Растворы. Растворимость солей. Произведение растворимости

Теоретическая часть

Процесс химического растворения твердого вещества в воде (и не только в воде) в случае равновесия в растворе малорастворимого (или практически нерастворимого вещества) можно выразить уравнением.

               CaSO₄ + (n+m)H₂O [Ca(H₂O)_n]²⁺ + [SO₄ (H₂O)_m]^2-

Это уравнение в явном виде показывает, что важнейшей причиной растворения является гидратация ионов Ca ²⁺ и SO₄^2-.

В случае равновесия в растворе малорастворимого (или практически нерастворимого вещества) выражение для константы равновесия в насыщенном растворе можно записать с использованием равновесных концентраций

             K_c  = [[Ca(H₂O)_n]²⁺] [[SO₄ (H₂O)_m]^2-] / [[H₂O]^n+m

Так как равновесная концентрация воды в разбавленном растворе практически постоянна, можно записать

           K_Г(CaSO4) = K_c ^.[H₂O]^n+m =[[Ca(H₂O)_n]²⁺] [[SO₄ (H₂O)_m]^2-] 

То же самое упрощенно

           K_Г(CaSO4) = [Ca ²⁺_aq][ SO₄^2-_aq] или K _Г(CaSO4) =[Ca ²⁺][ SO₄^2-]

Получившаяся величина (K_Г) носит название константы гидратации.

В рамках теории электролитической диссоциации равновесие в растворе CaSO₄  записывается так:

                                        CaSO₄ Ca ²⁺ + SO₄^2-

Соответствующая константа называется произведением растворимостии обозначается буквами ПР:

                                     ПР(CaSO₄) = [Ca ²⁺][ SO₄^2-]

 

Определение растворимости дихромата калия. Приготовить насыщенный при комнатной температуре раствор дихромата калия. Пользуясь таблицей растворимости, рассчитать количество дихромата, требуемое для насыщения 50 мл воды (взять 10% избытка дихромата), перенести в колбу объемом 100 мл и прилить 50 мл воды. Перемешать содержимое колбы 2-3 мин. и измерить температуру раствора. Затем отфильтровать нерастворившуюся соль, собирая фильтрат в сухую колбу.

Взвесить фарфоровую чашку на технохимических весах, от полученного фильтрата отобрать 20 мл раствора и перенести в чашку, взвесить чашку с раствором. Поставить чашку на водяную баню и упарить досуха, затем чашку поместить в сушильный шкаф. После высушивания и охлаждения, взвесить чашку с веществом и определить растворимость. Полученные результаты занести в таблицу:

Данные опытов

Опыты

1.Температура насыщения раствора, ^оС      

2. Объем раствора, взятого для выпаривания, мл

3. Масса фарфоровой чашки, г

4. Масса чашки с раствором, г

5. Масса раствора, г

6. Масса чашки с сухой солью, г

7. Масса сухой соли, г

8. Растворимость, г в 100 г воды

 

                Влияние температуры на растворимость солей

1. Алюмокалиевые квасцы ( KAl ( SO ₄ )₂^.12 H ₂ O ). В пробирку с 3 мл воды положить около 2 г алюмокалиевых квасцов. Наблюдать, растворяются ли квасцы в этом количестве воды на холоду? Если нет, то нагреть содержимое
пробирки почти до кипения. Что наблюдается? Дать раствору остыть. Что происходит при этом? Как меняется растворимость квасцов с изменением температуры?

2. Хлорид натрия. Растворить при нагревании около 2 г хлорида натрия в 3 мл воды. Слить прозрачный горячий раствор в сухую пробирку. Что наблюдается при охлаждении раствора?

3. Ацетат кальция. В сухую пробирку налить немного насыщен­ного раствора ацетата кальция и нагреть его, а затем охладить струей воды из водопроводного крана. Что наблюдается?

Используя таблицу растворимости, начертить кривые растворимости квасцов, хлорида натрия и ацетата кальция, отложив по оси абсцисс температуру, а по оси ординат — концентрацию насыщенного раствора.

                   Приготовление пересыщенных растворов

1. Пентагидрат сульфата меди (С uSO₄^.5 H₂ O). Рассчитать, какое количество кристаллогидрата сульфата меди (медного купороса) надо взять на 10 мл воды, чтобы приготовить раствор, насыщенный при 60°. Полученный при нагревании раствор довести почти до кипения и быстро отфильтровать через складча­тый фильтр на воронке для горячего фильтрования (воронка должна быть горячей). Пробирку с фильтратом закрыть кусочком ваты. Если в фильтрате образовались кристаллы, их необходимо перевести в раствор осторожным нагреванием.       

Раствор охладить и внести в него маленький кристаллик исходной соли. Что наблю­дается? Изменяется ли температура раствора?

Нагреть пробирку с содержимым, чтобы снова получить про­зрачный раствор, осторожно охладить его и потереть стеклянной палочкой внутрен-нюю стенку пробирки с раствором. Объяснить выпадение кристаллов.

2. Тиосульфат натрия (Na₂SO₃S). Положить несколько кристаллов соли в
сухую пробирку и очень медленно нагреть. Что происходит? Закрыв пробирку ватой, дать ей охладиться. Охлажденную до комнатной температуры пробирку резко встряхнуть. Что при этом наблюдается?

Нагреванием пробирки с солью снова получить прозрачный раствор. Охладить и внести маленький кристаллик исходного ве­щества. Описать наблюдаемое явление.

                      Тепловые явления при растворении солей

Наблюдать тепловые явления, происходящие при растворении в 50 мл воды 0,1 моля следующих солей: нитрата аммония, без­водного сульфата натрия, декагидрата сульфата натрия. Для этого налить в стакан (емкостью 100 мл) 50 мл воды, измерить ее температуру и, всыпав соответствующее коли­чество соли, наблюдать за изменением температуры. Дать объяс­нение происходящим явлениям.

Начертить кривые растворимости указанных солей (см. таб­лицу растворимости). Какую зависимость можно отметить между теплотой растворения вещества и изменением его растворимости с температурой?

                              Произведение растворимости.

Осаждение труднорастворимых солей. Налить в три пробирки по 2-3 мл раствора хлоридов бария, стронция и кальция. В первую пробирку прилить раствор сульфата натрия, во вторую - насыщенный раствор сульфата кальция и в третью - насыщенный раствор сульфата стронция.

Написать уравнения химических реакций в молекулярной и сокращенно-ионной формах. Объяснить образование осадков, пользуясь понятием произведения раствори­мости. В каких случаях при сливании растворов солей не происходит образования осадка?

  Растворение труднорастворимых солей. Получить в пробирках осадки карбоната кальция и оксалата кальция действием соответствующих растворов солей. Декантировать растворы и к влажным осадкам прилить рас­твор уксусной кислоты. Повторить опыт, заменив уксусную кислоту на соляную. Что при этом происходит?

Напи­сать уравнения химических реакций в молекулярной и ионной фор­мах. Объяснить полученные результаты на основании величин констант диссоциации кислот и произведения растворимости.

Упражнения

1.Зная произведение растворимости, рассчитать концентрацию вещества в насыщенном растворе BaSO_4к и Ca(OH)_2кр.

                                   1) BaSO_4кр Ba²⁺ + SO₄^2-

               ПР(BaSO₄) = [Ba²⁺][SO₄^2-] = 1,8^.10^–10 моль²/л².                    C(BaSO₄) = [Ba²⁺] = [SO₄^2-] =√ ПР(BaSO₄) =√ 1,8^.10^–10 моль²/л² = 1,34^.10^–5 моль/л.

                                  2) Ca(OH)_2кр Ca²⁺ + 2OH^-

             ПР[Ca(OH)₂] = [Ca²⁺][OH^-]² = 6,3^.10^–6 моль³/л³.

             [OH^-] = 2[Ca²⁺]  ПР[Ca(OH)₂] = [Ca²⁺]{2[Ca²⁺]}² = 4[Ca²⁺]³

c[Ca(OH)₂] = [Ca²⁺] = = = 1,16^.10^–2 моль/л.

    2. Выпадет ли осадок гидроксида меди при добавлении 100 мл 0,01 М раствора гидроксида кальция к равному по объему 0,001 М раствору сульфата меди?

                             Cu²⁺ + 2OH^- Cu(OH)₂

  Осадок гидроксида меди образуется, если произведение концентраций ионов Cu²⁺ и OH^- будет больше произведения растворимости этого малорастворимого гидроксида. После сливания равных по объему растворов общий объем раствора станет в два раза больше, чем объем каждого из исходных растворов, следовательно, концентрация каждого из реагирующих веществ (до начала реакции) уменьшится вдвое. Концентрация в полученном растворе ионов меди составит

                         c(Cu²⁺) = (0,001 моль/л) : 2 = 0,0005 моль/л.

Концентрация гидроксид ионов составит

                        c(OH^-) = (2^.0,01 моль/л) : 2 = 0,01 моль/л.

Произведение растворимости гидроксида меди составит

                    ПР[Cu(OH)₂] = [Cu²⁺][OH^-]² = 5,6^.10^–20 моль³/л³.

Произведение концентраций ионов в растворе составит

       c(Cu²⁺)^.{ c(OH^-)}² = 0,0005 моль/л^.(0,01 моль/л)² = 5^.10^–8 моль³/л³.

Произведение концентраций больше произведения растворимости, следовательно, осадок выпадет.

3. Выпадет ли осадок сульфата серебра при сливании равных объемов 0,02 М раствора сульфата натрия и 0,04 М раствора нитрата серебра?

                             2Ag⁺ + SO₄^2- ↔ Ag₂SO₄↓

Концентрация в полученном растворе ионов серебра равна

                   c(Ag⁺) = (0,04 моль/л) : 2 = 0,02 моль/л.

Концентрация в полученном растворе сульфат-ионов равна

                  c(SO₄^2-) = (0,02 моль/л) : 2 = 0,01 моль/л.

Произведение растворимости сульфата серебра равно

                   ПР(Ag₂SO₄) = [Ag⁺]^2.[SO₄^2-] = 1,2^.10^–5 моль³/л³.

Произведение концентраций ионов в растворе равно

         {c(Ag⁺)}^2.c(SO₄^2-) = (0,02 моль/л)^2.0,01 моль/л = 4^.10^–6 моль³/л³.

Произведение концентраций меньше произведения растворимости, следовательно, осадок не образуется.

4. Используя значения произведений растворимости, определите концентрацию и массовую долю растворенных веществ в растворе а) хлорида серебра, б) сульфата кальция, в) фосфата алюминия.

 5. Определите объем воды, необходимой для растворения при 25 ^oС сульфата бария массой 1 г.

 6. Чему равна масса серебра, находящегося в виде ионов в 1 л насыщенного при 25 ^oС раствора бромида серебра?

 7. В каком объеме насыщенного при 25 ^oС раствора сульфида серебра содержится 1 мг растворенного вещества?

8. Образуется ли осадок, если к 0,05 М раствору Pb(NO₃)₂ добавит равный объем 0,4 М раствора KCl?

9. Определите, выпадет ли осадок после сливания 5 мл 0,004 М раствора CdCl₂ и 15 мл 0,003 М раствора KOH.

10. Смешали равные объемы 0,02 М раствора СаCl₂ и 0,02 М раствора КОН. Будет ли образовываться осадок, если произведение растворимости Са(ОН)₂ равно 5,5^.10^-6. Плотность всех растворов принять равными 1 г/мл.

 

 

                                    Лабораторная работа № 8

                                                                                     Приготовление растворов

                                         Теоретическая часть

       Количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя, на­зывают концентрацией раствора. Применяют следующие вы­ражения концентрации растворов: массовая доля, мольная доля, моляльная, молярная и нормальная.

Массовую долю выражают числом единиц массы растворенного вещества, содержащихся в 100 единицах массы раствора. Массовую долю выражают в долях единицы или в процентах:

               ω = m(x) / m(p)  или ω = (m(x) / m(p)) ^.100%

m(x) – масса растворенного вещества, m(p) - масса раствора.

Приготовление раствора с заданной массовой долей. Сколько граммов глауберовой соли Na₂SО₄ ^. 10Н₂О и воды потребуется для приготовления 40 г 10%-ного раствора, рассчитанного на безводную соль?

Решение. Находим количество безводной соли, необхо­димое для приготовления 40 г 10%-ного раствора:

                                     m(Na₂SО₄ ) = 40 ^. 0,1 = 4 г

М(Na₂SО₄) =  142 г/моль и М(Na₂SО₄ ^. 10Н₂О) = 322 г/моль.

Находим количество Na₂SО₄ ^. 10Н₂О, содержащее 4 г Na₂SО₄:

                      322 г Na₂SО₄ ^. 10Н₂О = 142 г Na₂SО₄

                        х =                         4 г,  х = 9,07 г

 9,07 г Na₂SО₄ ^. 10Н₂О растворить в воде массой:

                       m(Н₂О) = 40 - 9,07 = 30,93 г = 30,93 мл

Моляльную концентрацию рас­твора выражают числом молей растворенного вещества, приходящихся на 1000 г растворителя.

 Пример. Определить моляльность насыщенного при 25° С раствора хлорида натрия NaCl.

Решение. В таблице находим, что при 25°С в 100 г во­ды растворяется 36,0 г NaCl. Следовательно, в 1000 г воды растворяется 360 г. Находим число молей NaCl в 1000 г воды: n(NaCl) = 360 / 58,5 = 6,15 моль. Это и есть моляльность раствора (m).

Приготовление раствора моляльной кон­центрации. Приготовить 300 г 0,2 моляльного раствора медного купороса.

Решение. М(CuSО₄ ^. 5Н₂О) = 250г/моль. Находим массу медного купороса на 1000 г воды: m(CuSО₄ ^. 5Н₂О) = 250 . 0,2 = 50 г. Находим массу раствора:             

                                     m(р) = 1000 + 50 = 1050 г.

Навеску CuSО₄ ^. 5Н₂О для приготовления 300 г 0,2 моляльного раствора находим из пропорции:

                        1050 ₌ 50        

                         300     х ,   х = 14,286 г

Количество воды, в котором нужно растворить эту на­веску, равно

                    m(Н₂О) = 300 - 14,286 = 285,72 г  = 285,72 мл.

Молярную концентрацию выражают числом молей растворенного вещества в 1 л раствора. Рас­твор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного ве­щества, называют одномолярным или молярным и обозна­чают 1 М. Если в 1 л раствора содержится 0,1 моль рас­творенного вещества, то его называют децимолярным и обозначают 0,1 М. Если в 1 л раствора содержится 0,01 моль рас­творенного вещества, то его называют сантимолярными и обозначают 0,01 М и т. д.:

                                             Сm = n / V (моль/л)

Пример. Определить молярность раствора, в 250 мл которого содержится 2,5 г едкого натра NaOH.

Решение. Число граммов NaOH, содержаще­гося в 1л раствора, находим из пропорции:

                       250    = 2,5

                      1000    х,     х = 10 г

М(NaOH) = 40 г/моль. В 1 л данного раствора содержится количества вещества NaOH: n = 10 : 40 = 0,25 моль. Тогда молярная концентрация будет: С_m = 0,25 : 1 = 0,25 моль/л        

Отсюда следует, что для определения молярности раствора нужно массу растворенного вещества, содержащее­ся в 1 л раствора, разделить на молярную массу.

Приготовление молярных раст­воров. 1. Приготовить 500 мл 0,1 М раствора дихромата калия К₂Сг₂О₇.

   Решение. М(К₂Сг₂О₇) = 294 г/моль. Для приготовления 1 л 0,1 М раствора нужно взять 0,1 моль К₂Сг₂О₇ или m(К₂Сг₂О₇) = 294 • 0,1 = 29,4 г. Массу К₂Сг₂О₇, не­обходимую для приготовления 500 мл раствора, находят из пропорции:

                        1000 = 29,4 , х = 14,7 г К₂Сг₂О₇     

                         500       х  

  Навеску 14,7 г К₂Сг₂О₇ поместить в мерную колбу ем­костью 500 мл, растворить соль в небольшом количестве воды, затем наполнить колбу водой до метки и хорошо пе­ремешать раствор.

2. Сколько граммов медного купороса CuSО₄ ^. 5Н₂О потребуется для приготовления 200 мл 0,5 М раствора?

Решение. М(CuSО₄ ^. 5Н₂О) = 250 г/моль. Для приготовления 200 мл 0,5 М раствора потребу­ется:

                        1000 = 0,5 , х = 0,1 моль CuSО₄     

                        200       х  

Следовательно, для приготовления 200 мл 0,5 М раствора потребу­ется:

                                         0,1 моль CuSО₄ • 5Н₂О

Находим массу кристаллогидрата: 

                            m(CuSО₄ ^. 5Н₂О) = 0.1 ^. 250 = 25 г

Навеску 25 г CuSО₄ ^. 5Н₂О поместить в мерную колбу ем­костью 200 мл, растворить соль в небольшом количестве воды, затем наполнить колбу водой до метки и хорошо пе­ремешать раствор.

Применение молярных раство­ров при проведении химических ре­акций. При одинаковой концентрации равные объемы растворов содержат одно и то же число молей растворен­ного вещества. Следовательно, легко рассчитывать, какие объемы растворов необходимо смешать при проведе­нии указанной реакции, чтобы ни одно из веществ не осталось в избытке.

Пример 1. Какой объем 1 М раствора нитрата серебра AgNО₃ нужно добавить к 100 мл 1 М раствора хлорида же­леза (III) FeCl₃, чтобы осадить весь хлор в виде хлорида серебра?

Решение. Из уравнения реакции:

                              FeCl₃ + 3AgNО₃ = Fe (NО₃)₃ + 3AgCI

следует, что на один моль FeCl₃ требуется три моль AgNО₃. Так как исходные растворы равномолярные, то в одинаковых объемах их содержится равное число молей, поэтому к 100 мл раствора FeCl₃ нужно добавить 300 мл раствора AgNО₃.

Пример. Какой объем 2 М раствора NaOH потребуется для осаждения в виде Сu(ОН)₂ меди, находящейся в 20 мл 0,5 М раствора сульфата меди (II) CuSО₄?

Решение. Из уравнения реакции:

                  CuSО₄ + 2NaOH = Сu(ОН)₂ + Na2SО₄

следует, что на один моль CuSО₄ требуется два моль NaOH. Значит, на 20 мл 0,5 М раствора CuSО₄ нужно взять 40 мл раствора NaOH такой же молярности. Рассчитаем объем 2М раствора NaOH:

                      V₁С₁ = V₂C₂ или 40^. 0,5 = 2^.V₂ , V₂ = 10 мл

Нормальную концентрацию выража­ют числом эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора. Раствор, в 1 л которого содержится один эквивалент растворенного вещества, называют однонормальным или нормальным и обозначают 1 н. Раствор, содержащий в 1 л 0,1 эквивалент, называют децинормальным и обозначают 0,1 н.

Пример 1. Определить нормальность раствора, содержа­щего в 200 мл 1,96 г серной кислоты.

Решение. Находим массу серной кислоты в 1000 мл раствора:

                              200 1,96 

                             1000 ⁼       х ,     х = 9,8 г Н₂SО₄

Находим молярную массу эквивалента Н₂SО₄:

              М(Э(Н₂SО₄)) = 98:2 = 49 г/моль.

Находим число эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора, т.е.- нормальность раствора:

                                  49             1

                                  9,8 = х , х = 0,2     

В одинаковых объемах растворов одной и той же нормальности содержатся экви­валентные количества веществ, которые реагируют между собой без остатка. Поэтому, например, для нейтрализации 50 мл 1 н. раствора любой кислоты нужно затратить 50 мл 1 н. раствора любой щелочи.

Если концентрации не равны, то объемы растворов ве­ществ, вступающих в реакцию, обратно пропорциональны их концентрациям:

                                     V₁С_1н = V₂C_2н или V₁ : V₂ = C_2н : С_1н ,

где V₁ и С_1н - объем и нормальность первого раствора, V₂ и C_2н  - объем и нормальность второго раствора.

Пример 2. Какой объем 0,1 н. раствора NaOH потребуется для нейтрализации 20 мл 0,15 н. раствора H₂SО₄?

Решение. На 20 мл 0,15 н. раствора H₂SО₄ пошло бы 20 мл раствора NaOH той же нормальности, а объем 0,1 н. раствора NaOH находим из пропорции:

                               0,1 = 20

                              0,15     х ,       х = 30 мл

Или, используя выражение V₁ : V₂ = C_2н : С_1н, находим:

                            20 : х = 0,1: 0,15 , х = 30 мл

Пример 3. Приготовить 250 мл 0,1 н. раствора H₂SO₄ из раствора кислоты плотностью 1,84 г/мл.

Решение. Зная, что в 1 л раствора должно содержаться 0,1 эквивалент H₂SO₄ , находим число эквивалентов в 250 мл раствора:

                         1000 мл            0,1 экв

                          250                        х      , х = 0,025 моль

М(Э(H₂SO₄)) = ½ H₂SO₄ = 98/2 = 49 г/моль. Следовательно, для приготовления 250 мл 0,1 н. раствора потребуется серная кислота массой

                     m(H₂SO₄) = 0,025 ^. 49 = 1,225 г

Далее по таблице плотностей растворов находим, что в растворе H₂SO₄, плот­ностью 1,84 г/мл, содержится 96 % H₂SO₄. Зная массовую долю H₂SO₄ в растворе, находим массу раствора H₂SO₄ из выражения ω = m(x) / m(p):

               m(p) = m(x) / ω, m_р(H₂SO₄) = 1,225 : 0,96 = 1,276 г

Затем из выражения для плотности раствора ρ = m(p)/ V(p) находим объем 96 % раствора H₂SO₄:       

                   V_р(H₂SO₄) = m(p)/ ρ , V_р(H₂SO₄) = 1,276 : 1,84 = 0,7 мл

Теперь для приготовления раствора нужно в воду, находящуюся в колбе емкостью 250 мл, влить 0,7 мл 96%-ного раствора H₂SO₄ и долить воду до метки.

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1506; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!