединений

Опыт 11. Осадок растворяется вследствие выделения газообразного продукта.

Растворы: BaCl₂, Na₂CO₃, HCl.

Получите осадок карбоната бария. Отделите его от раствора центрифугированием. Растворите его в соляной кислоте. Почему он растворился?

Опыт 12. При растворении осадка образуются комплексные соединения.

Растворы: AlCl₃, CuSO₄, NH₄OH, KOH.

12.1 К раствору AlCl₃ добавьте раствор NH₄OH. Что наблюдается? К содержимому пробирки прилейте избыток раствора KOH. Что наблюдается?

12.2 К раствору CuSO₄ прибавьте раствор KOH. Что наблюдается? К содержимому пробирки добавьте избыток раствора NH₄OH и хорошо перемешайте. Что наблюдается? Почему осадок не растворился в растворе щелочи, но перешел в раствор под действием слабого основания?

Опыт 13. Растворение осадка приводит к образованию слабого электролита.

Растворы: AlCl₃, NiSO₄, NH₄OH, Na₂HPO₄, Na₂S, HCl, KOH, H₂O₂(w(H₂O₂)=6%), HNO₃(6 моль/л).

13.1 Получите осадок гидроксида алюминия, прибавив к соли раствор HCl. Почему растворяется Al(OH)₃ в кислоте?

13.2 Получите осадок фосфата алюминия. Прибавьте к содержимому пробирки раствор соляной кислоты. Почему осадок растворился?

13.3 Получите осадок NiS. Убедитесь, что он растворяется в растворе азотной кислоты при нагревании. Какой газ выделяется?

Опыт 14. При растворении протекают реакции окисления-восстановления.

Растворы: CrCl₃, NH₄OH, H₂O₂, KOH, CuSO₄, Na₂S, HNO₃.

14.1 К раствору CrCl₃ добавьте раствор NH₄OH до образования осадка. К полученному осадку прилейте раствор пероксида водорода и щелочи. Нагрейте. Что наблюдается? Напишите уравнение реакции.

14.2 Получите осадок сульфида меди. Растворите его в азотной кислоте. Что наблюдается? Запишите уравнение реакции.

Для окислительно-восстановительных реакций напишите электронно-ионные полуреакции и расставьте стехиометрические коэффициенты.

Контрольные вопросы.

1. Какая из двух солей больше растворима и во сколько раз: CaSO4 или BaSO4; BaCO3 или SrCO3; PbJ2 или PbCl2?

2. Почему в фильтрате после промывания осадка CaCO3 появляется муть при добавлении раствора (NH4)2C2O4 и не происходит этого при добавлении раствора (NH4)2SO4?

3. В какой последовательности будут выпадать осадки, если к растворам, содержащим одинаковые концентрации ионов Ca2+, Ba2+, Sr2+ постепенно прибавлять раствор Na2SO4?

4. Останется ли прозрачным фильтрат из-под осадка PbCl2, если к нему добавить раствор KI?

5. При какой концентрации (моль/дм3) CrO₄ ^{– 2} -ионов начнется образование осадка PbCrO4 из 0,1 М раствора Pb(NO3)2.

6. Смешали 100 см3 0,5 М раствора NaCl и 50 см3 0,5 М раствора AgNO3. Найдите массу образующегося осадка.

7. Какой объем 0,1 н раствора Ca(OH)2 потребуется для осаждения Ca2+ - ионов из раствора Ca(HCO3)2 массой 489 г с массовой долей растворённого вещества равной 5 %?

8. Выпадет ли осадок BaSO4, если к 100 см3 0,2 М раствора H2SO4 добавить такой же объём 0,2 н раствора BaCl2?

9. В насыщенном растворе PbI2 концентрация I--ионов равна 1,3•10-3 моль/дм3. Определите концентрацию (моль/дм3) Pb2+ - ионов в этом растворе.

10. Определите концентрацию (моль/дм 3) каждого иона в насыщенном растворе Ag2CO3.

11. В 10 дм 3 насыщенного раствора Mg3(PO4) 2 содержится 3,00 г соли. Вычислите растворимость этой соли (моль/дм 3).