Равновесие в гетерогенных системах.

Произведение растворимости

Произведение растворимости (ПР) –понятие, используемое только для малорастворимых в воде веществ, являющихся, однако, сильными электролитами.

Для малорастворимых веществ при постоянной температуре произведение равновесных концентраций ионов, входящих в состав соединения (взятых в степенях, равных количеству ионов в формуле соли), всегда остается величиной постояннойи зависит только от природы соединения. Например, для насыщенного раствора малорастворимого вещества A_nB_m, находящегося в равновесии с его твердой фазой, будет характерен следующий обратимый процесс:

Этот процесс является гетерогенным, поэтому константа равновесия процесса будет определяться только произведением концентраций ионов в растворе и не зависит от концентрации твердого компонента.

К_равн = [A^m+]ⁿ·[B ]^m = ПР .

Значения ПР малорастворимых электролитов приводятся в справочной литературе.

Условием образования осадка является выражение [A^m+]ⁿ·[B ]^m ≥ ПР , то есть если произведение концентраций ионов малорастворимого соединения в степенях их стехиометрических коэффициентов равно или больше величины ПР, то в этих условиях осадок образуется.

Зная величины ПР, можно вычислить концентрации каждого из ионов в насыщенном растворе, выше которой вещество выпадает в осадок.

Для примера возьмем насыщенный раствор малорастворимого вещества CaF₂, находящегося в равновесии с его твердой фазой.

Приведем уравнение равновесия малорастворимой соли:

CaF₂ D Са²⁺ + 2∙F .

Так как нас интересуют концентрации ионов Са²⁺ и F , при которых происходит образование осадка CaF₂, то необходимо принять условие, что степень диссоциации равна единице.

Запишем ПР (CaF₂), т.е. произведение концентраций указанных ионов с учетом их количества в формуле предполагаемого осадка CaF₂, воспользовавшись табличными данными:

ПРCаF₂ = [Cа²⁺ ] [F ]² = 4,0 · 10^-11.

Из уравнения диссоциации видно, что концентрация ионов F в два раза выше, чем концентрация ионов Са²⁺: [F ] = 2∙[Cа²⁺]. Подставляя их в выражение ПР, находим концентрации ионов Са²⁺ , затем и концентрации ионов F .

ПРCаF₂ = [Cа²⁺ ] (2∙[Cа²⁺])² = 4,0 · 10^-11.

Произведя необходимые математические действия, находим, что концентрация ионов [Са²⁺]=2,15∙10^-4 и [F ]=2∙[Cа²⁺]= 4,30∙10^-4 моль/л.

Таким образом, CaF₂ выпадет в осадок при концентрация ионов [Cа²⁺] = 2,15∙10^-4, и концентрация ионов [F ] = 4,30∙10^-4 моль/л.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Определите молярность и нормальность следующих растворов: а) 70 % серной кислоты плотностью 1,6 г/см³, б) 40 % раствора NaOH плотностью 1,4 г/см³, в) 20 % раствора H₃PO₄ плотностью 1,1 г/см³.

6.2. Рассчитайте сколько перманганата калия нужно для приготовления 50 мл 0,1 М раствора.

6.3. Чем измеряется сила электролита? Укажите условные значения степени диссоциации для сильных и слабых электролитов.

6.4. Определите, к каким электролитам, слабым или сильным, относятся: а) кислоты; б) щёлочи; в) основания; г) соли.

6.5. Укажите, какие из перечисленных ниже веществ относятся к электролитам, и напишите уравнения их электролитической диссоциации: HNO₃, NaOH, C₂H₅OH, FeCl₃, Al₂(SO₄)₃, CH₃COOH, CH₃COOH, Na₃PO₄, CH₃COONH₄, C₆H₁₂O₆, Cu(NO₃)₂.

6.6. Напишите уравнения ступенчатой диссоциации для H₃PO₄ и Mg(OH)₂.

6.7. Напишите выражения для констант диссоциации K₁ и K₂ сернистой кислоты. Какая из этих величин меньше? Почему?

6.8. Напишите уравнение диссоциации дихромата калия. Какой ион окрашивает его раствор в оранжевый цвет? Определите заряд этого иона.

6.9. Напишите уравнение диссоциации медного купороса. Какой ион окрашивает его раствор в голубовато-синий цвет? Определите заряд этого иона.

6.10. В какую сторону смещается равновесие диссоциации уксусной кислоты при разбавления раствора? Как зависит степень диссоциации от разбавления раствора? Объясните наблюдаемое явление.

6.11. Напишите уравнение диссоциации уксусной кислоты и выражение константы её диссоциации. Объясните, как смещается равновесие диссоциации уксусной кислоты при добавлении к ней ацетат-ионов CH₃COO из соли. Как меняется при этом степень диссоциации уксусной кислоты и концентрация ионов H⁺?

6.12. Напишите уравнение диссоциации гидроксида аммония NH₄OH. Объясните смещение равновесия диссоциации при добавлении к раствору хлорида аммония. Увеличилась или уменьшилась при этом степень диссоциации гидроксида аммония?

6.13. Чему равна концентрация ионов H⁺ в растворе, если pH=1; pH=7; pH=11?

6.14. Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции, протекающей в сторону образования слабого основания NH₄OH, и уравнение его распада на аммиак и воду.

6.15. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций нейтрализации щёлочи соляной и уксусной кислотами.

6.16. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций получения слабых оснований и кислот из растворов их солей: а) Fe(OH)₂; б) H₂S; в) HCN; г) Cu(OH)₂; д) CH₃COOH.

6.17. Сформулируйте определение процесса гидролиза и сделайте обобщающий вывод о реакции среды водных растворов солей, образованных:

а) сильным основанием и слабой кислотой,

б) слабым основанием и сильной кислотой,

в) слабым основанием и слабой кислотой,

г) сильным основанием и сильной кислотой.

6.18. Какой реакции среды следует ожидать в растворах ацетата натрия CH₃COONa, хлорида алюминия AlCl₃, силиката натрия Na₂SiO₃, карбоната аммония (NH₄)₂CO₃?

6.19. Какова реакция среды водных растворов: а) нитрата аммония, б) нитрата калия, в) цианида калия, г) цианида аммония, д) ацетата аммония? Чем объяснить реакцию среды в каждом случае? Напишите соответствующие уравнения реакций в ионном виде.

6.20. Какими изменениями условий равновесия можно увеличить степень гидролиза солей? Ответ обоснуйте соответствующими примерами.

6.21. Напишите ионное уравнение реакции взаимодействия сульфата марганца (II) и сульфида аммония. В чём заключается условие выпадения осадка по правилу произведения растворимости?

6.22. Напишите в ионном виде уравнения реакций образования малорастворимых солей: а) PbI₂; б) Ag₂Cr₂O₇; в) Ca₃(PO₄)₂.

6.23. Напишите выражение произведения растворимости для сульфида серебра и объясните, пользуясь правилом произведения растворимости, выпадение осадка Ag₂S .

6.24. В чём заключается условие растворения осадков по правилу произведения растворимости?