Малорастворимые электролиты. Произведение растворимости

 

Цель работы: ознакомление с общими свойствами малорастворимых электролитов и методикой расчетов, связанных с произведением растворимости.

Оборудование и реактивы: конические пробирки, пипетки, стеклянные палочки, фарфоровые чашки, бюретка, металлические щипцы, асбестовая сетка, центрифуга, аналитические весы, электроплитка, эксикатор с осушителем, 0,5 М растворы NaCI; KI; NaOH; 0,25 М растворы CuSO₄; FeSO₄; Рb(NОз)₂ MgSO₄; сероводородная вода; насыщенный раствор CaSO₄; раствор (NH₄)₂S; 2н растворы НСI и NH₄CI

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

 

Подавляющее большинство электролитов обладает ограниченной растворимостью в воде. На практике часто встречаются гетерогенные системы, в которых осадок малорастворимого электролита находится в равновесии с насыщенным раствором этого электролита:

осадок кристаллизация раствор

При насыщении раствора скорости процессов растворения и кристаллизации одинаковы, а концентрации ионов над твердой фазой электролита являются равновесными при данной температуре.

Константа равновесия гетерогенного процесса определяется только произведением активностей ионов в растворе и не зависит от активности твердого компонента:

Таким образом, "произведение активностей ионов в насыщенном растворе малорастворимого электролита при заданной температуре есть величина постоянная, ее называют произведением растворимости и обозначают ПР.

Произведение растворимости как константа равновесия зависит от природы электролита и от температуры, но не зависит от активности ионов в растворе.

Зная, что ПP — величина постоянная при Т = const, можно сказать, что при увеличении концентрации одного из ионов в насыщенном растворе над твердой фазой концентрация другого иона уменьшается.

По известному произведению растворимости электролита и активности одного из ионов (а_A или а_B) можно рассчитать активность другого иона, необходимую для осаждения электролита . Математическим условием образования осадка в этом случае является выражение:

 

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

 

Опыт 1 Условие образования осадков малорастворимых электролитов

 

В две конические пробирки внесите по 3-5 капель раствора сульфата железа (П); С=0,25 моль/л. В первую пробирку добавьте столько же капель сероводородной воды, а во вторую — раствора сульфида аммония (сделайте это при включенной тяге). Опишите свои наблюдения. При оформлении результатов опыта ответьте на вопросы:

1. В каком случае образовался осадок малорастворимого электролита? Запишите уравнение реакции в молекулярной и ионной форме.

2. При каком условии (а или б) образуется осадок FeS:

a)

3. Зная ПР_FeS и C_Fe²⁺, найдите C_S^2-, необходимую для осаждения сульфида железа.

Опыт 2 Полнота осаждения иона

 

В коническую пробирку внесите 4 капли раствора нитрата свинца (С= 0,25 моль/л) и добавьте к нему 6 капель раствора хлорида натрия (С=0,5 моль/л). Отцентрифугируйте осадок. Отберите пипеткой жидкую фазу и перенесите ее в две пробирки по 2-3 капли в каждую. В одну из пробирок добавьте 2-3 капли раствора хлорида натрия (С= 0,5 моль/л), а в другую — иодида калия (С = 0,5 моль/л). Опишите свои наблюдения. При оформлении результатов опыта ответьте на вопросы:

1. Какая реакция идёт в пробирке с нитратом свинца при добавлении хлорида натрия? Составьте молекулярное и ионное уравнения реакции. Укажите признак реакции.

2. В каком из двух случаев после центрифугирования вновь образуется осадок? Составьте ионное уравнение реакции образования осадка. Укажите признак реакции.

3. На основании опыта сделайте вывод о сравнительной величине произведения растворимости хлорида и иодида свинца. Приведите табличные данные и проверьте по ним свое заключение.

Опыт 3 Условие растворения осадков малорастворимых, электролитов

Приготовьте две конические пробирки. Внесите в одну из них 2 капли раствора сульфата железа (П), С = 0,25 моль/л; а в другую - 2 капли раствора сульфата меди (П), С = 0,25 моль/л, В каждую пробирку добавьте по две капли раствора сульфида аммония (сделайте это при включенной тяге). Отметьте появление осадков. К осадкам сульфидов железа и меди добавьте по 5-7 капель соляной кислоты (2н). Наблюдения опишите. При оформлении результатов опыта запишите:

1. Ионные уравнения реакций получения сульфидов железа и меди.

2.Уравнение реакции растворения осадка (молекулярное и ионное). В какой пробирке осадок не растворился?

3. При каком условии (а или б) растворяется осадок малорастворимого сульфида:

а)

4. Пользуясь приведенными выше соотношениями (а и б) и табличными значениями ПР_МеS, объясните, почему один из сульфидов растворился в соляной кислоте, а другой — нет?

Опыт 4 Определение произведения растворимости сульфата кальция

 

На аналитических весах взвесьте фарфоровую чашку объемом 20-30 мл, прилейте в нее из бюретки 10 мл насыщенного раствора сульфата кальция и поставьте чашку с раствором на разогретую электрическую плитку. Когда вся вода испарится и на стенках чашки появится белый налет гипса, с помощью металлических щипцов перенесите чашку в эксикатор, заполненный осушителем. Спустя 20-30 минут взвесьте чашку и вычитанием из результата взвешивания массы пустой чашки определите массу выделившейся соли.

Определите произведение растворимости сульфата кальция, считая, что осадок соответствует формуле CaSO₄ • 0,5Н₂О.

Пользуясь табличными данными, определите ошибку измерения в процентах. Ошибка порядка 20% считается приемлемой.

 

НЕОБХОДИМЫЙ УРОВЕНЬ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ

 

1. Знать понятия: малорастворимый электролит, насыщенный раствор, произведение растворимости.

2. Иметь представление о гетерогенном равновесии между осадком малорастворимого электролита и его насыщенным раствором, о константе этого равновесия, ее зависимости от различных факторов.

3. Уметь записывать выражения для произведения растворимости малорастворимых электролитов.

4. Уметь по табличным значениям ПР рассчитывать растворимость малорастворимого электролита, активности (концентрации) его ионов в насыщенном растворе.

5. Знать и уметь использовать математические выражения для условий образования и растворения осадков малорастворимых электролитов.

 

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

 

1. Запишите уравнение реакции образования какого-либо малорастворимого электролита (молекулярное и ионное) и выражение для произведения растворимости этого электролита.

 

2. По табличным значениям ПP_ZnS и ПPc_uS рассчитайте активность ионов S^2- в насыщенном растворе: a) ZnS; б) CuS. Ответ: 8,6-10^-14; 1,8-10 ^-19 моль/л.

3. Рассчитайте активность иона железа (Ш) в насыщенном растворе гидроксида железа. Во сколько раз а_Fe²⁺ в этом растворе меньше a_OH ^-?

4. По табличной величине произведения растворимости гидроксида магния вычислите растворимость этого гидроксида в моль/л при заданной температуре. Считайте f_Mg²⁺ = f_OH ^-= 1

5. Используя значения произведений растворимости ПР, объясните, почему при пропускании сероводорода через раствор сульфата меди выпадает осадок CuS, а при пропускании того же газа через раствор сульфата железа (П) осадок FeS не образуется?

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Н.С.Ахметов. Общая и неорганическая химия. -М.: Высш. шк., 1981. - С.189-191.

2. Л.М.Романцева, З.Л.Лещинская, В.А.Суханова. Сборник задач и упражнений по общей химии. - М.: Высш. шк., 1991. - С. 129 - 132.

 

 

Содержание

 

Общие методические указания…………….................................................4

Лабораторная работа №1. Правила безопасности при работе в лаборатории общей химии. Элементы техники лабораторных работ…………………………………………………………………………5 Лабораторная работа №2. Определение молярной массы химического эквивалента металла……………………………………………………………………...11 Лабораторная работа №3. Основные классы неорганических соединений (часть I)…………………………………………………….…………….....17 Лабораторная работа №4. Основные классы неорганических соединений (часть II)…………………………………………………………………….22 Лабораторная работа №5. Кинетика химических реакций……………………………………..........................................…....29 Лабораторная работа №6. Химическое равновесие…………………………………………………..……………..35 Лабораторная работа №7. Приготовление растворов заданной концентрации.............................................................................................40 Лабораторная работа №8 Малорастворимые электролиты. Произведение растворимости……………………………………………..47