Löslighetsprodukt nis. Löslighetsprodukt

Definition

Låt oss lägga lite svårlösligt salt, till exempel AgCl, i en bägare och tillsätt destillerat vatten till fällningen. I detta fall bryter Ag + och Cl - joner, som upplever attraktion från de omgivande vattendipolerna, gradvis bort från kristallerna och går i lösning. Ag+- och Cl-joner som kolliderar i lösning bildar AgCl-molekyler och deponeras på kristallernas yta. Det sker alltså två inbördes motsatta processer i systemet, vilket leder till dynamisk jämvikt, när per tidsenhet passerar samma antal Ag + och Cl - joner in i lösningen som de fälls ut. Ansamlingen av Ag + och Cl - joner i lösningen upphör, vilket resulterar i mättad lösning. Följaktligen kommer vi att överväga ett system i vilket det finns en fällning av ett svårlösligt salt i kontakt med en mättad lösning av detta salt. I det här fallet inträffar två ömsesidigt motsatta processer:

1) Övergång av joner från fällning till lösning. Hastigheten för denna process kan anses vara konstant vid en konstant temperatur: V 1 = K 1 ;
2) Utfällning av joner från lösning. Hastigheten för denna process V 2 beror på koncentrationen av Ag + och Cl - joner. Enligt lagen om massaktion:

Eftersom detta system är i ett tillstånd av jämvikt, alltså

V 1 = V 2
k 2 = k 1

• = k 2 / k 1 = konst (vid T = konst)

Således, produkten av jonkoncentrationer i en mättad lösning av en svårlöslig elektrolyt vid konstant temperatur är konstant storlek. Denna kvantitet kallas löslighetsprodukten (SP).

I det givna exemplet är PRAgCl = . . I de fall där elektrolyten innehåller två eller flera identiska joner måste koncentrationen av dessa joner höjas till lämplig effekt vid beräkning av löslighetsprodukten.
Till exempel, PRAg 2 S = 2

• ; PRPbI2 = 2

I allmänhet är uttrycket för löslighetsprodukten för en elektrolyt A m B n
PRA m B n = [A] m [B] n .
Värdena på löslighetsprodukten är olika för olika ämnen.
Till exempel, PRCaCO3 = 4,8

• 10-9; PRAgCl = 1,56 10-10.

PR är lätt att beräkna genom att känna till föreningens löslighet vid en given t°.

Exempel 1
Lösligheten för CaCO3 är 0,0069 eller 6,9

• 10-3 g/l. Hitta PRCaCO 3.

Lösning
Låt oss uttrycka lösligheten i mol:
SCaCO3 = (6,9

· 10 -3 ) / 100,09 = 6,9. 10 -5 mol/l

MCaCO3
Eftersom varje CaCO 3 molekyl ger, när den är upplöst, en Ca 2+ och CO 3 2-jon, då
= [CO32-] = 6,9

• 10 -5 mol/l,

därför PRCaCO3 = = 6,9 10 -5 6,9 10 -5 = 4,8 10 -9

Genom att känna till PR-värdet kan man i sin tur beräkna ett ämnes löslighet i mol/l eller g/l.

Exempel 2
Löslighetsprodukt PRPbS04 = 2,2

• 10-8 g/l.

Vad är lösligheten för PbSO 4?

Lösning
Låt oss beteckna lösligheten av PbSO 4 med X mol/l. Efter att ha gått i lösning kommer X mol PbSO 4 att ge X Pb 2+ joner och X SO 4 2- joner, dvs.

X
PRPbS04 = =

• < ПРAgCl - ненасыщенный раствор

• = PRAgCl - mättad lösning

• > PRAgCl - övermättad lösning

En fällning bildas när produkten av koncentrationer av joner av en svårlöslig elektrolyt överstiger värdet av dess löslighetsprodukt vid en given temperatur. När jonprodukten blir lika med PR-värdet upphör fällningen. Genom att känna till volymen och koncentrationen av de blandade lösningarna är det möjligt att beräkna om en fällning av det resulterande saltet kommer att fällas ut.

Exempel 3
Bildas en fällning vid blandning av lika volymer av 0,2 M lösningar av Pb(NO 3) 2 och NaCl.
PRPbCl 2

• 10 -4 .

Lösning
Vid blandning fördubblas volymen av lösningen och koncentrationen av varje ämne minskar med hälften, d.v.s. blir 0,1 M eller 1,0

• 10-1 mol/l. Koncentrationerna av Pb 2+ och Cl - kommer att vara desamma. Därför är 2 = 1 10 -1 (1 10 -1) 2 = 1 10 -3. Det resulterande värdet överstiger PRPbCl2 (2,4 10-4). Därför faller en del av PbCl2-saltet ut. Av allt ovanstående kan vi dra slutsatser om olika faktorers inverkan på bildandet av nederbörd.

Effekt av lösningskoncentration
En svårlöslig elektrolyt med ett tillräckligt stort PR-värde kan inte fällas ut från utspädda lösningar. Till exempel kommer en PbCl2-fällning inte att bildas när lika volymer av 0,1 M lösningar av Pb(NO3)2 och NaCl blandas. Vid blandning av lika volymer blir koncentrationerna av varje ämne 0,1 / 2 = 0,05 M eller 5

• 10 -2 mol/l. Jonisk produkt 2 = 5 10-2 (5 10-2) 2 = 12,5 10-5. Det resulterande värdet är mindre än PRPbCl2, därför kommer ingen utfällning att ske.

Påverkan av mängden utfällningsmedel
För en så fullständig utfällning som möjligt används ett överskott av utfällningsmedel.
Till exempel fäller vi ut saltet BaCO 3: BaCl 2 + Na 2 CO 3 ® BaCO 3 ¯ + 2 NaCl. Efter tillsats av en ekvivalent mängd Na 2 CO 3 finns Ba 2+-joner kvar i lösningen, vars koncentration bestäms av PR-värdet.
En ökning av koncentrationen av CO 3 2-joner orsakad av tillsats av ett överskott av fällningsmedel (Na 2 CO 3) kommer att medföra en motsvarande minskning av koncentrationen av Ba 2+-joner i lösningen, d.v.s. kommer att öka fullständigheten av utfällningen av denna jon.

Påverkan av samma jon
Lösligheten hos svårlösliga elektrolyter minskar i närvaro av andra starka elektrolyter som har joner med samma namn. Om en lösning av Na 2 SO 4 gradvis tillsätts till en omättad BaSO 4-lösning, kommer den joniska produkten, som initialt var mindre än PRBaSO 4 (1,1)

• 10 -10), kommer gradvis att nå PR och överträffa den. Nederbörd kommer att börja bildas.

Effekt av temperatur
PR är ett konstant värde vid en konstant temperatur. Med ökande temperatur ökar PR, så deponering utförs bäst från kylda lösningar.

Upplösning av sediment

Löslighetsproduktregeln är viktig för att omvandla dåligt lösliga fällningar till lösning. Låt oss anta att vi behöver lösa upp BaCO 3-fällningen. Lösningen i kontakt med denna fällning är mättad med avseende på BaCOs.
Detta betyder att = PRBaCO 3 .

Om du lägger till en syra till en lösning kommer H+-jonerna att binda CO 3 2-jonerna som finns i lösningen till molekyler av bräcklig kolsyra:
2H + + CO 3 2- ® H 2 CO 3 ® H 2 O + CO 2 -
Som ett resultat kommer koncentrationen av CO 3 2-jonen att minska kraftigt, och den joniska produkten kommer att bli mindre än värdet PRBaCO 3. Lösningen kommer att vara omättad i förhållande till BaCO 3 och en del av BaCO 3-fällningen kommer att gå i lösning. Genom att tillsätta tillräckligt med syra kan hela fällningen bringas i lösning. Följaktligen börjar upplösningen av fällningen när jonprodukten av en svårlöslig elektrolyt av någon anledning blir mindre än PR-värdet. För att lösa upp fällningen införs en elektrolyt i lösningen, vars joner kan bilda en något dissocierad förening med en av jonerna i den svårlösliga elektrolyten. Detta förklarar upplösningen av svårlösliga hydroxider i syror

Fe(OH)3 + 3HCl® FeCl3 + 3H2O
OH - joner binder till lätt dissocierade H 2 O-molekyler.

Tabell. Löslighetsprodukt (SP) och löslighet vid 25°C för vissa svårlösliga ämnen

Formel	Löslighet	PR mol/l
AgBr	7,94 . 10 -7	6,3 . 10 -13
AgCl	1,25 . 10 -5	1,56 . 10 -10
AgI	1,23 . 10 -8	1,5 . 10 -16
Ag2CrO4	1,0 . 10 -4	4,05 . 10 -12
BaSO4	7,94 . 10 -7	6,3 . 10 -13
CaCO3	6,9 . 10 -5	4,8 . 10 -9
PbCl2	1,02 . 10 -2	1,7 . 10 -5
PbSO4	1,5 . 10 -4	2,2 . 10 -8

PODILY LÖSNING ELEKTROLYTER

Massverkan är tillämplig på ett heterogent jämviktssystem bestående av kristaller av en svårlöslig elektrolyt (salt, bas, syra) och dess joner i en mättad lösning. Låt oss betrakta jämvikten som observeras i en mättad lösning av något svårlösligt ämne, till exempel CaSO 4. I detta system är fällningen i jämvikt med en mättad lösning av detta ämne:

СaSO 4 Ca 2+ + SO 4 2–

fällningslösning

När heterogen jonjämvikt är etablerad passerar lika många joner in i lösningen per tidsenhet när de återgår till fällningen (på grund av den försumbara lösligheten antar vi att joniseringsgraden för elektrolyten i lösningen är lika med 1). Jämviktskonstanten för processen för fällningsupplösning har följande form:

varifrån, K∙ TV = ∙

Koncentrationen av ett fast ämne är ett konstant värde:

TV = konst.

Med hänsyn till detta kan K∙ fast som produkten av två konstanta kvantiteter också betraktas som ett konstant värde, en viss konstant egenskap hos ett givet ämne. Denna konstant kallas löslighetsprodukten. Det betecknas med PR:

För en mättad lösning av kalciumsulfat visade sig löslighetsprodukten vid 25 o C vara 3,72∙10 -5 g-jon 2/l 2.

Löslighetsprodukten kännetecknar elektrolyternas löslighet. För binära elektrolyter är lösligheten numeriskt lika med

s = √PR.

I allmänhet, om en lätt löslig elektrolyt har en komplex sammansättning A n B m och dess dissociation producerar mer än två joner:

A n B m ↔ nA a + + mB b – ,

då i uttrycket för jämviktskonstanten skrivs jonkoncentrationerna i potenser lika med de stökiometriska koefficienterna n Och m.

PR = n [B b – ] m

Därav, för en mättad vattenlösning av en svårlöslig elektrolyt är produkten av jämviktsmolära koncentrationer av dess joner i potenser lika med de stökiometriska koefficienterna vid en given temperatur ett konstant värde som kallas löslighetsprodukten.

Genom att jämföra värdena för löslighetsprodukterna för svårlösliga salter kan du se vilka av dem som löser sig bättre (tabell 15).

PR-värden används inom allmän kemi, analytisk kemi, hydrokemi, havskemi, ekologi, etc., eftersom de tillåter kvantitativ bedömning av:

förhållanden för bildning och upplösning av sediment;

PR-värdet innebär villkoret för bildandet och upplösningen av fällningen:

Om n [B b – ] m = PR, är fällningen i jämvikt med lösningen (mättad lösning);

Om n [B b – ] m > PR, så bildas en fällning (övermättad lösning);

Om n [B b – ] m< ПР, то осадок растворяется (ненасыщенный раствор).

Tabell 15.

Produkt av löslighet av vissa

svårlösliga elektrolyter vid 25 o C

Elektrolyt		Elektrolyt		Elektrolyt

Sålunda, om under en viss kemisk reaktion produkten av koncentrationerna av jonerna som deltar i den blir större än produkten av löslighet, så faller en fällning av ett svårlösligt ämne ut. Och omvänt, om produkten av koncentrationerna av jonerna av en given elektrolyt i dess mättade lösning som ett resultat av en eller annan reaktion blir mindre än produkten av lösligheten för jonerna av denna elektrolyt, går fällningen i lösning.

Av allt ovanstående kan vi dra slutsatser om olika faktorers inverkan på bildandet av nederbörd.

Effekt av lösningskoncentration. En svårlöslig elektrolyt med ett tillräckligt stort PR-värde kan inte fällas ut från utspädda lösningar. Till exempel kommer en PbCl2-fällning inte att bildas när lika volymer av 0,1 M lösningar av Pb(NO3)2 och NaCl blandas. Vid blandning av lika volymer blir koncentrationerna av varje ämne 0,1 / 2 = 0,05 M eller 5·10 -2 mol/l. Jonisk produkt · 2 = 5.10-2 · (5.10 -2) 2 = 12.5.10-5. Det resulterande värdet är mindre än PR(PbCl 2), därför kommer ingen utfällning att ske.

Påverkan av mängden utfällningsmedel. För en så fullständig utfällning som möjligt används ett överskott av utfällningsmedel. Till exempel fäller vi ut saltet BaCO 3:

BaCl2 + Na2CO3 → BaCO3 ↓ + 2NaCl.

Efter tillsats av en ekvivalent mängd Na 2 CO 3 finns Ba 2+-joner kvar i lösningen, vars koncentration bestäms av PR-värdet. En ökning av koncentrationen av CO 3 2-joner orsakad av tillsats av ett överskott av fällningsmedel (Na 2 CO 3) kommer att medföra en motsvarande minskning av koncentrationen av Ba 2+-joner i lösningen, d.v.s. kommer att öka fullständigheten av utfällningen av denna jon.

Påverkan av samma jon. Lösligheten hos svårlösliga elektrolyter minskar i närvaro av andra starka elektrolyter som har joner med samma namn. Om en lösning av Na 2 SO 4 gradvis tillsätts till en omättad BaSO 4-lösning, kommer jonprodukten, som initialt var mindre än PR (BaSO 4) (1,1·10 -10), gradvis att nå PR och överskrida den . Nederbörd kommer att börja bildas.

Detta används till exempel vid utfällning av värdefulla metaller. Till exempel, PR av AgCl i vatten = 1,6×10 -10. Koncentrationen av silver i en sådan lösning över AgCl kommer att vara

Är det mycket eller lite? Detta är 1,4 mg silver som hälls ut med varje liter tvättvätska på filmfabriken. Om vi ​​sköljer inte med vatten, utan med en 0,1 N NaCl-lösning, då

PR/ = 1,6×10 -9 mol/l,

de där. koncentrationen av silver som förs bort i lösningen kommer att minska med 10 000 gånger.

Effekt av temperatur. PR är ett konstant värde vid en konstant temperatur. Med ökande temperatur ökar PR, så deponering utförs bäst från kylda lösningar.

Upplösning av sediment. Löslighetsproduktregeln är viktig för att omvandla dåligt lösliga fällningar till lösning. Låt oss anta att vi behöver lösa upp BaCO 3-fällningen. Lösningen i kontakt med denna fällning är mättad med avseende på BaCO 3. Detta betyder att

· = PR(BaCO3).

Om du lägger till en syra till en lösning kommer H+-jonerna att binda CO 3 2-jonerna som finns i lösningen till molekyler av bräcklig kolsyra:

2H++CO32- → H2CO3

Som ett resultat kommer koncentrationen av CO 3 2-jonen att minska kraftigt, och den joniska produkten blir mindre än PR-värdet (BaCO 3). Lösningen kommer att vara omättad i förhållande till BaCO 3 och en del av BaCO 3-fällningen kommer att gå i lösning. Genom att tillsätta tillräckligt med syra kan hela fällningen bringas i lösning. Följaktligen börjar upplösningen av fällningen när jonprodukten av en svårlöslig elektrolyt av någon anledning blir mindre än PR-värdet. För att lösa upp fällningen införs en elektrolyt i lösningen, vars joner kan bilda en något dissocierad förening med en av jonerna i den svårlösliga elektrolyten. Detta förklarar upplösningen av svårlösliga hydroxider i syror

Fe(OH)3 + 3HCl → FeCl3 + 3H2O

OH‾-joner binder till lätt dissocierade H 2 O-molekyler.

Genom att känna till PR är det möjligt att förklara varför vissa ämnen löses upp och andra inte. Omvänt är det lätt att förklara varför vissa ämnen fälls ut och andra inte.

Till exempel löser sig FeS i saltsyra, men CuS gör inte:

FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S

Värdena på PR(FeS) = 3,7 10 –19, PR(CuS) = 8,5 10 –45. Det följer att i fallet med kopparsulfid i en mättad lösning finns det mycket få S 2– joner och H-molekyler 2 S kommer inte att bildas, och därför kommer jämvikten i en mättad lösning av kopparsulfid inte att störas. Sedimentet kommer inte att lösas upp. När det gäller järn(II)sulfid finns det tillräckligt med sulfidjoner för att bilda H 2 S-molekyler, och jämvikten skiftar åt höger. Järn(II)sulfidfällningen löses upp.

Ett annat exempel: FeS fälls inte ut från lösning av H 2 S och fälls ut av (NH 4) 2 S-lösning:

FeCl2 + H2S ≠

FeCl2+ (NH4)2S = FeS↓ + 2NH4Cl

Svavelvätesyra är svag (K 2 = 1·10 –14). Därför finns det inte tillräckligt med S 2-joner för att uppfylla villkoret

> PR,

och ingen fällning faller.

Ammoniumsulfid är en stark elektrolyt och det finns tillräckligt med sulfidjoner för att uppfylla ovanstående villkor. Och detta leder till nederbörd.

Löslighetsprodukten kan användas för att selektivt separera joner genom utfällning från lösningar.

Tänk till exempel på avsättningen joner Ba 2+ och Sr 2+ från en lösning innehållande 0,010 mol/l BaCl2 och 0,020 mol/l SrCl2 med användning av en koncentrerad lösning av Na2S04.

PR för barium- och strontiumsulfater bestäms av förhållandena

PR = = 1,5·10-9;

PR = 7,6·10 –7.

Följaktligen kommer utfällningen av bariumsulfat i närvaro av 0,010 mol/l Ba 2+-joner inte att ske förrän koncentrationen av SO 4 2-jonen når

1,5·10 –9 / 0,010 = 1,5·10 –7 mol/l.

Utfällning av strontiumsulfat kommer att börja vid en koncentration av sulfatjon lika med

7,6·10 –7 / 0,020 = 3,8·10 –5 mol/l.

Följaktligen kommer bariumjoner att börja fällas ut först. När koncentrationen av sulfatjoner når 3,8·10 –5 mol/l kommer utfällningen av strontiumsulfat att börja. Vid det laget kommer lösningen att finnas kvar

1,5 10 –9 / 3,8 10 –5 = 3,9 10 –5 mol/l.

Detta kommer att uppgå till endast 0,39 % av den ursprungliga mängden bariumjoner. De återstående 99,6% av bariumjonerna kommer att fällas ut innan strontiumsulfatet faller ut.

Sida 1

LEKTION nr.

Ämne: Heterogena jämvikter. Löslighetskonstant.

Motivation för att studera ämnet. I biologiska flytande medier dominerar heterogena snarare än homogena jämvikter. Studiet av dessa jämvikter och riktningen för deras förskjutningar är av inte liten praktisk betydelse för att förstå mönstren för bildning och upplösning av svårlösliga ämnen i kroppen.

Forskare som studerar biologisk evolution tror att den varierande lösligheten av naturliga föreningar i vatten har en stor inverkan på deras överflöd i levande organismer. Det finns ett nära samband mellan föreningars löslighet i vatten och den toxiska effekten av joner av ett antal grundämnen. Till exempel leder införandet av Al 3+-joner i kroppen på grund av bildandet av dåligt lösligt AlPO 4 till rakitis.

Utfällningsreaktioner är grunden för utfällningsmetoden, som används flitigt i den kvantitativa analysen av läkemedel. Utfällningsmetoden används vid klinisk analys av klorider i urin, magsaft och blod; i sanitär och hygienisk analys - vid analys av dricksvatten.

Mål: Studera heterogena jämvikter i mättade lösningar av svårlösliga elektrolyter.

Studiemål:

1. Förvärva färdigheter att beräkna löslighetskonstanten i mättade lösningar av svårlösliga elektrolyter.

2. Förvärva färdigheter i att beräkna elektrolytlöslighet baserat på värdet på elektrolytlöslighetskonstanten.

3. Skaffa färdigheter i att förutsäga bildning och upplösning av sediment.

Lektionens längd- 165 minuter (135 studietid och 30 min paus).

Plats för lektionen- utbildningsverkstad (institutionen för allmän kemi)

Uppgifter för studentens självständiga arbete under fritidstiden (självstudier).

A. Testfrågor

1. Heterogena jämvikter i mättade lösningar av svårlösliga elektrolyter.

2. Löslighetskonstant.

3. Förutsättningar för bildning och upplösning av nederbörd. Inverkan av joner med samma namn på lösligheten av en lätt löslig elektrolyt.

1. Allmän kemi. Biofysisk kemi. Kemi av biogena element: Lärobok för universitet / Yu.A. Ershov, V.A. Popkov, A.S. Berland et al. - 2:a uppl. - M.: VSh, 2000.

2. Workshop om allmän kemi. Biofysisk kemi. Kemi av biogena element / ed. V.A. Popkova, A.V. Babkova - M.: VSh, 2006.

3. Puzakov S.A., Popkov V.A., Filippova A.A. Samling av problem och övningar i allmän kemi. - M.: VSh, 2007.

4. Workshop om allmän och bioorganisk kemi / red. Popkova V.A. – 3:e uppl.-M.: förlagscentrum ”Academy”, 2008.-240s.

B. Utbildningsmaterial.

I mättade lösningar av svårlösliga elektrolyter är produkten av koncentrationen av joner av dessa elektrolyter upphöjda till styrkan av deras stökiometriska koefficienter ett konstant värde vid en viss temperatur och kallas löslighetskonstanten (Ks).

Baserat på Ks-värdet är det möjligt att förutsäga bildandet och upplösningen av elektrolytavlagringar:

1. 
   En elektrolyt fälls ut när produkten av koncentrationerna av dess joner i lösning är större än Ks-värdet.
2. 
   Elektrolytfällningen löses upp när produkten av koncentrationerna av elektrolytjoner i lösningen är mindre än Ks-värdet för denna elektrolyt.

D. Inlärningsuppgifter

Notera. Om lösligheten av en elektrolyt uttrycks i mol/L är detta den molära koncentrationen av elektrolyten.

Uppgift nr 1 Lösligheten av BaF 2 i vatten vid 18°C ​​är 7,5·10 -3 mol/l. Beräkna löslighetskonstanten för BaF 2 vid denna temperatur.

Given: Lösning.

C(Ba F 2) = 7,5 10 -3 mol/l 1. BaF 2 ⇄ Ba 2+ +2F -

Ks -? Ks (BaF 2) = [Ba 2+ ] 2

1. 
   När 1 mol BaF 2 dissocierar, bildas 1 mol Ba 2+-joner och 2 mol F-joner, så koncentrationen av Ba 2+-joner är lika med lösligheten (koncentrationen) av BaF 2, och koncentrationen av F-joner är dubbelt så stora, d.v.s.

[Ba2+] = 7,5-10-3 mol/l; = 2,7,5,10-3 = 1,5,10-2 mol/l.

1. 
   Löslighetskonstanten för BaF 2 är lika med:

Ks (BaF 2) = 7,5 10 -3 (1,5 10 -2) 2 = 16,875 10 -7 = 1,69 10 -6
Svar: Ks (BaF 2) = 1,69 10 -6
Uppgift nr 2. Löslighetskonstanten för mangansulfid MnS vid 25°C är 2,5 · 10 -10. Beräkna lösligheten av mangansulfid i vatten (i mol/l) vid denna temperatur.

Givet: Lösning.

Ks (MnS) = 2,5 10 -10 1. MnS ⇄ Mn 2+ + S 2-

C(MnS) - ? Ks (MnS) = ·

1. 
   under dissociationen av 1 mol MnS bildas 1 mol Mn 2+ och S 2- joner, därför är koncentrationerna av Mn 2+ och S 2- joner lika med koncentrationen (löslighet i mol/l) av MnS elektrolyt. Genom att beteckna koncentrationerna av Mn 2+ och S 2- joner med X, får vi:

Ks (MnS) = X X = X 2, därav X =

X =

Svar: lösligheten av mangansulfid i vatten vid 25°C är 1,58·10 -5 mol/l.
Uppgift nr 3. Ks (CdS) = 7,1·10-28. Kommer en fällning av kadmiumsulfid CdS att fällas ut om samma volym av 0,01 N lösning av natriumsulfid Na 2 S tillsätts till 1 liter 0,1 N lösning av kadmiumnitrat Cd(NO 3) 2? Graden av dissociation av de initiala elektrolyterna tas lika med enhet.

Givet: Lösning:

Ks (CdS) = 7,1 10 -28 1. CdS⇄ Cd 2+ + S 2-

V(Cd(NO 3) 2) = V(Na 2 S) = 1 l En CdS-fällning bildas om [S 2- ]> Ks (CdS)

C f ekv (Cd(NO 3) 2) = 0,1 mol/l 2. Cd(NO 3) 2 ⇄ Cd 2+ + 2NO 3 -

C f ekv (Na 2S) = 0,01 mol/l C(Cd 2+) = C(Cd(NO 3) 2)

α(Cd(NO 3 ) 2 ) = a(Na 2 S) = 1 C(Cd(NO 3) 2) = ½ C f ekv (Cd(NO 3) 2)

Bildas en CdS-fällning? C(Cd(NO 3) 2) = ½ · 0,1 = 0,05 mol/l

C(Cd 2+) = 0,05 mol/l (före blandning av lösningar)

3. Na2S⇄2Na + + S2-

C(S2-) = C(Na2S); C(Na2S) = ½ C f ekv (Na2S)

C(Na2S) = ½ · 0,01 = 0,005 mol/l; C(S 2-) = 0,005 mol/l (före blandning av lösningar).

4. efter blandning av 1 liter Cd(NO 3) 2 och 1 liter Na 2 S fördubblades volymen av lösningen, och jonkoncentrationerna per volymenhet minskade med hälften och blev lika:

C(Cd2+) = 0,05: 2 = 0,025 mol/l = 2,5 10-2 mol/l

C(S 2-) = 0,005: 2 = 0,0025 mol/l = 2,5 10-3 mol/l

5. ·[S2-] = 2,5·10 -2 ·2,5·10 -3 = 6,25·10 -5

6. [S 2- ]> Ks (CdS)

6,25 10 -5 > 7,1 10 -28 därför kommer CdS att fällas ut

D. Problem för oberoende lösning.

Uppgift 1. 3 liter av en lösning av bly(II)sulfat PbSO 4 mättad i rumstemperatur innehåller 0,132 g salt. Beräkna Ks(PbSO 4). (Svar: 2.1·10 -8).

Problem 2 . Löslighetskonstanten för silverjodid Agl vid 25°C är 1,5·10-16. Beräkna lösligheten av AgI i vatten vid denna temperatur (i mol/l). (Svar: lösligheten för AgI är 1,22·10 -8 mol/l).
3. Kommer en fällning av silverdikromat Ag 2 Cr 2 O 7 att fällas ut vid blandning av lika volymer av 0,05 N lösningar av AgNO 3 och K 2 Cr 2 O 7? Ks (Ag2Cr2O7) = 2-10-7 (25°C). Graden av dissociation av AgNO 3 och K 2 Cr 2 O 7 tas lika med ett. (Svar: Ag 2 Cr 2 O 7 fällning kommer att bildas).

Sida 1

6. Löslighetskonstant. Löslighet.

I ett system bestående av en lösning och en fällning sker två processer - upplösning av fällningen och fällning. Likheten mellan hastigheterna för dessa två processer är ett villkor för jämvikt.

En mättad lösning är en lösning som är i jämvikt med fällningen.

Låt oss tillämpa lagen om massverkan på jämvikten mellan fällningen och lösningen.

AgCl(fast) Ag + + Cl -

Eftersom = const har vi:

K = K SAgCl = I allmän form har vi:

A m B n (tv.) mA +n + nB -m och K S (A m B n) = m  n.

Löslighetskonstant K S (eller löslighetsprodukt PR) - produkten av jonkoncentrationer i en mättad lösning av en lätt löslig elektrolyt - är ett konstant värde och beror endast på temperaturen.

Exempel på K S-värden för ett antal salter:

K S (AgCl) = 1,610 -10

K S (Ag 2 CrO 4) = 1,110 -12

K S (Ag 2 S) = 610 -50.

Löslighet lättlösliga substanser kan uttryckas i mol per liter. Beroende på värdet på s kan ämnen delas in i svårlösliga - s< 10 -4 моль/л, среднерастворимые - 10 -4 моль/л  s  10 -2 моль/л и хорошо растворимые s >10 -2 mol/l.

Lösligheten av föreningar är relaterad till deras löslighetskonstant. För AgCl har vi:

AgCl(fast) Ag + + Cl -

Löslighet s - molär koncentration av AgCl i lösning:

s = = m/(MV) = s = = .

Därför K S AgCl =  = s 2 och s=
.

I allmänhet, för A m B n har vi: A m B n (tv.) mA + n + nB -m

K S (A m B n) = m  n = (ms) m (ns) n = m m n n s m+n .

Exempel. Hitta lösligheten för AgCl (K S = 1,610 -10) och Ag 2 CrO 4 (K S = 1,210 -12).

Lösning. AgCl Ag + + Cl - ,

KS = s2, s =
= 1,3410 -5 mol/l.

Ag 2 CrO 4 2 Ag + + CrO 4 2-

K S = (2s) 2 s = 4s 3 , s =
= 6,510 -5 mol/l.

Även om vanligtvis ju lägre löslighet, desto lägre K S, i detta fall för föreningar av olika typer s(AgCl)< s(Ag 2 CrO 4), хотя K S (AgCl) >KS (Ag2CrO4).

Förutsättning för utfällning och upplösning av sediment

För jämvikten mellan fällningen och lösningen - en mättad lösning - har vi i fallet med AgCl:

AgCl Ag + + Cl -  = K S .

Depositionsvillkoret skrivs som:  > K S

Under utfällning minskar jonkoncentrationerna tills jämvikt är etablerat.

Villkoret för upplösning av en fällning eller förekomsten av en mättad lösning skrivs som: < K S .

När fällningen löses upp ökar jonkoncentrationen tills jämvikt är etablerat.

Vanlig joneffekt

Tillsatsen av en vanlig jon minskar lösligheten av svårlösliga föreningar.

Exempel. Låt oss ta reda på lösligheten av AgCl i en 0,1 M NaCl-lösning.

Lösning. AgCl Ag + + Cl -

K S AgCl =  = s  0,1 = 1,610 -10, s = 1,610 -9 mol/l.

Lösligheten för AgCl i vatten (se ovan) är 1,3410 -5 mol/l, lösligheten för AgCl i 0,1 M NaCl är 1,610 -9 mol/l, d.v.s. 10 4 gånger mindre.

Salt effekt

En ökning av jonstyrkan hos en lösning ökar lösligheten av svårlösliga föreningar.

Eftersom koncentrationerna av joner som bildas under dissociationen av svårlösliga föreningar, liksom jonstyrkan hos de resulterande lösningarna, är små, visar det sig vara möjligt att använda jonkoncentrationer snarare än deras aktiviteter i K S-uttryck. I de fall där starka elektrolyter finns i lösningen, vilket orsakar en hög jonstyrka hos lösningen, är det nödvändigt att ersätta jonernas aktivitet i uttrycket med K S.

Låt oss bestämma lösligheten av AgCl i 0,1 M NaCl med hänsyn till lösningens jonstyrka

AgCl Ag + + Cl -

För 0,1 M NaCl  = 0,1 och f Ag+ = f Cl - = 0,78.

K S = a Ag+ a Cl - = f Ag+ f Cl - = 0,78s0,780,1 = 1,610 -10 ,

s = 1,610 -9 /(0,78) 2 = 2,610 -9 M, dvs 1,64 gånger mer än utan att ta hänsyn till lösningens jonstyrka. Salteffekten är betydligt mindre än effekten av jonen med samma namn.

Exempel. Lösligheten av Mg(OH)2 är 0,012 g/l. Hitta K S .

Lösning. M(Mg(OH)2) = 58 g/mol, s = 0,12 g/l / 58 g/mol =

2.0710 -4 M.

Mg(OH) 2 Mg 2+ + 2OH -

K S =  2 = s(2s) 2 = 4s 3 = 4(2,0710 -4) 3 = 3,610 -11 .

Exempel. Bildas en PbCl 2-fällning vid blandning av lika volymer av lösningar av 0,1 M Pb(NO 3) 2 och 0,1 M NaCl, om K S (PbCl 2) =

Lösning. Efter blandning av lösningarna kommer jonkoncentrationerna att minska med hälften, d.v.s. vi har: = = = 0,05M, a = 0,1 M. Hitta lösningens jonstyrka:

 = 1/2(0,052 2 + 0,11 2 + 0,051 2 + 0,051 2) = 0,2.

Vi hittar aktivitetskoefficienterna: f Pb2+ = 0,24 och f Cl - = 0,70.

Har för PbCl 2 Pb +2 + 2Cl -

K S PbCl2 = a Pb2+ a Cl - 2, beräkna värdet av en Pb2+ a Cl - 2 för vår lösning:

a Pb2+ a Cl - 2 = f Pb2+ (f Cl -) 2 = 0,240,050,70 2 0,05 2 = 1,4710 -5, vilket är mindre än PR PbCl2, (1,0 -6) så ingen fällning bildas.

7. Redoxreaktioner

Redoxreaktioner- det här är reaktioner som sker med en förändring i grundämnenas oxidationstillstånd. Oxidationstillståndet är den nominella laddningen av en atom i en molekyl, där alla polära bindningar anses vara joniska.

Oxidation– Det här är processen att donera elektroner.

Återhämtningär processen att lägga till elektroner.

Oxidationsmedel- är en atom, molekyl eller jon som tar emot elektroner och sänker sitt oxidationstillstånd, d.v.s. håller på att återställas.

Reduktionsmedel- är en atom, molekyl eller jon som donerar elektroner och ökar dess oxidationstillstånd, d.v.s. oxiderar.

Typiska reduktions- och oxidationsmedel

Reducerare: a) metaller - ju lägre joniseringspotential, desto starkare reducerande egenskaper; b) föreningar av grundämnen i lägre oxidationstillstånd (NH 3, H 2 S, HBr, HI, etc.), där alla orbitaler är fyllda och bara kan donera elektroner.

Oxidationsmedel: a) icke-metaller (F 2, Cl 2, Br 2, O 2, etc.) - ju större elektronaffinitet, desto starkare oxiderande egenskaper; b) metalljoner i höga oxidationstillstånd (Fe 3+, Sn 4+, Mn 4+, etc.); c) föreningar av grundämnen i högre oxidationstillstånd (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, NaBiO 3, HNO 3, H 2 SO 4 (konc.), etc.), i vilka alla valenselektroner redan har givits bort och kan bara vara oxidationsmedel.

Föreningar av grundämnen i mellanliggande oxidationstillstånd (HNO 2, H 2 SO 3, H 2 O 2, etc.) kan uppvisa oxiderande och reducerande egenskaper beroende på redoxegenskaperna hos det andra reagenset.

H2SO3 + 2H2S = 3S + 3H2O

oxiderad Återställ

H2SO3 + Br2 + H2O = H2SO4 + 2HBr

Återställ oxiderad

		reduktionsmedel (starkt)
		oxidationsmedel (svag)
		reduktionsmedel (svag)
		oxidationsmedel (starkt)
		reduktionsmedel
		reduktionsmedel, oxidationsmedel
		reduktionsmedel, oxidationsmedel
		oxidationsmedel

Oxidationsmedel, som tar emot elektroner, det vill säga reduceras, övergår i reducerad form:

F 2 + 2e  2F -

oxiderad Återställ

Reduktionsmedel, som avger elektroner, det vill säga oxiderande, går över i oxiderad form:

Na 0 - 1e  Na +

Återställ oxiderad

Sålunda existerar både oxidationsmedel och reduktionsmedel i oxiderade (högre oxidationstillstånd av elementet) och reducerade (lägre oxidationstillstånd av elementet) former. Samtidigt är övergången från den oxiderade till den reducerade formen mer typisk för oxidationsmedel, och övergången från den reducerade till den oxiderade formen är typisk för reduceringsmedel. Omvända processer är inte typiska, och vi tror till exempel inte att F - är ett reduktionsmedel och Na + är ett oxidationsmedel.

Jämvikten mellan de oxiderade och reducerade formerna kännetecknas av redoxpotentialen, som beror på koncentrationerna av de oxiderade och reducerade formerna, omgivningens reaktion, temperatur etc. Det kan beräknas med Nernsts ekvation:

E = Eo+

var är den molära koncentrationen av den oxiderade formen;

[Reducerad] - molär koncentration av den reducerade formen;

n är antalet elektroner som deltar i halvreaktionen;

E 0 - standardvärde för redoxpotential; E = E 0 om [Återvinning] = [Ok] = 1 mol/l;

Värdena för standardelektrodpotentialer E 0 anges i tabeller och karakteriserar föreningarnas oxiderande och reducerande egenskaper: Ju mer positivt värde på E 0, desto starkare oxiderande egenskaper, och ju mer negativt värde på E 0, desto starkare de reducerande egenskaperna.

Till exempel:

F 2 + 2e  2F - E 0 = 2,87 V - starkt oxidationsmedel

Na + + 1e  Na 0 E 0 = -2,71 V - starkt reduktionsmedel

(processen registreras alltid för reduktionsreaktioner).

Eftersom redoxreaktionen är en kombination av två halvreaktioner, oxidation och reduktion, kännetecknas den av skillnaden mellan standardelektrodpotentialerna för oxidatorn (E 0 ok) och reduceraren (E 0 restore) - elektromotorisk kraft (emf) E 0:

E 0 = E 0 ok - E 0 återställ,

E.m.f. reaktion E 0 är relaterad till förändringen i Gibbs fria energi G: G = -nFE 0, och å andra sidan är G relaterad till jämviktskonstanten K för reaktionen med ekvationen G = - 2.3RTlnK.

Av de två sista ekvationerna följer förhållandet mellan emf. och jämviktskonstanten för reaktionen:

E = (2,3RT/nF)lnK.

E.m.f. reaktioner vid andra koncentrationer än standard (dvs inte lika med 1 mol/l) E är lika med:

E = E 0 - (2,3RT/nF)logK eller E = E 0 - (0,059/n)logK.

I fallet med jämvikt är G = 0 och därför E =0. Från där E = (0,059/n)logK och K = 10 n E /0,059.

För att reaktionen ska uppstå spontant måste följande krav uppfyllas: G<0 или К>>1, vilket motsvarar villkoret E 0 >0. Därför, för att bestämma möjligheten att denna redoxreaktion inträffar, är det nödvändigt att beräkna värdet på E 0. Om E 0 0 sker reaktionen. Om E 0 0 inträffar inte reaktionen.

Exempel 1. Bestäm möjligheten att en reaktion inträffar

2FeCl3 + 2KI  2FeCl2 + 2KCl + I 2

Lösning: Vi finner att oxidationsmedlet är Fe +3-jonen, som reduceras till Fe +2, och reduktionsmedlet är I -, som oxideras till I 2. Vi finner från tabellen värdena för standardelektrodpotentialer: E 0 (Fe +3 /Fe +2) = 0,77 V och E 0 (I 2 /2I -) = 0,54 V. Vi beräknar E 0:

E 0 = E 0 ok - E 0 återställning = 0,77 - 0,54 = 0,23 i 0.

Exempel 2. Bestäm möjligheten att en reaktion inträffar

2 KMnO 4 + 16 HCl  2 KCl + 2 MnCl 2 + 5 Cl 2 + 8 H 2 O.

Lösning. Vi finner att oxidationsmedlet är permanganatjonen MnO 4 - som omvandlas till Mn +2 och reduktionsmedlet är kloridjonen som omvandlas till gasformig klor Cl 2. Vi bestämmer deras potentialer från tabellen: E 0 (MnO 4 - /Mn +2) = 1,51 V och E 0 (Cl 2 / 2Cl -) = 1,36 V. Vi räknar

E 0 = E 0 ok - E 0 återställning = 1,51 - 1,36 = 0,15 v 0.

Reaktionen är möjlig eftersom E 0  0.

OVR-klassificering

1. Intermolekylära oxidations-reduktionsreaktioner - oxidationsmedlet och reduktionsmedlet är en del av olika ämnen:

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

Återställ oxiderad

2. Disproportioneringsreaktioner - ett element i ett mellanliggande oxidationstillstånd är ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel:

2KOH + Cl2 = KCl + KClO + H2O

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O

I dessa reaktioner är klor och N+3 oxiderande och reduktionsmedel.

3. Intramolekylära oxidations-reduktionsreaktioner - oxidationsmedlet och reduktionsmedlet är en del av ett ämne:

2KClO3
2KCl + 3O2

NH4NO3N2O + 2H2O

I dessa reaktioner är O -2, Cl +5 och N -3, N +5 reduktionsmedel respektive oxidationsmedel.

Det bör noteras att riktningen för ORR och reaktionsprodukternas natur beror på redoxegenskaperna hos de reagerande ämnena och mediets natur (sur, neutral eller alkalisk). Till exempel bildar kaliumpermanganat KMnO 4, som endast uppvisar oxiderande egenskaper, när man går från en sur till en neutral och alkalisk miljö, olika reduktionsprodukter och dess redoxpotential minskar:

pH< 7: MnO 4 - + 5e  Mn +2 (бесцветный) Е 0 = +1,51 в

pH = 7: MnO 4 - + 3e  MnO 2 (brun) E 0 = +0,60 v

pH > 7: MnO 4 - + 1e  MnO 4 -2 (grön) E 0 = +0,56 V

Krom (VI) föreningar är starka oxidationsmedel i en sur miljö (E0 = +1,33 V), reducerade till Cr +3, och krom (III) föreningar uppvisar reducerande förmåga i en alkalisk miljö (E0 = -0,13 V), oxiderar till krom(VI)-föreningar.

pH  7: Cr 2 O 7 2- + 6e  2Cr +3 (blå)

pH > 7: CrO 4 2- + 3e  3- (grön)

Väteperoxid H 2 O 2, innehållande syre i det mellanliggande oxidationstillståndet -1, uppvisar oxiderande eller reducerande egenskaper, och beroende på lösningens pH förändras dess elektrodpotential och produkterna till vilka den reduceras eller oxideras.

H 2 O 2 - oxidationsmedel:

pH > 7: H 2 O 2 + 2H + + 2e 2H 2 O

pH  7: H 2 O 2 + 2e 2OH -

H 2 O 2 - reduktionsmedel:

pH > 7: H 2 O 2 - 2e O 2 + 2H +

pH  7: H 2 O 2 + 2OH - - 2e O 2 + 2H 2 O

Således, för att korrekt skriva ORR, är det nödvändigt att ta hänsyn till villkoren för uppkomsten av denna reaktion.

Jon-elektronisk metod för att förbereda OVR

Den jonelektroniska metoden (eller halvreaktionsmetoden) används för att sammanställa ORR som förekommer i lösningar. Den bygger på att sammanställa individuella halvreaktioner för reduktions- och oxidationsprocesser i form av jonmolekylära ekvationer. I det här fallet är det nödvändigt att ta hänsyn till reglerna för att skriva joniska reaktionsekvationer: starka elektrolyter skrivs i form av joner, och svaga elektrolyter och dåligt lösliga ämnen skrivs i form av molekyler.

Proceduren för att upprätta OVR

1. Den vänstra sidan av den molekylära ORR-ekvationen skrivs, oxidationsmedlet och reduktionsmedlet bestäms.

2. Halvreaktioner skrivs separat för reduktions- och oxidationsprocesserna i form av jonmolekylära ekvationer, där vänster och höger sida (överskott eller brist på syre på vänster sida) utjämnas med hänsyn till pH i lösning med hjälp av H 2 O-molekyler, H + eller OH - joner:

pH< 7: избыток [O] 2H + + [O]  H 2 O

pH = 7: överskott av [O]H 2 O + [O]  2OH -

brist [O] H 2 O - [O]  2H +

pH > 7: överskott av [O]H 2 O + [O]  2OH -

brist [O] 2OH - - [O]  H 2 O.

3. Summorna av laddningar på vänster och höger sida av halvreaktionerna utjämnas genom att addera eller subtrahera elektroner. Efter detta väljs multiplikatorer för halvreaktionerna.

4. Den totala jon-molekylära ORR-ekvationen skrivs med hänsyn till faktorerna.

5. Den högra sidan av den molekylära ORR-ekvationen läggs till och koefficienterna från jon-molekylekvationen överförs till den.

Exempel 1. Interaktion av KMnO 4 med Na 2 SO 3 i en sur miljö.

1. Skriv vänster sida av ekvationen, bestäm oxidationsmedlet och reduktionsmedlet:

KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 =

oxiderad Återställ onsdag

2. Vi komponerar halvreaktioner för reduktions- och oxidationsprocesser, med hänsyn till den sura miljön. I en sur miljö reduceras permanganatjonen MnO 4 - till Mn 2+-jonen, och sulfitjonen SO 3 2- oxideras till sulfatjonen SO 4 2-:

MnO 4 -  Mn +2 - vi binder överskott av syre med H + joner,

SO 3 2-  SO 4 2- - vi tar det saknade syret från vattnet och H+-joner frigörs.

Vi får följande halvreaktioner:

MnO 4 - + 8H +  Mn +2 + 4H 2 O

SO 3 2- + H 2 O  SO 4 2- + 2H +

3. Vi räknar summan av laddningar på vänster och höger sida av båda halvreaktionerna och utjämnar laddningarna med hjälp av elektroner och väljer faktorer:

5 SO 3 2- + H 2 O - 2e  SO 4 2- + 2H +

4. Vi skriver den totala jon-molekylära ORR-ekvationen med hänsyn till faktorerna:

2 MnO 4 - + 8H + + 5e  Mn +2 + 4H 2 O

2MnO 4 - + 16H + + 5SO 3 2- + 5H 2 O  2Mn +2 + 8H 2 O + 5SO 4 2- + 10H +

Vi reducerar vätejoner och vattenmolekyler och får:

5. Vi adderar den högra sidan av molekylekvationen och överför koefficienterna för jon-molekylekvationen till den. Den slutliga ekvationen kommer att se ut så här:

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O

2 MnO 4 - + 8H + + 5e  Mn +2 + 4H 2 O

5 SO 3 2- + H 2 O - 2e  SO 4 2- + 2H +

2MnO 4 - + 6H + + 5SO 3 2-  2Mn +2 + 3H 2 O + 5SO 4 2-

Exempel 2. Oxidation av krom(III)nitrat med väteperoxid i ett alkaliskt medium är en kvalitativ reaktion på Cr 3+-jonen. I en alkalisk miljö oxideras Cr 3+-jonen till kromatjonen CrO 4 2- som har en gul färg.

2Cr(NO 3) 3 + 3H 2 O 2 + 10KOH  2K 2 CrO 4 + 6KNO 3 + 8H 2 O

2Cr 3+ + 8OH - - 3e  CrO 4 2- + 4H 2 O

3H 2 O 2 + 2e  2OH -

2Cr 3+ + 10OH - + 3H 2 O 2  2CrO 4 2- + 8H 2 O

8. Koordinationsföreningar

Samordning(komplex) anslutningar- dessa är föreningar med en donator-acceptorbindning. Koordinationsföreningar består av joner i de inre och yttre sfärerna. I formeln för en komplex förening är jonerna i den inre sfären omgivna av hakparenteser. Inre sfärjoner - komplexa joner - består av ett komplexbildande medel (centraljon) och ligander. Antalet ligander i komplexets inre sfär kallas koordinationsnumret. En ligands denticitet är antalet bindningar genom vilka en given ligand är ansluten till ett komplexbildande medel.

Exempel: K 3

1. Joner i den yttre sfären - 3K +

2. Inre sfärjon - 3-

3. Komplexbildare - Fe 3+

4. Ligand - CN -, dess dentitet - 1

5. Samordningsnummer - 6

Allmänt och oorganiskkemi. M.: Kemi, 1992--2004. Solovjev...

Kemi som säkerställer kvaliteten på förberedelserna för studenter för att klara Unified State Examen i kemi (med exemplet på ämnena i kursen "Allmän och oorganisk kemi") utbildnings- och metodhandbok

Verktygslåda

Nödvändig information för att upprepa kursen " Allmän Och oorganiskkemi", och olika nivåer av komplexitet och... slutföra testuppgifter………………………………….. Kursämnen “ Allmän Och oorganiskkemi" Periodisk lag och atomstruktur………………………………………….…… ...

Lärobok i allmän och oorganisk kemi

Lag

Allmän Och oorganiskkemi: Lärobok. bidrag / V.V. Baraguzina, I.V. Bogomolova, E.V. Fedorenko. - M.: ... standard och läroplan för disciplinen " Allmän Och oorganiskkemi". Boken gör att du snabbt kan få de grundläggande...