Произведение растворимости

В насыщенном водном растворе малорастворимого в воде сильного электролита устанавливается равновесие между кристаллами твердого вещества (осадком) и его ионами, находящимися в растворе.

АqCl(тв) → Аq⁺ + Cl^-

←

В этом случае идут два противоположных процесса. Ионы серебра и хлорид – ионы, из которых построены кристаллы хлорида серебра, диполями воды отрываются от поверхности осадка и переходят в раствор в виде гидратированных ионов, которые сталкиваются с поверхностью осадка и осаждаются на нем. Данное равновесие можно выразить следующим образом:

[Aq⁺] x [Cl^-] = ПР_AqCl где [Aq⁺] и [Cl^-] – равновесные концентрации соответствующих ионов в насыщенном растворе моль/л.

ПР – произведения растворимости хлорида серебра

Произведение растворимости – произведение молярных концентраций катионов и анионов малорастворимого сильного электролита в его насыщенном растворе при данной температуре. Величина ПР для каждого малорастворимого соединения постоянна при постоянной температуре и не зависит от концентрации ионов. При написании выражения для произведения растворимости необходимо учитывать, что концентрация каждого иона входит в него в степени, равной числу этих ионов в молекуле.

Например: ПР_{Аq2S =} [ Aq⁺]² x [S^2-] ПР_РbF2 = [Pb²⁺] x [F^-]²

ПР_АqJ = [A_q⁺] x [J^-] ПР_{Са(PO4)2 =} [C_a²]³ х [ PO₄^3-]²

Для малорастворимого электролита МqА_h

ПР_МqАh = [M ^h+] [A^q-]^h

В насыщенном растворе малорастворимого соединения произведение концентраций ионов в растворе равно произведению растворимости.

Например: для соединения МА

[M] x [A] = ПР_МА

Если произведение концентраций его ионов в растворе меньше произведения растворимости, т.е. [M⁺] [A^-] < ПР_МА, раствор не насыщен, осадок не образуется.

Если произведение концентраций ионов в растворе будет больше произведения растворимости, т.е. [M⁺] [A^-] >ПР_МА из раствора будет выпадать осадок. В этом случае концентрация одного из ионов малорастворимого электролита может быть больше концентрации другого иона.

Свойство насыщенного раствора сохранять постоянным произведение концентраций ионов в соответствующих степенях называется правилом произведения растворимости.

Знание ПР различных веществ позволяет сознательно осаждать ионы в качественном анализе, помогает рассчитывать концентрацию раствора, из которого ведется осаждение, правильно выбрать осадитель, его количество и условия осаждения.

Произведениями растворимости можно пользоваться для соединений электролитов, концентрации которых в растворе не превышают 0,01моль/л.

Правило произведения растворимости позволяет обосновать условия осаждения осадков, вычислить их растворимость и т.р.

 

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НА ПР

 

Задача 1. Выпадает ли осадок сульфата бария при смешивании одинаковых объемов 0,002М растворов сульфата натрия (Na₂SO₄) и хлорида бария (BaCl₂)

Решение.

. уравнение химической реакции в ионной форме

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄↓.

 

. после смешения растворов сильных электролитов концентрации ионов Ba^2- + SO₄^2-

[Ba²⁺] = C(Ba²⁺) = 0.002 = 0.001моль/л

2 2

[ SO₄^2-] = C[SO₄^2-] = 0.002 = 0,001моль/л

2 2

. произведение концентраций

C(Ba²⁺) x C(SO₄^2-) = 1 x 10^-3 x 1 x10^-3 = 1 x 10^-6.

ПР_BaSO4 = 1.1 x 10^-10

1 x 10^-6 > ПР_BaSO4 ═> BaCl₂ выпадает в осадок.

 

 

ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ В ВОДЕ ПО

ВЕЛИЧИНЕ ПР

Задача 1. Вычислить растворимость хлорида серебра в молях и миллиграммах на

литр в чистой воде при 20^оС, если известно, что при этой температуре ПР_{АqСl =}1,78 х10^-10.

Решение: уравнение химической реакции.

А_qСl → A_q⁺ + Cl^-

^←

ПP_Аq = [A_q⁺ ] x [Cl^-]

Растворимость – S_Aq в моль/л.

S_AqCl = √ПР_АqCl =√1,28 х 10^-10 = 1,33 х 10^-5моль/л

S_AqCl в мг/л

m_AqCl = n(AqCl) x M r(AqCl)

Mr(AqCl) = 143.3г/моль; n (AqCl) = S_AqCl = S_AqCl

M_(AqCl) = 1,33 х10^-5 х 143,3 = 1,91 х 10^-3 г/л = 1,91мг/л.

ð 1л насыщенного при 20⁰С раствора хлорида серебра содержит 1,33 х 10^-5 моль/ или 1,91 мг/л этой соли.

 

Задача 2. Произведение растворимости СаF₂ при 25⁰С равно 4,0 х 10^-11. Найти растворимость этой соли, г/л, в чистой воде при той же температуре.

Уравнение реакции:

CaF_2тв →Са²⁺ + 2F^-

←

ПР_СаF2 = [Ca²⁺] x [F^-]²

S_CaF2 моль/л

[Ca²⁺] = S; [F^-] = 2S => ПР_СаF² = S (2S)² =4S³

 

S = ³√ ПР_{СаF2 =} ³√4 x 10^-11 = 2.15 x 10^-4 моль/л

Растворимость СаF₂, мг/л

m_{CaF2 =} SMr(Ca F₂)

Mr(CaF₂) = 78.08г/моль.

m_Ca2 = 2,15 х 10^-4 х 7,8,08 = 1,68 х 10^-2 г/л = 16,8мг/л

Следовательно, растворимость фторида кальция в чистой воде составляет 16,8мг/л.

 

Задача 1. Вычисление ПР по растворимости малорастворимого соединения.

Вычислить произведение растворимости МqСО₃ при 20⁰С, если в 1л насыщенного раствора при этой температуре содержится 0,533г МqСО₃.

Решение.

. уравнение равновесия

МqСО₃ → Мq²⁺ + СО₃^2-

←

. Произведение растворимости

ПР_МqСО3 = [Mq²⁺] x [CO₃^2-]

. S_MqCO3 = mMqCO₃ = 0.533 = 6.32 x 10^-3моль/л

Mr_MqCO3 84.32

(m_MqCO3 – растворимость МqСО₃, г/л

 

. Равновесные концентрации ионов Мq²⁺ и СО₃^2- [Mq²⁺] = [CO₃^2- ] = S

. ПР_МqСО3 = [Mq²⁺] x [CO₃^2-] = S² = (6.32 x 10^-3)² = 4.0 – 10^-5