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-] = ПРAqCl 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: ПРАq2S = [ Aq+]2 x [S2-] ПРРbF2 = [Pb2+] x [F-]2
ПРАqJ = [Aq+] x [J-] ПРСа(PO4)2 = [Ca2]3 х [ PO43-]2
Для малорастворимого электролита МqАh
ПРМqАh = [M h+] [Aq-]h
В насыщенном растворе малорастворимого соединения произведение концентраций ионов в растворе равно произведению растворимости.
Например: для соединения МА
[M] x [A] = ПРМА
Если произведение концентраций его ионов в растворе меньше произведения растворимости, т.е. [M+] [A-] < ПРМА, раствор не насыщен, осадок не образуется.
Если произведение концентраций ионов в растворе будет больше произведения растворимости, т.е. [M+] [A-] >ПРМА 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+ + SO42- = BaSO4↓.
. после смешения растворов сильных электролитов концентрации ионов Ba2- + SO42-
[Ba2+] = C(Ba2+) = 0.002 = 0.001моль/л
2 2
[ SO42-] = C[SO42-] = 0.002 = 0,001моль/л
2 2
. произведение концентраций
C(Ba2+) x C(SO42-) = 1 x 10-3 x 1 x10-3 = 1 x 10-6.
ПРBaSO4 = 1.1 x 10-10
1 x 10-6 > ПРBaSO4 ═> 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 20оС, если известно, что при этой температуре ПРАqСl =1,78 х10-10.
Решение: уравнение химической реакции.
АqСl → Aq+ + Cl-
←
ПPАq = [Aq+ ] x [Cl-]
Растворимость – SAq в моль/л.
SAqCl = √ПРАqCl =√1,28 х 10-10 = 1,33 х 10-5моль/л
SAqCl в мг/л
mAqCl = n(AqCl) x M r(AqCl)
Mr(AqCl) = 143.3г/моль; n (AqCl) = SAqCl = SAqCl
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:
CaF2тв →Са2+ + 2F-
←
ПРСаF2 = [Ca2+] x [F-]2
SCaF2 моль/л
[Ca2+] = S; [F-] = 2S => ПРСаF2 = S (2S)2 =4S3
S = 3√ ПРСаF2 = 3√4 x 10-11 = 2.15 x 10-4 моль/л
Растворимость СаF2, мг/л
mCaF2 = SMr(Ca F2)
Mr(CaF2) = 78.08г/моль.
mCa2 = 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+ + СО32-
←
. Произведение растворимости
ПРМqСО3 = [Mq2+] x [CO32-]
. SMqCO3 = mMqCO3 = 0.533 = 6.32 x 10-3моль/л
MrMqCO3 84.32
(mMqCO3 – растворимость МqСО3, г/л
. Равновесные концентрации ионов Мq2+ и СО32- [Mq2+] = [CO32- ] = S
. ПРМqСО3 = [Mq2+] x [CO32-] = S2 = (6.32 x 10-3)2 = 4.0 – 10-5
