Расчет условий растворения и осаждения осадков

Из постоянства произведения концентраций ионов в насыщенном растворе в заданных условиях вытекают два следствия, позволяющие рассчитать условия осаждения (растворения) осадка.

Увеличение в растворе концентрации одного из ионов осадка, приводит к уменьшению концентрации в растворе других ионов, поэтому растворимость соединения A_mB_n в присутствии одноименного иона (например, В) равна

Если произведение концентраций ионов в растворе меньше произведения растворимости, осадок растворяется, и, наоборот, осадок выпадает, если произведение концентраций ионов превышает произведение растворимости.

Это позволяет решать практически важные задачи: находить условия количественного осаждения малорастворимого соединения, условия начала образования осадка или условия, при которых осадок не выпадает.

ПРИМЕР 9. Рассчитайте рН начала осаждения гидроксида магния из 0.010 М раствора хлорида магния.

Решение. Осадок начнет осаждаться, когда величина [Mg²⁺][OH^-]² превысит значение К_s(Mg(OH)₂).

Для упрощения расчетов примем γ(Mg²⁺) и γ(ОН^-) равными единице. Тогда

ПРИМЕР 10. Рассчитайте рН количественного осаждения карбоната бария 0.5 М раствором карбоната аммония.

Решение. Условие количественного осаждения – снижение концентрации осаждаемого иона в растворе до 1·10^{-6 М. Таким образом, задача сводится к отысканию условий, при которых равновесная концентрация карбонат-иона в растворе удовлетворяет величине произведения растворимости.}

Принимая коэффициенты активности равными единице, рассчитаем равновесную концентрацию карбонат-иона, необходимую для полного осаждения:

Равновесная концентрация карбонат-иона связана с общей концентрацией карбоната аммония соотношением:

где а (СО₃^2-) – коэффициент зависящий от рН

По условиям задачи

Таким образом,

ПРИМЕР 11. Выпадет ли осадок сульфида кадмия, если через раствор, содержащий 1·10^{-3 М кадмия и 1 М соляной кислоты, пропустить до насыщения сероводород (С(H}₂S) = 0.1 М)?

Решение. Запишем условие образования осадка сульфида кадмия

Поскольку в вышеуказанных условиях осаждения протекают конкурирующие реакции и с участием иона кадмия

и с участием сульфид-иона

то при I ≈ 0 условие образования осадка надо записать так:

Запишем уравнение материального баланса

По таблицам находим β₁ = 1.12·10², β₂ = 3.98·10², β₃ = 2.51·10², β₄ = 7.94·10². Находим a(Cd²⁺) и a(S^2-) в 1 М НС1:

Следовательно,

Поскольку найденная величина меньше, чем 7.94·10^-27, осадок не выпадает.

Задачи

1. Рассчитайте растворимость хромата серебра:

а) при ионной силе, равной нулю;

б) в 0.010 М растворе нитрата калия.

2. Рассчитайте растворимость фосфата цинка:

а) при ионной силе, равной нулю;

б) в 0.05 М растворе хлорида калия;

в) в 0.05 М растворе хлорида аммония.

3. Рассчитайте растворимость гидроксида магния:

а) при ионной силе, равной нулю;

б) в 0.05 М растворе хлорида калия;

в) в 0.05 М растворе хлорида аммония.

4. Рассчитайте растворимость хромата бария:

а) при ионной силе, равной нулю;

б) при рН 4.0 (образованием Cr₂O₇^2- пренебречь).

5. Выпадет ли осадок сульфата стронция, если к 1 мл 0.010 М раствора нитрата стронция добавить равный объем насыщенного раствора сульфата кальция?

6. Рассчитайте рН полного осаждения оксалата кальция 0.100 М раствором оксалата аммония.

7. Рассчитайте рН полного осаждения гидроксида магния.

8. Рассчитайте растворимость MgNH₄PO₄ в 0.10 М растворе хлорида аммония.

9. Можно ли разделить магний и железо (III) осаждением в виде гидроксидов из раствора, содержащего по 0.010 М хлорида железа(III) и магния?

10. Почему фосфат кальция растворяется в 0.1 М уксусной кислоте, а фосфат железа(III) не растворяется?

Контрольные вопросы

1. Выведите формулу произведения растворимости.

2. Что называется термодинамическим произведением растворимости? От каких факторов зависит его величина?

3. Как влияет одноименный ион на растворимость осадка? Изобразите эту зависимость графически.

4. Почему при выделении осадка следует избегать большого избытка осадителя?

5. Как влияют электролиты на растворимость осадка?

6. Что называется реальным произведением растворимости? В каких условиях реальное произведение растворимости является константой?

7. Как влияют конкурирующие химические реакции на растворимость осадка?

8. Что называется условным произведением растворимости? От каких факторов зависит его величина?

9. Выведите формулу для расчета растворимости соединения A_mB_n.

10. В каких случаях по величинам произведений растворимости можно сравнивать растворимость малорастворимых соединений?

11. Сформулируйте условия образования и растворения осадка.

12. Как влияет температура на растворимость осадка?

13. Почему растворимость в одних случаях с повышением температуры увеличивается, а в других уменьшается?

14. Каковы причины растворимости малорастворимых соединений: а) в кислотах; б) в щелочах?

15. Как рассчитать константу равновесия реакции растворения малорастворимого соединения в кислоте?

16. Что такое фракционное осаждение? Приведите примеры.

17. Сравните влияние электростатических взаимодействий ионов и конкурирующих химических реакций на растворимость осадков.

18. Растворяется ли MgNH₄PO₄ в кислотах? Какие продукты образуются в зависимости от силы кислоты?

19. Почему в уксуснокислой среде из смеси катионов бария, стронция и кальция в осадок выпадает только хромат бария? Как добиться полноты осаждения хромата бария?

20. Почему при действии бихромата калия на раствор соли бария выпадает хромат бария?

21. Почему хромат бария растворяется в уксусной кислоте при нагревании? В чем можно растворить хромат стронция? Как зависит состав раствора от силы кислоты?

22. В чем растворяется хромат стронция? Как зависит состав раствора от силы кислоты?