Равновесия в растворах малорастворимых соединений. Растворимость и произведение растворимости

УГУЭС

Кафедра Химии и хим.технологии

Аналитическая химия

(методы химического анализа)

Уфа 2013

УДК 371.385.54

Составители: к.х.н., доцент О.Г.Горлевских

Методические указания: «Аналитическая химия. Методы химического анализа».- Уфа,УГАЭС 2013. 24 с.

Предназначены для студентов заочной формы обучения всех специальностей.

Аналитическая химия - наука о методах изучения химического состава вещества. Аналитическая химия включает качественный и количественный анализ. Качественный анализ позволяет оп­ределять и идентифицировать состав вещества. Количествен­ный анализ - определять содержание различных ком­понентов в анализируемой системе.

В качественном и количественном анализе используют хими­ческие, физические и физико-химические методы исследования. Химические методы анализа основаны на способности веществ вступать в химические взаимодействия. Физические методы основаны на измерении ка­ких-либо физических параметров веществ. Физико-химические методы основаны на наблюдении за изменением физических свойств веществ, которые происходят в результате химической реакции.

В качественном анализе для обнаружения ионов и молекул используют химические и физико-химические методы.

При количественных определениях применяются хи­мические методы (титриметрический и гравиметрический), фи­зические и физико-химические (атомная и молекулярная абсорбцион­ная спектроскопия, эмиссионный спектральный анализ, флуориметрия, поляриметрия,рефрактометрия, кондуктометрия, потенциометрия; полярография, кулонометрия, хроматография и т.д.). Несмотря на преимущества, которые имеют физические и физико-химические методы по сравнению с химическими методами количественного ана­лиза, последний широко используются в практике научно-исследова­тельских и заводских лабораторий. Это объясняется простотой методики эксперимента и сочетанием правиль­ности и воспроизводимости результатов анализа.

В настоящем пособии основное внимание уделено химическим методам количественного анализа, имеющим наибольшее значение для работников пищевых предприятий.

Пособие состоит из трех разделов:

1)равновесия в растворах труднорастворимых соединений;

2)гравиметрический анализ;

3)титриметрический анализ.

В начале каждого раздела кратко изложена теория, даны при­меры решения задач. В конце каждого раздела приведены контроль­ные вопросы и задачи для выполнения контрольной работы. Варианты контрольных работ и справочные таблицы помещены в конце пособия.

Равновесия в растворах малорастворимых соединений. Растворимость и произведение растворимости.

Ионные равновесия, связанные с образованием осадков, явля­ются обратимыми, подчиняются закону действующих масс и характеризуются константой равновесия, которую принято называть произведением растворимости (ПР). Произведение растворимости - посто­янная величина. Она равна произведению активностей ионов в насы­щенном растворе малорастворимого электролита.

Например, при образовании осадка хлорида серебра имеет место равновесие, которое описывается уравнением:

AgCl «Аg⁺ + Сl^-

Для приближенных раcчетов произведение растворимости AgCl можно записать в виде следующего выражения:

ПР(AgCl)=[Ag⁺] +[Cl^-],

так как молярные концентрации ионов в данном случае мало отлича­ются от их активностей. Таким образом, для любой труднораствори­мой соли М_p A_q можно записать в общем виде:

ПР (М_pА_q) =[M]^p + [A]^q

По опытным данным о растворимости труднорастворимых элект­ролитов рассчитывают их произведение растворимости или на осно­вании табличных данных о произведении растворимости решают об­ратную задачу. При этом необходимо, помнить, что растворимость вещества может быть выражена в любых единицах измерения, а ПР рассчитывается только по концентрациям, выраженным в моль/дм³ или в моль/л.

Все вычисления, связанные с образованием и растворением осадков, выполняют по следующей схеме:

- составляют уравнения диссоциации электролитов;

- составляют ионные уравнения образования осадков;

- записывают выражение ПР в соответствии с ионным уравнени­-
ем, описывающим образование осадка и находят значение ПР по таб­-
лице;

- вычисляют значения равновесных концентраций ионов по за­-
данным концентрациям сильных электролитов или с учетом К_дис. для
слабых электролитов;

- сопоставляя заданные концентрации и условия задачи, составляют алгебраическое уравнение, по которому определяют искомую величину.

Пример1. Вычислить ПР (BaSO₄), если его растворимость равна 2,33 мг/л.

Решение: Для вычисления ПР (BaS0₄)= [Ва²⁺]•[SO ] необходимо рассчитать концентрацию BaS0₄ в моль/л. Для этого нужно весовое колическтво соли BaSQ₄, равное 2,33 мг, выразить в молях, для чего данное его весовое количество надо разделить на мольную массусульфата бария, т.е. 233,4 г/мол:

0,00233г : 233,4 г/моль=10^-5 моль.

Поскольку концентрация соли BaS0₄ очень мала, то соль в растворе диссоциирована полностью и тогда концентрация ионов Ba²⁺ и S0 будет равна 10^-5 моль/л. Соответственно, произведение
растворимости

ПР(BaSO )= [Ва²⁺]•[SO ]= 10^-5 • 10^-5 = 10^-10.

Пример 2. Вычислить растворимость СаСО₃ в граммах на 100 г насыщенного раствора, если ПР(СаСОз) =1,7•10 ^-8.

Решение: Записываем уравнение образования осадка:

Сa²⁺ + CO = CaCO₃

Согласно уравнению [Сa ²⁺]•[ CO ]= В насыщенном растворе СаСОз равновесные концентрации Са²⁺ и CO равны; обозначим эту концентрацию "х", т.е. [Сa ²⁺]•[ CO ] =х. Тогда

[Сa ²⁺]•[ CO ]=1,7•10 ^-8 = х², откуда

х== 1,3•10^-4моль/л.

Следовательно, и концентрация СаСОз в насыщенном растворе равна 1,3•10^-4 моль/л. Растворимость "а" СаСОз в г получим, умножив мольную концентрацию на молекулярную массу соли:

а=1,3•10^-4•100=1,3•10^-2 г/л, или 1,3•10^-4 /10=1,3•10^-3 г/100см³ .

Принимая плотность очень разбавленного раствора равной 1 г/см³, получим, что растворимость СаСОз равна 1,3•10^-4г на 100 г раствора.

Радение данной задачи носит приближенный характер.