Работа № 6. Исследование гетерогенного равновесия в растворах малорастворимых сильных электролитов Краткое теоретическое обоснование

Подавляющее большинство веществ обладает ограниченной растворимостью в воде и других растворителях. Поэтому на практике часто приходится встречаться с системами, в которых в состоянии равновесия находятся осадок и насыщенный раствор электролита. Вследствие динамического характера равновесия скорость процесса растворения осадка будет совпадать со скоростью обратного процесса кристаллизации.

Гетерогенное равновесие «осадок – насыщенный раствор» подчиняется правилу произведения растворимости: произведение концентраций ионов электролита, содержащихся в его насыщенном растворе, возведенных в степени, соответствующие стехиометрическим коэффициентам, есть величина постоянная при данной температуре и называется произведением растворимости (ПР).

В общем виде для насыщенного раствора малорастворимого сильного электролита А_nB_m, находящегося в равновесии с его твердой фазой, будет характерен следующий обратимый процесс:

,

для которого ПР (A_nB_m) = [А^m+]ⁿ [В^n-]^m.

Из понятия ПР вытекают три следствия:

1. Условие образования осадка.

Осадок образуется, если произведение концентраций ионов, возведенных в степень стехиометрических коэффициентов, больше величины произведения растворимости: [А^m+]ⁿ·[В^n-]^m > ПР (A_nB_m).

2. Условие растворения осадка.

Осадок растворяется, если произведение концентраций ионов, возведенных в степень стехиометрических коэффициентов, меньше величины произведения растворимости: [А^m+]ⁿ·[В^n-]^m < ПР (A_nB_m).

3. Условие получения одного малорастворимого соединения (II) из другого малорастворимого соединения (I): ПР_II < ПР_I. Например, химическое равновесие приведенной ниже реакции будет смещено вправо, в сторону образования AgI, т.к. ПР(AgI) = 1,5·10‾¹⁶ < ПР(AgCl) = 1,56·10‾¹⁰:

АgCl↓ + NaI  AgI↓ + NaCl

х.р.

AgCl↓ + I‾  AgI↓ + Cl‾.

х.р.

Экспериментальная часть

Цель работы:

- изучение условий образования и растворения осадков малорастворимых сильных электролитов.

Опыт № 1. Образование одним и тем же ионом нескольких малорастворимых соединений

Налейте в две пробирки по 2-3 капли раствора нитрата свинца (II), после чего добавьте в одну из них 3-4 капли раствора иодида калия, в другую - столько же хромата калия.

Отметьте цвет образовавшихся малорастворимых соединений.

Напишите краткие ионно-молекулярные уравнения реакций.

Вычислите в каждом отдельном случае концентрацию ионов свинца Рb²⁺, соответствующую состоянию равновесия насыщенного раствора, исходя из значений ПР малорастворимых соединений: ПР(PbI₂) = 1,1*10^-9; ПР(PbCrO₄) = 1,8*10^-14.

В каком случае в растворе остается наименьшая концентрация ионов свинца?

Сделайте вывод об условии образования каждого из полученных малорастворимых сильных электролитов.

Опыт № 2. Зависимость полноты удаления ионов из раствора от величины ПР выпадающего в осадок электролита

а) Осаждение солей кальция

В 2 пробирки внесите по 4 капли раствора хлорида кальция и добавьте к нему по 6 капель раствора сульфата натрия.

Раствору дайте постоять 3-4 мин. для более полного выпадения осадка.

Отметьте цвет образовавшегося малорастворимого соединения.

Напишите краткое ионно-молекулярное уравнение реакции.

Сделайте вывод об условии образования полученного малорастворимого сильного электролита, приведя численное значение ПР.

Пипеткой отберите жидкую фазу и перенесите ее в две чистые пробирки - по 3 капли в каждую.

В одну пробирку добавьте 2 капли раствора сульфата натрия, чтобы убедиться в полноте осаждения ионов кальция данным реактивом. Выпадает ли осадок? Объясните наблюдение, пользуясь следствием из правила произведения растворимости и численным значением ПР.

В другую пробирку внесите 3-4 капли раствора оксалата аммония (NH₄)₂C₂O₄. Отметьте цвет образовавшегося малорастворимого соединения. Какое вещество выпадает в осадок? Напишите краткое ионно-молекулярное уравнение реакции. Объясните, пользуясь следствием из правила произведения растворимости и численным значением ПР, почему раствор после удаления из него иона кальция Са²⁺ в виде сульфата дает осадок при добавлении ионов С₂О₄^2-.

Сделайте вывод, каким из примененных реактивов наиболее полно удаляются ионы кальция из раствора.

б) Осаждение солей свинца

В 2 пробирки внесите по 4 капли раствора нитрата свинца (II) и добавьте к нему по 6 капель раствора хлорида натрия. Раствору дайте постоять 3-4 мин. для более полного выпадения осадка.

Отметьте цвет образовавшегося малорастворимого соединения.

Напишите краткое ионно-молекулярное уравнение реакции.

Сделайте вывод об условии образования полученного малорастворимого сильного электролита, приведя численное значение ПР.

Пипеткой отберите жидкую фазу и перенесите ее в две чистые пробирки - по 3 капли в каждую.

В одну из пробирок добавьте 2-3 капли раствора хлорида натрия, чтобы убедиться в полноте осаждения ионов кальция данным реактивом. Выпадает ли осадок? Объясните наблюдение, пользуясь следствием из правила произведения растворимости и численным значением ПР.

В другую пробирку внесите 3-4 капли раствора иодида калия.

Отметьте цвет образовавшегося малорастворимого соединения. Какое вещество выпадает в осадок? Напишите краткое ионно-молекулярное уравнение реакции. Объясните, пользуясь следствием из правила произведения растворимости и численным значением ПР, почему раствор после удаления из него ионов Pb²⁺ в виде хлорида дает осадок при добавлении йодид-ионов.

Сделайте вывод, каким из примененных реактивов наиболее полно удаляются ионы Pb²⁺ из раствора.

Опыт № 3. Смещение гетерогенного равновесия. Получение малорастворимых соединений из других малорастворимых веществ

а) Получение сульфида свинца (II ) из сульфата свинца (II )

В пробирку внесите 2 капли раствора нитрата свинца (II) и прибавьте 3 капли раствора сульфата натрия.

Отметьте цвет образовавшегося осадка. Какое вещество выпадает в осадок? Напишите молекулярное и краткое ионно-молекулярное уравнения реакции. Сделайте вывод об условии образования полученного малорастворимого сильного электролита, приведя численное значение ПР.

Осадку дайте отстояться. Отберите пипеткой жидкую фазу. К осадку добавьте 3-4 капли сульфида натрия и перемешайте осадок стеклянной палочкой. Как изменился цвет осадка? Какое вещество образовалось? Напишите молекулярное и краткое ионно-молекулярное уравнения реакции.

Объясните, пользуясь следствием из правила произведения растворимости и численными значениями ПР солей, переход одного осадка в другой.

Сделайте вывод об условии получения одного малорастворимого соединения из другого.

б). Получение хромата свинца (II ) из сульфата свинца (II )

Внесите в пробирку 2 капли раствора нитрата свинца (II) и добавьте к нему 3 капли раствора сульфата натрия.

Отметьте цвет образовавшегося осадка. Какое вещество выпадает в осадок? Напишите молекулярное и краткое ионно-молекулярное уравнения реакции. Сделайте вывод об условии образования полученного малорастворимого сильного электролита, приведя численное значение ПР.

Осадку дайте отстояться. Отберите пипеткой жидкую фазу. К осадку добавьте 3-4 капли хромата калия и перемешайте осадок стеклянной палочкой. Как изменился цвет осадка? Какое вещество образовалось? Напишите молекулярное и краткое ионно-молекулярное уравнения реакции.

Объясните, пользуясь следствием из правила произведения растворимости и численными значениями ПР солей, переход одного осадка в другой.

Сделайте вывод об условии получения одного малорастворимого соединения из другого.

Составьте отчет по лабораторной работе в соответствии с рекомендуемым планом:

1. Напишите номер и название опыта.

2. В каждом опыте пошагово (взаимоувязывая выполняемые действия, наблюдения, объяснение наблюдений):

• опишите ход работы;

• запишите наблюдения;

• объясните наблюдения, приведя соответствующие уравнения реакций;

• ответьте на вопросы, поставленные в опыте.

3. Сделайте вывод.

4. Ответьте на контрольные вопросы.