Загрузить PDF
Загрузить PDF
Понятие растворимости используется в химии для описания свойств твердого вещества, которое смешивается с жидкостью и растворяется в ней. Полностью растворимы лишь ионные (заряженные) соединения. Для практических нужд достаточно помнить несколько правил или уметь найти их, чтобы при случае воспользоваться ими и узнать, растворятся или нет те или иные ионные вещества в воде. Фактически, в любом случае растворяется некоторое количество атомов, даже если изменения не заметны, поэтому для проведения точных экспериментов иногда требуется вычислить это количество.
-
1
Узнайте больше об ионных соединениях. В нормальном состоянии каждый атом имеет определенное число электронов, но иногда он может захватить дополнительный электрон или потерять свой.[1]
В результате образуется ион, который имеет электрический заряд. Если ион с отрицательным зарядом (дополнительным электроном) встречает ион с положительным зарядом (без электрона), они связываются вместе, подобно противоположным полюсам двух магнитов. В результате образуется ионное соединение.- Ионы с отрицательным зарядом называются анионами, а ионы с положительным зарядом — катионами.
- В нормальном состоянии количество электронов в атоме равно числу протонов, в результате чего атом электрически нейтрален.
-
2
Узнайте больше о растворимости. Молекулы воды (H2O) обладают своеобразной структурой, что делает их похожими на магнит: с одного конца они имеют положительный, а со второго — отрицательный заряд. При помещении в воду ионного соединения эти водяные «магниты» собираются вокруг его молекул и стремятся оттянуть положительные и отрицательные ионы друг от друга. Молекулы некоторых ионных соединений не очень прочны, и такие вещества растворимы в воде, так как молекулы воды оттягивают ионы друг от друга и растворяют их. В других соединениях ионы связаны крепче, и они нерастворимы, поскольку молекулы воды не в состоянии растащить ионы в стороны.[2]
- В молекулах некоторых соединений внутренние связи сравнимы по силе с действием молекул воды. Такие соединения называют слабо растворимыми, поскольку значительная часть их молекул диссоциирует, хотя другие остаются не растворенными.
-
3
Изучите правила растворимости. Поскольку взаимодействие между атомами описывается довольно сложными законами, не всегда можно сразу сказать, какие вещества растворяются, а какие нет. Найдите один из ионов соединения в приведенном ниже описании того, как обычно ведут себя различные вещества. После этого обратите внимание на второй ион и проверьте, не относится ли данное вещество к исключениям из-за необычного взаимодействия ионов.
- Предположим, вы имеете дело с хлоридом стронция (SrCl2). Найдите в перечисленных ниже шагах (они выделены жирным шрифтом) ионы Sr и Cl. Cl обычно растворим; после этого загляните в приведенные ниже исключения. Ионы Sr там не упомянуты, так что соединение SrCl должно растворяться в воде.
- Ниже соответствующих правил приведены наиболее распространенные исключения. Существуют и другие исключения, однако вы вряд ли столкнетесь с ними на уроках химии или в лаборатории.
-
4
Соединения растворимы, если в их состав входят ионы щелочных металлов, то есть Li+, Na+, K+, Rb+ и Cs+. Это элементы группы IA таблицы Менделеева: литий, натрий, калий, рубидий и цезий. Почти все простые соединения этих элементов растворимы.
- Исключение: соединение Li3PO4 нерастворимо.
-
5
Соединения ионов NO3–, C2H3O2–, NO2–, ClO3– и ClO4– растворимы. Их называют соответственно ионами нитратов, ацетатов, нитритов, хлоратов и перхлоратов. Ион ацетата часто обозначают аббревиатурой OAс.[3]
- Исключения: Ag(OAc) (ацетат серебра) и Hg(OAc)2 (ацетат ртути) нерастворимы.
- AgNO2– и KClO4– лишь слабо растворимы.
-
6
Соединения ионов Cl–, Br– и I– обычно растворимы. Ионы хлора, брома и йода образуют соответственно хлориды, бориды и йодиды, которые называют солями галогенов. Эти соли почти всегда растворимы.
- Исключение: если вторым ионом в паре является ион серебра Ag+, ртути Hg22+ или свинца Pb2+, соль нерастворима. Это же верно и для менее распространенных галогенов с ионами меди Cu+ и таллия Tl+.
-
7
Соединения иона SO42- (сульфаты) обычно растворимы. Как правило, сульфаты растворяются в воде, однако существует несколько исключений.
- Исключения: нерастворимы сульфаты следующих ионов: стронция Sr2+, бария Ba2+, свинца Pb2+, серебра Ag+, кальция Ca2+, радия Ra2+ и двухвалентного серебра Hg22+. Учтите, что сульфат серебра и сульфат кальция все же немного растворяются в воде, и иногда их считают слегка растворимыми веществами.
-
8
Соединения OH– и S2- нерастворимы в воде. Это соответственно ионы гидроксида и сульфида.
- Исключения: помните о щелочных металлах (группа IA) и о том, что почти все их соединения растворимы? Так вот, ионы Li+, Na+, K+, Rb+ и Cs+ образуют растворимые гидроксиды и сульфиды. Кроме того, растворимы соли кальция Ca2+, стронция Sr2+ и бария Ba2+ (группа IIA). Учтите, что значительная часть молекул гидроксидов этих элементов все же не растворяется, поэтому иногда их считают слабо растворимыми.
-
9
Соединения ионов CO32- и PO43- нерастворимы. Эти ионы образуют карбонаты и фосфаты, которые обычно не растворяются в воде.
- Исключения: данные ионы образуют растворимые соединения с ионами щелочных металлов: Li+, Na+, K+, Rb+ и Cs+, а также с аммонием NH4+.
Реклама
-
1
Найдите произведение растворимости Ksp (это постоянная величина). Каждое соединение имеет свою константу Ksp. Ее значения для различных веществ приведены в справочниках и на сайте (на английском языке). Значения произведения растворимости определяются экспериментально и они могут значительно отличаться друг от друга в различных источниках, поэтому лучше пользоваться таблицей для Ksp в вашем учебнике химии, если такая таблица там есть. Если не указано другого, в большинстве таблиц приводится произведение растворимости при температуре 25ºC.
- К примеру, если вы растворяете иодид свинца PbI2, найдите для него произведение растворимости. На сайте bilbo.chm.uri.edu указано значение 7,1×10–9.
-
2
Запишите химическое уравнение. Сначала определите, на какие ионы распадется молекула вещества при растворении. Затем запишите уравнение с Ksp с одной стороны и соответствующими ионами с другой.
- В нашем примере молекула PbI2 расщепляется на ион Pb2+ и два иона I–. При этом достаточно установить заряд лишь одного иона, так как в целом раствор будет нейтральным.
- Запишите уравнение: 7,1×10–9 = [Pb2+][I–]2.
-
3
Преобразуйте уравнение так, чтобы решить его. Перепишите уравнение в простом алгебраическом виде. Используйте при этом то, что вам известно о количестве молекул и ионов. Подставьте вместо числа атомов растворяемого соединения неизвестную величину х и выразите количество ионов через х.
- В нашем примере необходимо переписать следующее уравнение: 7,1×10–9 = [Pb2+][I–]2.
- Поскольку в соединение входит лишь один атом свинца (Pb), число растворенных молекул будет равняться количеству свободных ионов свинца. Таким образом, мы можем приравнять [Pb2+] и x.
- Поскольку на каждый ион свинца приходится два иона йода (I), число атомов йода следует приравнять 2x.
- В результате получается уравнение 7,1×10–9 = (x)(2x)2.
-
4
При необходимости учтите общие ионы. Пропустите данный шаг, если вещество растворяется в чистой воде. Однако если вы используете раствор, который уже содержит один или более интересующих вас ионов (общих ионов), растворимость может значительно снизиться.[4]
Эффект общих ионов особенно заметен для слабо растворимых веществ, и в подобных случаях можно предполагать, что подавляющее большинство растворенных ионов уже присутствовали в растворе ранее. Перепишите уравнение и учтите в нем известные молярные концентрации (молей на литр, или M) уже растворенных ионов. Откорректируйте неизвестные величины х для этих ионов.[5]
- Например, если иодид свинца уже присутствует в растворе с концентрацией 0,2M, следует переписать уравнение следующим образом: 7,1×10–9 = (0,2M+x)(2x)2. Поскольку величина 0,2M намного больше x, можно записать уравнение в виде 7,1×10–9 = (0,2M)(2x)2.
-
5
Решите уравнение. Найдите величину x, чтобы узнать, насколько растворимо данное соединение. Ввиду определения произведения растворимости ответ будет выражен в молях растворенного вещества на литр воды. Для вычисления конечного результата может понадобиться калькулятор.
- Для растворения в чистой воде, то есть при отсутствии общих ионов, находим:
- 7,1×10–9 = (x)(2x)2
- 7,1×10–9 = (x)(4x2)
- 7,1×10–9 = 4x3
- (7,1×10–9)/4 = x3
- x = ∛((7,1×10–9)/4)
- x = 1,2 x 10-3 молей на литр воды. Это очень малое количество, поэтому данное вещество практически нерастворимо.
Реклама
Что вам понадобится
- Таблица произведений растворимости (Ksp) различных соединений.
Советы
- Если имеются экспериментальные данные о растворимости соединения, можно использовать то же уравнение для того, чтобы вычислить произведение растворимости Ksp для данного вещества.[6]
Реклама
Предупреждения
- Несмотря на отсутствие общепринятого согласия насчет терминов, химики согласны относительно большинства веществ. Разногласия могут возникнуть лишь в случае немногих соединений, для которых в различных таблицах приведены разные значения.
- В некоторых довольно старых справочниках соединение NH4OH отнесено к растворимым. Это неверно: хотя и можно выявить ионы NH4+ и OH– в малых количествах, их нельзя выделить, чтобы получить соединение.[7]
Реклама
Об этой статье
Эту страницу просматривали 31 332 раза.
Была ли эта статья полезной?
Растворимость (Р, χ или ks) – это характеристика насыщенного раствора, которая показывает, какая масса растворенного вещества может максимально раствориться в 100 г растворителя. Размерность растворимости — г/ 100 г воды. Поскольку мы определяем массу соли, которая приходится на 100 г воды, в формулу растворимости добавляем множитель 100:
здесь mр.в. – масса растворенного вещества, г
mр-ля – масса растворителя, г
Иногда используют обозначение коэффициент растворимости kS.
Задачи на растворимость, как правило, вызывают сложности, так как эта физическая величина для школьников не очень привычна.
Растворимость веществ в различных растворителях меняется в широких пределах.
В таблице приведена растворимость некоторых веществ в воде при 20oС:
|
Вещество |
Растворимость, г на 100 г H2O |
Вещество |
Растворимость, г на 100 г H2O |
|
NH4NO3 |
177 |
H3BO3 |
6 |
|
NaCl |
36 |
CaCO3 |
0,0006 |
|
NaHCO3 |
10 |
AgI |
0,0000002 |
От чего же зависит растворимость веществ? От ряда факторов: от природы растворенного вещества и растворителя, от температуры и давления. В справочных таблицах предлагается вещества делят на хорошо растворимые, малорастворимые и нерастворимые. Такое деление очень условное, поскольку абсолютно нерастворимых веществ нет. Даже серебро и золото растворимы в воде, однако их растворимость настолько мала, что можно пренебречь ей.
Зависимость растворимости от природы растворенного вещества и растворителя*
Растворимость твердых веществ в жидкостях зависит от структуры твердого вещества (от типа кристаллической решетки твердого вещества). Например, вещества с металлическими кристаллическими решетками (железо, медь и др.) очень мало растворимы в воде. Вещества с ионной кристаллической решеткой, как правило, хорошо растворимы в воде.
Есть замечательное правило: “подобное хорошо растворяется в подобном”. Вещества с ионным или полярным типом связи хорошо растворяются в полярных растворителях. Например, соли хорошо растворимы в воде. В то же время неполярные вещества, как правило, хорошо растворяются в неполярных растворителях.
Большинство солей щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде. Хорошо растворимы почти все нитраты, нитриты и многие галогениды (кроме галогенидов серебра, ртути, свинца и таллия) и сульфаты (кроме сульфатов щелочноземельных металлов, серебра и свинца). Для переходных металлов характерна небольшая растворимость их сульфидов, фосфатов, карбонатов и некоторых других солей.
Растворимость газов в жидкостях также зависит от их природы. Например, в 100 объемах воды при 20oС растворяется 2 объема водорода, 3 объема кислорода. В тех же условиях в 1 объеме Н2О растворяется 700 объемов аммиака.
Влияние температуры на растворимость газов, твердых веществ и жидкостей*
Растворение газов в воде вследствие гидратации молекул растворяемого газа сопровождается выделением теплоты. Поэтому при повышении температуры растворимость газов понижается.
Температура различным образом влияет на растворимость твердых веществ в воде. В большинстве случаев растворимость твердых веществ возрастает с повышением температуры. Например, растворимость нитрата натрия NaNO3 и нитрата калия КNO3 при нагревании увеличивается (процесс растворения протекает с поглощением теплоты). Растворимость NaCl при увеличении температуры возрастает незначительно, что связано с почти нулевым тепловым эффектом растворения поваренной соли.
Влияние давления на растворимость газов, твердых веществ и жидкостей*
На растворимость твердых и жидких веществ в жидкостях давление практически не оказывает влияния, так как изменение объема при растворении невелико. При растворении газообразных веществ в жидкости происходит уменьшение объема системы, поэтому повышение давления приводит к увеличению растворимости газов. В общем виде зависимость растворимости газов от давления подчиняется закону У. Генри (Англия, 1803 г.): растворимость газа при постоянной температуре прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.
Закон Генри справедлив лишь при небольших давлениях для газов, растворимость которых сравнительно невелика и при условии отсутствия химического взаимодействия между молекулами растворяемого газа и растворителем.
Влияние посторонних веществ на растворимость*
В присутствии в воде других веществ (солей, кислот и щелочей) растворимость газов уменьшается. Растворимость газообразного хлора в насыщенном водном растворе поваренной соли в 10 раз меньше. Чем в чистой воде.
Эффект понижения растворимости в присутствии солей называется высаливанием. Понижение растворимости обусловлено гидратацией солей, что вызывает уменьшение числа свободных молекул воды. Молекулы воды, связанные с ионами электролита, уже не являются растворителем для других веществ.
Примеры задач на растворимость
Задача 1. Массовая доля вещества в насыщенном растворе равна 24% при некоторой температуре. Определите коэффициент растворимости этого вещества при данной температуре.
Решение:
Для определения растворимости вещества примем массу раствора равной 100 г. Тогда масса соли равна:
mр.в. = mр-ра⋅ωр.в. = 100⋅0,24 = 24 г
Масса воды равна:
mводы = mр-ра – mр.в. = 100 — 24 = 76 г
Определяем растворимость:
χ = mр.в./mр-ля⋅100 = 24/76⋅100 = 31,6 г вещества на 100 г воды.
Ответ: χ = 31,6 г
Еще несколько аналогичных задач:
2. Массовая доля соли в насыщенном растворе при некоторой температуре равна 28,5%. Определите коэффициент растворимости вещества при этой температуре.
3. Определите коэффициент растворимости нитрата калия при некоторой температуре, если массовая доля соли при этой температуре равна 0,48.
4. Какая масса воды и соли потребуется для приготовления 500г насыщенного при некоторой температуре раствора нитрата калия, если его коэффициент растворимости при этой температуре равен 63,9г соли в 100г воды?
Ответ: 194,95 г
5. Коэффициент растворимости хлорида натрия при некоторой температуре составляет 36г соли в 100г воды. Определите молярную концентрацию насыщенного раствора этой соли, если плотность раствора 1,2 г/мл.
Ответ: 5,49М
6. Какая масса соли и 5% раствора её потребуется для приготовления 450г насыщенного при некоторой температуре раствора сульфата калия, если его коэффициент растворимости при этой температуре равен 439г/1000г воды?
7. Какая масса нитрата бария выделится из раствора, насыщенного при 100ºС и охлаждённого до 0ºС, если во взятом растворе было 150мл воды? Коэффициент растворимости нитрата бария при температурах 0ºС и 100ºС равен соответственно 50г и 342г в 100г воды.
8. Коэффициент растворимости хлорида калия при 90ºС равен 500г/л воды. Сколько граммов этого вещества можно растворить в 500г воды при 90ºС и какова его массовая доля в насыщенном растворе при этой температуре?
9. В 500г воды растворено при нагревании 300г хлорида аммония. Какая масса хлорида аммония выделится из раствора при его охлаждении до 50ºС, если коэффициент растворимости соли при этой температуре равен 50г/л воды?
* Материалы портала onx.distant.ru
Растворимость. Произведение растворимости
Растворение
вещества в заданном количестве
растворителя происходит до состояния
насыщения.
Насыщенный раствор
–
раствор, находящийся в динамическом
равновесии с растворяющимся веществом.
Молярная концентрация растворенного
вещества в насыщенном растворе называется
растворимостью
этого вещества при данной температуре
Р(х) = См(х).
При растворении электролита, например,
соли, в раствор переходят не молекулы,
а ионы. В этом случае в насыщенном
растворе равновесие устанавливается
между солью в кристаллическом состоянии
и ионами, перешедшими в раствор:
СаСО3(кр)
=
Ca2++
СО32-.
Константа равновесия
этого процесса:
Крав.
=
[Ca2+]
•
[СО32-]/
[СаСО3(кр)]
Концентрация
СаСО3(кр)
является величиной постоянной, тогда
Крав.
• [СаСО3(кр)]
=
[Ca2+]
•
[СО32-]
=
ПР или ПР
=
(P(x))2.
ПР – называется
произведением растворимости
труднорастворимого электролита (ТРЭ).
При постоянной
температуре в насыщенном растворе
электролита произведение концентраций
ионов с учетом стехиометрических
коэффициентов в уравнении диссоциации
есть величина постоянная при. Значения
ПР для известных ТРЭ помещены в справочник.
Для
ТРЭ типа А2В3
=
2А+3
+
3В2-
выражение для произведения растворимости
имеет вид:
ПР
=
[Аа+]2
•
[Вв-]3
=
[2Р(х)]2
•
[3Р(х)]3
= 108
Р(х)5.
Исходя из значений
ПР можно количественно оценить условия
образования и растворения осадков,
рассчитать растворимость Р(х) и молярную
концентрацию ионов электролита в его
насыщенном растворе (см. таблицу ниже).
При увеличении
концентрации одного из ионов ТРЭ в его
насыщенном растворе (например, путем
введения хорошо растворимого электролита,
содержащего тот же ион) произведение
концентраций ионов электролита (ПК)
становится больше ПР. При этом равновесие
между твердой фазой и раствором смещается
в сторону образования осадка.
Условием
образования осадка является превышение
произведения концентраций ионов
малорастворимого
электролита
над его произведением растворимости,
т.е.
ПК
> ПР.
Например,
если в насыщенный раствор AgCI
добавить сильный
электролит KCI,
то
появление в растворе одноименного иона
(CI–)
приводит к смещению равновесия в сторону
образования
осадка (←).
Когда устанавится
новое равновесие, при котором произведение
концентраций ионов электролита вновь
становится равным ПР, то в растворе
появится осадок,
концентрация ионов Ag+
будет меньше, а концентрация ионов CI–
– больше, чем было до добавления KCI.
AgCI↓
<=> AgCI <=> Ag+
+ CI–
Осадок нас.р-р
раствор
Напротив, если в
насыщенном растворе электролита
уменьшить концентрацию одного из ионов
(например, связав его каким-либо другим
ионом), произведение концентраций ионов
будет меньше значения ПР, раствор станет
ненасыщенным, а равновесие между жидкой
фазой и осадком сместится в сторону
растворения осадка (→).
Условием
растворения
осадка малорастворимого электролита
является недонасыщение раствора, т.е
при условии, когда произведение
концентраций его ионов меньше значения
ПР
т.е.
ПК
< ПР.
Пример
1.
Растворимость Аg3РО4
в воде при
20°C равна
0.0065 г/л.
Рассчитайте значение ПР (Аg3РО4).
Решение.
Растворимость Аg3РО4
или молярная концентрация соли в
насыщенном
растворе, равна:
т
(Аg3РО4)
0.0065
Р
(Аg3РО4)
= ——————————— = ——————
=
l,6
•l0-5
моль/л
М
(Аg3РО4)
• V(z)
418,58 • 1
Диссоциации
фосфата серебра идет по уравнению:
Аg3РО4
=
3Ag+
+
РО43–.
Видно,
что из
1
моля соли образуется
3
моля ионов
Ag+
и
1
моль ионов
Р043–,
поэтому [Р043–]
=
P(x), a [Ag+]
=
3Р(х).
Отсюда находим ПР:
ПР
=
[Ag+]3
•
[РО43–]
=
(3Р)3
•
Р
= (4,8 •10-5)
3
•l,6•10–5
=
1,77
•10–18.
Пример
2.
Произведение растворимости йодида
свинца при 20°С равно
8•10–9.
Вычислить
растворимость соли (в моль/л и в г/л) при
указанной
температуре.
Решение.
Обозначим искомую растворимость через
Р
(моль/л). Тогда в насыщенном растворе
РbI2
содержится
Р
моль/л ионов Рb2+
и
2Р
моль/ л ионов
I–.Отсюда
ПР(РbI2)
=
[Рb2+]
[I–]2
= Р(2Р)2
=
4 Р3
и
Р
= (
ПР(РbI2)/4
)1/3
=
(
8
•
10-9/
4)1/3
= 1,3
10-3
моль/л.
Молярная
масса РbI2
равна
461
г/моль, поэтому растворимость РbI2,
выраженная в г/л, составит 1,3
10-3
моль/ л • 461 г/ моль = 0,6
г/л.
Пример
3.
Во сколько раз растворимость оксалата
кальция СаС2О4
в
0,1
М
растворе оксалата аммония
(NH4)2С2О4
меньше, чем в воде? Диссоциацию оксалата
аммония на ионы считать полной.
Решение.
Вычислим сначала растворимость оксалата
кальция в воде. Обозначив концентрацию
соли в насыщенном растворе через
Р
(моль/ л), можем записать:
ПР(СаС2О4)
=
[Са2+]
[С2О42-]
= Р2
.
Отсюда,
используя значение ПР(СаС2О4)=
2 10-9,
Р
=
(ПР(СаС2О4)1/2
=
( 2
10-9
)1/2
=
4,5 •
10-5
моль/л.
Теперь
найдем растворимость той же соли в
0,1
М раствора (NH4)2С2О4;
обозначим ее через
Р‘.
Концентрация ионов Са2+
в насыщенном растворе тоже будет равна
Р’,
а концентрация ионов С2О42-составит
(0,1 + Р’).
Поскольку
Р‘<<0,1,
то
величиной
Р’
по сравнению с
0,1М
можно пренебречь и считать, что [С2О42-]
= 0,1
моль/л. Тогда можно записать:
ПР(СаС2О4)
= 2
•10-9
= Р’
•
0,1
и
Р’
= 2 •
10-9/
0,1
=
2 •
10-8
моль/л.
Таким
образом, в присутствии (NH4)2С2О4
растворимость СаС2О4
уменьшилась в
4,5•10-5
/
(2•10-8)
раз,т. е. приблизительно в
2200
раз.
Пример
4.
Смешаны равные объемы
0,01
М. растворов хлорида кальция и сульфата
натрия. Образуется ли осадок сульфата
кальция?
Решение.
Найдем произведение концентраций ионов
Са2+
и
SO42-
и сравним его с произведением растворимости
сульфата кальция. Исходные молярные
концентрации растворов
CaCl2
и
Na2S04
одинаковы и равны
0,01
моль/л. Поскольку при смешении исходных
растворов общий объем раствора вдвое
возрастет, то концентрации ионов [Са2+]
и
[SО42-]
вдвое уменьшатся по сравнению с исходными.
Таким
образом, [Са2+]
=
[SО42-]
=
0,005 = 5 •
10–3
моль/л.
Находим
произведение концентраций ионов ПК
= [Са2+]
[SО42-]
=
(5 •
10–3)2
= 2,5 •
10–5.
ПР(CaSO4)
=
1,3•10–4.
Найденное значение произведения
концентрации ионов меньше этой величины;
следовательно, раствор
будет
ненасыщенным относительно сульфата
кальция, и осадок не образуется.
Для решения
задач на ПР , ПК, растворимость можно
воспользоваться таблицей, приведенной
ниже.
|
Параметры го раствора |
Тип электролита |
|||
|
АВ |
А2В |
А3В |
А2В32А+3В |
|
|
См (эл-та), моль/л |
Р |
Р |
Р |
Р |
|
См (А), моль/л |
Р |
2 Р |
3 Р |
2 Р |
|
См (В), моль/л |
Р |
Р |
Р |
3 Р |
|
Масса эл-та, г/л |
М(АВ) Р |
М(А2В) |
М(А3В) |
М(А2В3) |
|
Масса (А)эл-та, |
М(А) Р |
2М(А) Р |
3М(А) Р |
2М(А) Р |
|
Масса (В), г/л |
М(В) Р |
М(В) Р |
М(В) Р |
3М(В) Р |
|
ПР электролита |
Из справочника |
Из справочника |
Из справочника |
Из справочника |
|
ПР электролита |
Р2 |
4Р3 |
27Р4 |
108Р5 |
|
Р |
(ПР)1/2 |
(ПР/4)1/3 |
(ПР/27)1/4 |
(ПР/108)1/5 |
ЗАДАЧИ
-
Вычислить
произведение растворимости РbВr2
при 25°С,
если
растворимость соли при этой температуре
равна 1,32
•
10-2
моль/л. -
В
500
мл воды при 18°С растворяется
0,0166
г
Ag2CrО4
.Чему
равно произведение растворимости этой
соли? -
Для
растворения
1,16
г РbI2
потребовалось
2
л воды. Найти
произведение
растворимости соли. -
Исходя
из произведения растворимости карбоната
кальция,
найти
массу СаСО3,
которая содержится в
100
мл его насыщенного
раствора. -
Вычислить
объем воды, необходимый для растворения
при
25°С
1
г
BaSО4. -
Рассчитайте
молярную концентрацию ионов свинца
(Pb2+)
в
насыщенном
растворе иодида свинца. ПР
(PbJ2)
= 10-8. -
Рассчитайте
ПР соли
NiC2O4,
если в
100
мл насыщенного раствора этой соли
содержится
0,001174
г ионов никеля. -
Для
растворения
0,72
г карбоната кальция потребовалось
15
л
воды.
Вычислите ПР карбоната кальция, считая,
что объем раствора равен
объему
растворителя. -
Рассчитайте,
в каком объеме насыщенного раствора
хлорида
свинца
(II)
содержится
0,1
г ионов свинца, ПР
(PbCl2)
= l,6•10-5. -
Рассчитайте
массу кальция в виде ионов Са+2
которая находится
в
500
мл насыщенного раствора сульфата
кальция, ПР (СаSО4)
= 1,3 •
10-4. -
Рассчитайте
массу кальция в виде ионов Са+2
которая находится
в
500
мл насыщенного раствора сульфата
кальция, ПР (СаSО4)
= 1,3 •
10-4. -
Сколько
литров воды потребуется для растворения
0,1
г хлорида
серебра
для получения насыщенного раствора,
ПР
(AgCl) = 1
•
10–10
. -
Выпадет
ли осадок сульфата кальция, если к
200
мл
0,002
молярного раствора хлорида кальция
добавить
2000
мл
0,00001
молярного
раствора
сульфата калия, ПР(СаSО4)
=
10–4. -
14.
Рассчитайте, в каком объеме насыщенного
раствора содержится
0.1
г иодида серебра,
ПP(AgI)=8,3•10-17. -
15.В
насыщенном растворе хромата серебра
молярная концентрация
иона
СrО-2
равна
0.0001
моль/л. Рассчитайте ПР хромата серебра
и молярную концентрацию иона серебра
в этом растворе.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Понятие растворимости, растворения. Процесс растворения. Факторы, влияющие на процесс растворения
Время на прочтение
6 мин
Количество просмотров 15K
В данной статье мы постараемся не только максимально раскрыть теорию растворения, но и обобщить, систематизировать сведения из различных источников о процессе растворения и влиянии внешних факторов на растворимость. Но главная цель статьи — вывести уравнение зависимости растворимости твердых веществ в воде и других жидких растворителях от температуры. Или другими словами, вывести уравнение температурного фактора растворимости твердых веществ.
Процесс растворения — сложный физико-химический процесс, при котором образуется гомогенная термодинамически устойчивая система, называемая раствором. Вещество, в котором растворяется другое вещество или несколько веществ называется растворителем.
Существует множество различных видов и классификаций видов растворов — жидкие, твердые, газообразные, истинные (ионно-молекулярные), коллоидно-дисперсные [5]. Растворяемыми веществами могут быть газы, жидкости и твердые вещества.
В данной статье мы немного сузим задачу — рассмотрим проблему растворимости твердых веществ в жидких растворителях, а также очень поверхностно затронем тему растворимости газов.
Растворимость — способность вещества растворяться в растворителе. Существуют различные меры растворимости. Две наиболее распространенные меры растворимости: по количеству грамм растворенного вещества к количеству грамм растворителя г/100 г. растворителя (m растворяемого/m растворителя); но более удобная — молярная — по количеству вещества в объеме раствора, моль/литр (n растворяемого вещества/V раствора). Однако обе из этих классификации часто используются в литературе.
При растворении твердых веществ в жидкостях протекают следующие процессы:
-
Разрушение кристаллической решетки твердого вещества. Для разрушения кристаллической решетки твердого вещества необходимы затраты энергии. Данный процесс является эндотермическим, для его осуществления необходим приток тепла извне.
-
Диффузия молекул жидкости и молекул твердого вещества. Скорость диффузии определяется скоростью движения молекул, то есть скорость диффузии прямо зависит от температуры. Чем она выше, тем скорее протекает данная стадия [5]:
-
Сольватация — процесс взаимодействия молекул жидкости и молекул твердого вещества (если растворитель — вода, данный процесс называется гидратацией).
Процесс сольватации может быть как эндо-, так и экзотермическим. То есть при взаимодействии молекул растворителя и твердого вещества может как выделяться теплота, так и поглощаться. Следовательно, повышение температуры может как замедлить, так и укорить данную стадию. В данном случае все зависит только от природы молекул растворителя и растворяемого вещества.
В соответствии с источником [2] растворимость твердых веществ определяется следующими факторами:
-
Природа растворителя и природа растворенного вещества. Здесь необходимо отметить, что существуют растворители полярные (вода) и неполярные (бензол). Полярные вещества (например соли минеральных кислот) как правило лучше растворяются в полярных растворителях, неполярные (к примеру гексан, толуол) – в неполярных.
-
На растворимость твердых веществ давление существенно не влияет. Однако растворимость газа напрямую зависит от давления. Согласно закону Генри, растворимость газа прямо пропорциональна давлению газа над жидкостью: [4]:
c = kp, или с ~ p , где
c — молярная концентрация растворенного газа в объеме раствора (моль/литр); p — давление газа над жидкостью (Па); k — константа растворимости газа. Данная константа может зависеть от других факторов, таких как например температура, но не зависит от давления газа над раствором, объема раствора и количества вещества растворенного или растворяемого газа.
В дифференциальной форме уравнение закона Генри выглядит следующим образом:
dc = kdp
-
Температурный фактор. Для большинства твердых веществ растворимость увеличивается с ростом температуры. Исключение могут составить некоторые кристаллогидраты, так как растворение самих кристаллогидратов сопровождается поглощением тепла (эндотермический процесс), но после “освобождения” молекул соли от молекул воды в кристаллогидрате безводные молекулы при гидратации (сольватации) сами могут выделять тепло (экзотермический процесс), тем самым нагревание может тормозить процесс растворения. Яркий тому пример – процесс растворения в воде глауберовой соли Na2SO4·10H2O. Существуют и другие исключения из этого правила. Наша цель – вывести эту зависимость, описав ее математически.
На растворимости газов в воде повышение температуры сказывается негативно. При повышении температуры растворимость газа резко падает. При кипячении из воды выходит весь газ.
Стоит также отметить, что согласно работе [3] на растворение добавок в полиэтилене влияет наличие других добавок – продуктов окисления полиэтилена. То есть на растворимость вещества в растворителе могут влиять и другие примеси. Стоит отметить, что полиэтилен не жидкость, и не твердое кристаллическое вещество, а аморфное. Поэтому его раствор в таком случае сложно назвать жидким или твердым.
Здесь также необходимо отметить, что если речь идет о коллоидном растворе, а не об истинном растворе, то добавление особых примесей – коагулянтов, влечет к выпадению в осадок дисперсной фазы из дисперсной среды – процессу коагуляции [1]. Таким образом, примеси могут влиять на растворимость как положительно, так и отрицательно.
Вывод уравнения(-ий) зависимости растворимости твердых веществ в жидких растворителях от температуры.
Итак, выведем зависимость или зависимости растворимости твердых веществ от температуры. Мы уже знаем, что на растворимость твердых веществ в жидкостях влияет температура. Рассмотрим график из учебного пособия [4].
Как видно из графика, зависимость растворимости нитрата свинца от температуры практически линейная. Так при 20 °С в 100 г воды растворяется около 50 г нитрата свинца. При 40 °С около 70 г, а при 60 °С чуть менее 90 г. Данная зависимость практически линейна:
m = kt + const, при t > 0, где:
m — масса растворяемого вещества, k — коэффициент пропорциональности, t — температура (в градусах Цельсия), const — константа, масса растворяемого вещества, способная раствориться в 100 грамм воды при 0 °С.
Из уравнения мы можем определить коэффициент k, определив его, мы можем выяснить, верно ли предположение о том, что зависимость практически линейная. Кроме того мы сможем оценочно определить массу растворяемого вещества при любой температуре.
m = kt + const
kt = m — const
k = (m — const)/t
Исходя из данных графика видно, что const приблизительно равно 30, при температуре 20 °С масса растворенного в воде нитрата свинца равна примерно 50 г, тогда константа k:
k = (m — const)/t ≈ (50 — 30)/20 ≈ 1
Теперь определим, сколько граммов нитрата свинца может раствориться при температуре 40 °С:
m ≈ kt + const ≈ 1×40 + 30 ≈ 70 г
И действительно, в соответствии с графиком в 100 г воды при температуре 40 °С растворяется около 70 г нитрата свинца. Таким образом, зависимость верна.
Похожая картина и с хлоридом натрия, так как его график так же похож на «прямую».
У нитрата калия график более похож на ветвь параболы:
m = kt2 + const, при t > 0.
Причем const ≈ 15 (приблизительно), а t > 0.
Рассчитаем коэффициент k. При температуре 20 °С в 100 г воды растворяется примерно 30 г нитрата калия:
m = kt2 + const
kt2 = m — const
k = (m — const)/t2 ≈ (30 — 15)/202 ≈ 0,0375
Теперь рассчитаем сколько граммов нитрата может раствориться в 100 г воды при температуре 40 °С, после чего сверим с графиком:
m = kt2 + const = 0,0375×402 + 15 ≈ 75 г
На графике видим, что при 40 °С в 100 г воды растворяется 70-75 г нитрата калия. Таким образом, предположение о правильности зависимости растворения практически верно.
Также очевидно, что размерность коэффициента может различной, для разных графиков. В случае нитрата свинца или хлорида натрия:
k = 1 грамм/°С
В случае же нитрата калия:
k = 1 грамм/°С2
Конечно, для вывода общей закономерности это недостаточно. К примеру, бихромат калия и хлорид ртути на данном графике представляют собой более сложные функции. Поэтому, наиболее обобщенно можно сказать, что:
dm = kdt, при t > 0
То есть, растворимость твердого вещества прямо пропорциональна температуре. Или, дифференциал массы растворяемого вещества есть ничто иное как, произведение коэффициента пропорциональности на дифференциал температуры. Важно учесть, что температура всегда положительная (по Цельсию): t > 0.
Если мы проинтегрируем левую и правую часть выражения dm = kdt, мы получим:
m = kt + const
Мы пришли к примеру, аналогичному зависимости растворимости нитрата свинца. Однако в случае, например с хлоридом ртути, выражение типа m = kt + const будет справедливо только при небольшом интервале температур, к примеру от 20 °С до 40 °С. Для выражения зависимости растворимости хлорида ртути на всех температурных интервалах правильнее будет использовать выражение типа dm = kdt. Само собой разумеется, что речь идет о температурах выше нуля по Цельсию.
Если речь идет не о массе растворенного вещества, а о его молярной концентрации, то уравнение dm = kdt примет вид:
dc = kdt, где:
с — молярная концентрация растворенного вещества (моль/литр). Коэффициент в таком случае будет иметь размерность
k = 1 моль/(литр×°С)
Все остальные операции с молярной концентрацией c аналогичны операциям с массой m, как в уравнениях выше.
Таким образом, зависимость растворимости твердых веществ в воде и в других жидких растворителях прямо пропорциональна температуре (в большинстве случаев), и в общем случае может описываться уравнениями:
dm = kdt
Или
dc = kdt
Литература:
-
Балезин С. А. Основы физической и коллоидной химии / С. А. Балезин, Б. В. Ерофеев, Н. И. Подобаев – М.: Просвещение, 1975. – 398 с.
-
Болдырев А. И. Физическая и коллоидная химия / А. И. Болдырев – М.: Высшая Школа, 1974. – 504 с.
-
Монахова Т. В. Растворимость добавок в полиэтилене и алифатических полиамидах/ Т. В. Монахова, А. П. Марьин, Ю. А. Шляпников // Высокомолекулярные соединения – 1991. – № 11. – С.1306-1310
-
Стась Н.Ф. Химия растворов / Н.Ф. Стась, Л.Д. Свинцова – Томск: Издательство ТПУ, 2006. – 155 с.
-
Телесин Р. В. Молекулярная физика / Р. В. Телесин – М.: Высшая школа, 1965. – 360 с.
Автор статьи: Кошелев Георгий Геннадьевич, учитель химии и физики г.о.г. Выкса.
Редактор статьи: Доронин Дмитрий Олегович, учитель физики, информатики и астрономии г.о.г. Выкса.
По всем вопросам, в том числе вопросам сотрудничества, писать сюда: diomidius89@gmail.com
«Методика решения задач на растворимость и
массовую долю вещества в растворе».
Выполнена учителем химии МБОУ СОШ № 18 г.
Ногинска Московской области Ломать Светланой Петровной.
1. Растворимость
– это способность вещества растворяться в воде или
другом растворителе. Количественно растворимость определяют коэффициентом
растворимости или просто растворимостью вещества.
Растворимость вещества X
(s)
– это масса вещества, которая может раствориться при данных условиях в 100г
растворителя с образованием насыщенного раствора:
S=
m(x)
/ m(H2O)
× 100 (г).
Массовая доля безводного
вещества Х в насыщенном растворе связана с его растворимостью соотношением:
W(X)
= s / s
+100
Для вычисления массы безводного
вещества в определенной массе насыщенного раствора можно вывести формулу:
W(x) = m(x) / m(р–ра)
=> m(x) / m(р–ра)=
s / s + 100 ; откуда
m (x) = (s / s + 100 ) ∙
m(р–ра).
Пример 1. Определите,
какая масса нитрата бария может раствориться в воде объемом 500 мл при 300С.
Растворимость нитрата бария при данной температуре составляет 14,2 г.
Решение:
Плотность воды составляет
1 г/мл, поэтому
m(Н2О)
= 500 ∙ 1 = 500 г.
Определяем массу нитрата
бария.
По формуле:
s = m(Ba(NO3)2) / m(H2O) ∙ 100 =>
ð m(Ba(NO3)2)
= s ∙ m(H2O) / 100 = 14,2 ∙ 500 / 100 = 71г.
Ответ:
m(Ba(NO3)2)
=71 г.
Пример 2. Массовая
доля хлорида аммония в насыщенном растворе при 300С
. равна 29,5%. Определите растворимость NH4Cl
при данной температуре.
Решение:
1. Вычисляем
массу соли в растворе массой 100г:
m(NH4Cl)
= m(р-ра)
∙ w(NH4Cl)
= 100 ∙ 0,295 = 29,5 г.
2.
Находим массу воды в растворе массой 100
г:
m(H2O)
= m(р-ра)
– m(NH4Cl)
= 100 -29,5 =70,5 г
3.
Определяем растворимость NH4Cl.
S30
= m(NH4Cl) / m(H2O) ∙ 100 = 29,5 / 70,5 ∙ 100 = 41,84 г.
Ответ:
S30
= 41,84 г.
Пример 3. Вычислите,
какая масса нитрата калия выпадет в осадок, если 100
г . насыщенного при температуре
700С раствора KNO3
охладить до температуры 00С. .
Растворимость нитрата калия составляет 138г при t0=700
и 13,3г при t0
ρ=00C.
Решение:
1. Находим
массу соли в насыщенном растворе массой 100 г при 700С.
По формуле: s70
= m70(KNO3)
/ m(H2O)
∙ 100 = m70(KNO3)
/ (m(р-ра)
– m70(KNO3))
∙100 => m70(KNO3)
= (s70
∙ (m(р-ра)
– m70(KNO3))
/ 100 = 138 ∙ ( 100 – m70(KNO3))
/ 100 ; отсюда m70(KNO3)
= 57, 98 г.
2. Находим
массу воды в насыщенном растворе массой 100 г:
m(H2O)
= m(р-ра)
– m70(KNO3)
= 100 – 57,98 = 42,02 г.
3. Находим
массу соли, выпавшей в осадок:
m(
осадка KNO3)
= m70(KNO3)
– m0(KNO3)
= 57,98 – 5,59 = 52,39 г.
Ответ: m(осадка
KNO3)
= 52,39 г.
2. Массовая
доля растворенного вещества – это отношение массы
растворенного вещества к общей массе раствора:
W(раств.в-ва)
= m(раств.в-ва)
/ m(р-ра)
( в долях единицы), откуда
m(раств.в-ва)
= m(р-ра)
∙ w(раств.в-ва);
W(раств.в-ва)
= m(раств.в-ва)
/ m(р-ра)
∙ 100% ( в процентах).
Эта формула указывает
массу безводного вещества, содержащегося в 100 г раствора. Раствор состоит из
растворенного вещества и растворителя.
m(р-ра)
= m(раств.в-ва)
+ m(H2O)
W(раств.в-ва)
= m(раств.в-ва)
/ (m(раств.в-ва)
+ m(H2O))/
Массу раствора можно
выразить через объем раствора (V)и
его плотность (ρ): m(р-ра) = V ∙ ρ. Откуда:
W(раств.в-ва)
= m(раств.в-ва)
/ V ∙ ρ ;
m(раств.в-ва)
= V
∙ ρ ∙ w(раств.в-ва).
Пример 1. Определите
массовую долю (%) соли в растворе, полученном при растворении 50 г соли в 200 г
воды.
Решение:
W(соли)
= m(соли)
/ (m(соли)
+ m(H2O)
= 50 / (50+ 200) = 0,2 или 20%
Ответ: W(соли)
=0,2 или 20%.
Пример 2. Вычислите
массу гидроксида калия в растворе объемом 600 мл и плотностью 1,082 г/мл, если
массовая доля гидроксида калия составляет 10% .
Решение:
W(KOH)
= m(KOH)
/ V∙
ρ;
m(KOH)
= w(KOH)
∙ V
∙ ρ
= 0,1 ∙ 600 ∙ 1,082 = 64,92 (г).
Ответ:
m(KOH)
= 64,92 (г).
Пример 3. Какую
массу воды надо прибавить к раствору гидроксида натрия массой 150 г с массовой
долей 10%, чтобы получить раствор с массовой долей 2%?
Решение:
m2(р-ра)
= m1(р-ра)
+ m
(воды)
w2(NaOH)
= m(NaOH)
/ m2
(р-ра) = m1(р-ра)
∙ w1(NaOH)
/ (m1(р-ра)
+ m(H2O));
0,02 = 150 ∙ 0,1 / (150 +
m(H2O);
m(H2O)
= 600г.
Ответ:
m(Н2О)
=600 г.
Пример 4. Какую
массу раствора с массовой долей уксусной кислоты 40% надо прибавить к 500 г
воды для получения раствора с массовой долей уксусной кислоты 15%?
Решение:
W2(CH3COOH)
= m(р-ра)
∙ m1(CH3COOH)
/ (m(р-ра)
+ 500;
0,15 = m(р-ра)
∙ 0,4 / (m(р-ра) +500 ;
m(р-ра)
= 300 г.
Ответ:
m(р-ра)
= 300 г.
Пример 5. Какой
объем раствора с массовой долей гидроксида калия 50% ( плотностью 1,538 г/ мл)
требуется для приготовления 3 л раствора гидроксида калия с массовой долей 6% (
плотностью 1,048 г/мл)?
Решение:
W2
(KOH)
= V1
∙ ρ1
∙ w1(KOH)
/ V2
∙ ρ2 ;
0,06 = 0,5 ∙ 1,538 ∙ V1
/ 3000 ∙ 1,048;
0,06 ∙ 3000 ∙ 1,048 = 0,5
∙ 1,538 ∙ V1
;
V1
= 245,3 мл.
Ответ:
V1
= 245,3 мл.
