Условия за образуване и утаяване на седимента. Определяне на възможността за утаяване на слабо разтворим електролит в реакция на обмен Веществото се утаява от разтвор

За да се отговори на въпроса дали ще има валежи при дадени условия, е необходимо да се изчисли стойността продукти от PC концентрациии го сравнете с табличната стойност на PR. В този случай са възможни 3 случая:

1. Компютър< ПР. Такой раствор называется ненаситени. В такъв разтвор не се образува утайка. Молекулите на утайката веднага се разпадат на йони, т.к концентрацията им е под равновесната.

2. PC = PR. Това решение се нарича богат . В него възниква подвижно равновесие. Няма утайка.

3. Компютър > PR. Утайка се образува само в пренаситен решение. Образуването на утайка ще продължи, докато настъпи равенството PC = PR и разтворът се трансформира от свръхнаситен в наситен. Настъпва равновесие и по-нататъшното образуване на утайки спира.

Свойството на наситения разтвор да поддържа постоянно произведението от активностите (концентрациите) на йони в съответните степени се нарича правило за продукт на разтворимост.

Съгласно това правило е невъзможно съществуването на решения, при които продуктът от дейностите да надвишава табличната стойност на PR при дадена температура. Ако продуктът от дейности в съответните степени надвишава PR, тогава трябва да се образува утайка и концентрацията на йони в разтвора трябва да намалее до такива стойности, които биха задоволили правилото PR.

В съответствие с правилото за PR, ако концентрацията (активността) на един от йоните, включени в експресията на PR, се увеличи, тогава концентрацията (активността) на другия намалява.

Това действие на същия йоне в основата на методите за количествено утаяване и се използва в аналитичната химия.

Нека изчислим, например, разтворимостта на AgCl ( PR t= 1,78·10 -10). във вода и в 0,01 М разтвор на KCl.

Утайка от слабо разтворим електролит се образува, когато след смесване на разтвори на реагенти продуктът на моларните концентрации на катиони и аниони е по-голям от PR на утайката при дадена температура (IP> PR на утайката):

þ [A +] А·[IN - ] b> PR(A А IN b) – утаяване(пренаситен разтвор, преобладава процесът на утаяване, процесът на разтваряне е термодинамично невъзможен). Когато PR е леко превишен, разтворът става пренаситен, но известно време не се образува утайка.

þ [A +] А·[IN - ] b= PR(A А IN b) – не се появява утайка(наситен разтвор, динамично равновесие).

þ [A +] А·[IN - ] b < ПР(АА IN b) – разтваряне на утайка(ненаситен разтвор).

Валежи може да се счита за почти завършен, ако в разтвора остане такова количество вещество от утаени йони, което не пречи на по-нататъшните операции на разделяне и идентифициране на йони. (PR ≠ 0, отлагането никога не е пълно).

За по-пълно утаяване към разтвора се добавя излишък от утаяващия реагент, но големият излишък от утаителя води до разтваряне на утайката (ефект на солта).

Влиянието на електролитите върху разтворимостта на утайките:

Ø Разтворимостта на слабо разтворимо вещество в присъствието на други електролити, които имат общи йони с него, е по-малка от разтворимостта в чиста вода;

Ø Разтворимостта на слабо разтворима утайка във вода се увеличава, когато към нея се добави разтвор на силен електролит, който не съдържа общ йон с утайката ( солен ефект).

Солен ефект- това е увеличаване на разтворимостта на слабо разтворими електролити, които са в равновесие с утайката, чрез добавяне към тях на силни електролити, които не съдържат йони със същото име като утайката.

Разтворимостта на слабо разтворим електролит в присъствието на друг електролит, който не съдържа йони със същото име, се увеличава, което се обяснява с увеличаване на йонната сила на разтвора и намаляване на коефициента на активност на всеки йон.

За слабо разтворим електролит: DR(A А IN b) = [A + ] А· [IN - ] b∙f(A+)∙ f(B -),

Където f(A+) и∙ f(B -) – коефициенти на йонна активност.

Тъй като продуктът на разтворимостта е постоянна стойност, следователно, с увеличаване на йонната сила на разтвора, концентрацията на йони на слабо разтворимия електролит се увеличава, което води до увеличаване на разтворимостта на утайката.

Ø Колкото по-малка е тенденцията утайката да премине в разтвор, толкова по-малък е продуктът на разтворимостта и разтворимостта на съответното съединение;

Ø Посоката на реакцията на обмен между два електролита в разтвора се определя от възможността за образуване между йоните на слабо разтворимо съединение, което се утаява (колкото по-ниска е разтворимостта на образуваното слабо разтворимо съединение, толкова повече равновесието се измества към неговото образуване).

Наред с образуването на утайка, разтварянето на утайката, което е обратното на процеса на образуване, също е от голямо значение при качествения анализ:

CaSO 4(твърда сол) ↔ Ca 2+ + SO 4 2-(йони в разтвор)

Преместване на хетерогенното равновесие надясно може да възникне в следните случаи:

ü йони в разтвора се свързват в друга, по-малко разтворима утайка;

Утайката не се разтваря, но тази операция позволява да се определи в разтвора анионът или катионът, включен в първоначалната утайка. Обработваното съединение трябва да бъде силно разтворимо и напълно дисоциирано на йони.

СdC 2 O 4(PR = 2,2·10 -8) + Pb(NO 3) 2 ↔ PbC 2 O 4(PR = 8,3·10 -12) + Сd 2+ + 2NO 3 - ;

ü протича реакция на комплексообразуване с участието на метални йони;

ü анионът се трансформира в ниско дисоциираща киселина;

ü настъпва редукция или окисление на йони.

Разтворимостта на утайката зависи от:

а Концентрации на водородни йони (разтворимост на утаяване в киселини).

Дисоциация на слабо разтворимо съединение:BaCO 3 « Ba 2+ + CO 3 2-

При действие върху утайката VaCO 3киселина (Н + йони), равновесието между утайката и разтвора се измества надясно (съгласно принципа на Le Chatelier), тъй като карбонатният йон се свързва с водородни йони, за да образува слаба въглена киселина:

2H + + CO 3 2- = H 2 CO 3,

Който се разлага с отделяне на CO 2; Съответно концентрацията на карбонатните йони CO 3 2- намалява. В резултат на това се увеличава разтворимостта на утайката BaCO 3 .

Ефектът на киселината върху утайката зависи от:

· Стойности на продукта за разтворимост на слабо разтворима сол(колкото по-голям е PR на солта, толкова по-голяма е разтворимостта на утайката от тази сол);

· Стойностите на константата на дисоциация на образуваната слаба киселина(колкото по-ниско е K дис. на слаба киселина, толкова по-голяма е разтворимостта на утайката).

а Температури

Ако разтворимостта на дадено вещество във вода е придружена от поглъщане на топлина, тогава повишаването на температурата води до увеличаване на разтворимостта на утайката (принцип на Le Chatelier) - утаяването трябва да се извършва на студено.

Например,разтворимостта на PbCI 2 при стайна температура е 10,9 g/l, а при 100 C – 333,8 g/l.

а Естество на разтворителя

Когато органичните разтворители се добавят към водата, разтворимостта на неорганичните соли, като правило, намалява: разтворимостта на полярните вещества в полярните разтворители е по-голяма, отколкото в неполярните.

Приложение на правилото за продукт на разтворимост в аналитичната химия за:

Ø решаване на проблеми с образуването и разтварянето на седименти;

Ø изчисляване на разтворимостта на слабо разтворими съединения (брой молове вещество, съдържащо се в 1 литър наситен разтвор при дадена температура):

S(A А IN b) = , [S] -[mol/l]

Ø решаване на въпроси на последователността на образуване и утаяване (действие на групови реагенти).

Дробни валежие метод, чрез който няколко йона се разделят последователно, като се използва един и същ утаител, като се използват различни стойности на продукта на разтворимост на образуваните съединения. При качествен анализ се използват в случаите, когато седиментите се различават по външен вид (оцветяване).

Същност:Първо, съединението, чийто продукт на разтворимост има по-малка стойност, се утаява.

Хидролиза на соли

Хидролиза- това е метаболитното взаимодействие на веществата с водата, при което съставните части на това вещество се комбинират със съставните части на водата. Химични съединения от различни класове могат да бъдат подложени на хидролиза: соли, мазнини, въглехидрати, протеини.

Същността на процеса на хидролиза:солните йони свързват съставките на водата (Н + и ОН -), за да образуват леко дисоцииран електролит. В резултат на това равновесието в реакцията на дисоциация на водата се измества надясно.

Химично уравнение на хидролизата	Изразяване на хидролизната константа
Хидролиза чрез анион (слаб киселинен анион):
CH 3 COONa ↔ Na + + CH 3 COO - CH 3 COO - + HON ↔ CH 3 COOH + OH - CH 3 COONa + H 2 O ↔ CH 3 COOH + NaOH	K g = = = = ; pH > 7, алкална среда.
Хидролиза чрез катион (слаб основен катион):
NH 4 Cl ↔ NH 4 + + Cl - NH 4 + + HOH ↔ NH 4 OH + H + NH 4 Cl + H 2 O ↔ NH 4 OH + HCl	K g = = = ; pH< 7, среда кислая.
Хидролиза чрез катион и анион (слаб основен катион и слаб киселинен анион):
CH 3 COONH 4 ↔ CH 3 COO - + NH 4 + CH 3 COO - + NH 4 + + HOH ↔ CH 3 COOH + NH 4 + OH Реакцията на средата на разтвори на такива соли се определя от съотношението на силата от образуваните слаби електролити. Може да се доближи до неутрално, ако константите на дисоциация на слаба основа и слаба киселина са близки една до друга.	K g = = K(NH4OH) = 1.76·10-5; K(CH3COOH) = 1.74·10-5. pH ≈ 7.

Значението на хидролизата в природата:

ü поради хидролизата на алумосиликатите се получава разрушаване на скалите;

ü осигуряване на леко алкална реакция на морската водна среда.

Значението на хидролизата в ежедневието:мия; миене на чинии; измиване със сапун; храносмилателни процеси.

Използване на хидролиза в промишлеността:

þ повреда на производствено оборудване;

þ производство на ценни продукти от нехранителни суровини (хартия, сапун, спирт, глюкоза, протеини, мая);

þ пречистване на промишлени отпадъчни води и питейна вода (хидролиза на натриев карбонат, натриев фосфат се използва за пречистване на водата и намаляване на нейната твърдост);

þ подготовка на плат за боядисване;

þ добавяне на вар към почвата.

Използване на хидролизата в аналитичната химия:

a като характерни реакции на отваряне на Fe 3+, Sb 3+, Br 3+ катиони и CH 3 COO -, SiO 3 2- аниони,

а за разделяне на Cr 3+ и Al 3+ - йони;

a за регулиране на pH и pH на разтворите (добавяне на NH 4 +, CH 3 COO -).

В практиката на качествения анализ най-често се занимаваме с хидролиза на соли и солеподобни съединения.

Начини за подобряване на хидролизата:

ü разреждане на разтвори;

ü повишаване на температурата;

ü отстраняване на продуктите от хидролизата;

ü добавяне към разтвора на: катиони - силни комплексообразователи и аниони - силни донори на електронни двойки.

За да се подобри хидролизата на сол, образувана от слаб основен катион и силен киселинен анион, е необходимо да се добави основа за свързване на водородните йони, получени в резултат на процеса на хидролиза: NH 4 + + HOH ↔ NH 4 OH + H +

Когато се добави основа, киселината ще се неутрализира и динамичното равновесие ще се измести надясно, т.е. хидролизата ще се увеличи. Ако към разтвор на такава сол се добавят киселини, хидролизата ще се забави.

За подобряване на хидролизата на сол, образувана от анион на слаба киселина и катион на силна основа. Необходимо е да се свържат свободните OH - йони, получени в резултат на процеса на хидролиза:

CH 3 COO - + HON ↔ CH 3 COOH + OH - .

Добавянето на киселина води до неутрализация на основата и динамичното равновесие се измества надясно, т.е. хидролизата се увеличава. Ако в разтвор на такава сол се въведе основа, хидролизата ще се забави.

H + и OH - йони могат да бъдат свързани в комплексни аниони (HCO 3 -, HPO 4 2-) или в неутрални молекули на слаби киселини (H 2 CO 3, CH 3 COOH, H 3 VO 3) чрез добавяне на други електролити.

Продуктът на разтворимост е една от основните характеристики на утайката. Използвайки тази характеристика, можете да промените разтворимостта на утайката, да изчислите оптималните условия на утаяване и да предвидите кои реакции на утаяване са най-добре използвани за определяне на кои йони.

От уравнение (3.1.) следват условията за образуване на утайка в разтвора:

Утайка от слабо разтворим електролит се образува само когато произведението на концентрациите на неговите йони (P) в разтвор надвишава стойността на произведението на разтворимостта на това съединение, тези. когато даден разтвор стане свръхнаситен по отношение на дадено слабо разтворимо съединение. Утайката не се отделя от ненаситения разтвор, твърдата фаза се разтваря.

ПРИМЕР 3.6 Определете дали се образува утайка от PbCO 3 при смесване на 400 ml 0,001 M Pb(NO) 2 и 100 ml 0,01 M K 2 CO 3 .

Решение: Нека намерим моларните концентрации на веществата в момента на смесване по формулата:

Концентрациите на йоните, образуващи утайката, са равни на:

cm 2 (Pb(NO) 2), тъй като при дисоциация се образува 1 мол оловни йони от 1 мол сол.

[CO 3 2- ]= cm 2 (K 2 CO 3), тъй като при дисоциация се образува 1 мол сол от 1 мол CO 3 2- йони.

Следователно PR = ·[CO 3 2- ]= 0,0008·0,002=1,6·10 -5.

Получената стойност е по-голяма от PRPbCO 3 = 7,5·10 -14, следователно разтворът е пренаситен спрямо оловен карбонат и се образува утайка.

ПРИМЕР 3.7 При какво съотношение на концентрациите на Ba 2+ и Pb 2+ йони техните карбонати ще се утаят едновременно, когато се въведат CO 3 2- йони? PRBaCO 3 =7∙10 -9, PRRbCO 3 =1,5∙10 -13.

Решение: Означаваме концентрацията на въведените карбонатни йони с CCO 3 2-, тогава:

И така, бариеви и оловни карбонати ще се утаят едновременно от разтвора, ако CBa 2+ >CPb 2+ с коефициент 46 700. Ако съотношението CBa 2+ / CPb 2+ >46700, тогава BaCO 3 ще бъде първият, който ще се утаи от разтвора, докато съотношението CBa 2+ / CPb 2+ стане равно на 46700. И едва след това ще започне едновременно утаяване. Ако съотношението на концентрациите на бариеви и оловни йони е по-малко от 46700, тогава първо ще започне да се утаява оловен карбонат. Утаяването на оловен карбонат ще продължи, докато съотношението СBa 2+ / CPb 2+ достигне стойност, при която BaCO 3 и PbCO 3 ще се утаят едновременно.

Познаването на числената стойност на продукта за разтворимост ни позволява да предвидим дали слабо разтворимо съединение ще се утаи в резултат на реакцията на обмен. Например, за да се образува утайка от Ag 3 PO 4 в резултат на обменна реакция, когато разтворите на AgNO 3 и K 3 PO 4 се слеят

3 Ag + + PO 4 3– ® Ag 3 PO 4 ¯

необходимо е полученият разтвор да бъде пренаситен със сребърни йони и фосфатни йони. Важно е да се разбере, че PR е характеристика, свързана с наситен разтвор, следователно ще настъпи утаяване, ако в получения разтвор произведението на концентрациите (PC) на йони, образуващи утайка, е по-голямо от произведението на разтворимост (SP) или по-накратко, състояние на валежите: Компютър > PR.

Пример 5.2. Определете дали Ag 3 PO 4 ще се утаи при изливане на 1 литър разтвор на Na 3 PO 4 с концентрация 5·10–5 mol/l и 1 литър разтвор на AgNO 3 с концентрация 2·10–3 mol/l. PR(Ag 3 PO 4) = 1,3·10 –20.

При решаването на такива проблеми е необходимо първо да се намери в първоначалните решения броя на моловете на тези йони, които могат да образуват утайка (в този случай това са Ag + и PO 4 3– йони).

В разтвор на Na 3 PO 4: n(Na ​​​​3 PO 4) = C(Na 3 PO 4)·V разтвор (Na 3 PO 4);

n(Na 3 PO 4) = 5 10 –5 mol/l 1 l = 5 10 –5 mol = n(PO 4 3–).

В разтвор на AgNO 3: n(AgNO 3) = C(AgNO 3)·V разтвор на AgNO 3;

n(AgNO 3) = 2·10 –3 mol/l · 1 l = 2·10 –3 mol = n(Ag +).

В разтвора, образуван след смесване, броят на моловете Ag + и PO 4 3– йони преди образуването на утайка ще бъде същият като в първоначалните разтвори, а обемът на разтвора ще бъде равен на 2 литра:

V общо ≈ V разтвор на Na 3 PO 4 + V разтвор на AgNO 3 = 1 l + 1 l = 2 l.

C(Ag +) = n(Ag +) / V общо = 2·10–3 mol/2 l = 1·10–3 mol/l;

C(PO 4 3–) = n(PO 4 3–) / V общо = 5 10 –5 mol / 2 l = 2,5 10 –5 mol/l.

Образуването на утайка възниква в резултат на реакция, протичаща съгласно уравнението 3 Ag + + PO 4 3– ® Ag 3 PO 4 ¯, следователно продуктът на концентрациите (PC) на Ag + и PO 4 3– йони в получения разтвор трябва да се изчисли с помощта на уравнението:

PC = C 3 (Ag +) C(PO 4 3–) = (1 10 –3) 3 2,5 10 –5 = 2,5 10 –14.

Тъй като PC = 2,5·10 –14 > PR(Ag 3 PO 4) = 1,3·10 –20, разтворът е пренаситен с йони Ag + и PO 4 3–, следователно се образува утайка Ag 3 PO 4.

Пример 5.3. Определете дали ще се образува утайка PbCl 2, когато се излеят 200 ml от 0,005 M разтвор на Pb(NO 3) 2 и 300 ml от 0,01 M разтвор на NaCl PR(PbCl 2) = 1,6·10 –5.

Изчисляване на количествата Pb 2+ и Cl – йони в изходните разтвори:

В разтвор на Pb(NO 3) 2: n(Pb(NO 3) 2) = C(Pb(NO 3) 2) · V разтвор (Pb(NO 3) 2);

n(Pb(NO 3) 2) = 0,005 mol/l · 0,2 l = 0,001 mol = n(Pb 2+).

В разтвор на NaCl: n(NaCl) = C(NaCl)·V разтвор на NaCl;

n(NaCl) = 0,01 mol/l · 0,3 l = 0,003 mol = n(Cl –).

В разтвора, образуван след смесване, броят молове Pb 2+ и Cl – йони преди образуването на утайка ще бъде същият като в първоначалните разтвори, а обемът на разтвора ще бъде равен на 0,5 литра:

V общо ≈ V разтвор на Pb(NO 3) 2 + V разтвор на NaCl = 0,2 l + 0,3 l = 0,5 l.

Концентрациите на йони Ag + и PO 4 3– в получения разтвор ще бъдат както следва:

C(Pb 2+) = n(Pb 2+) / V общо = 0,001 mol / 0,5 l = 0,002 mol/l = 2·10 –3 mol/l;

C(Cl –) = n(Cl –) / V общо = 0,003 mol / 0,5 l = 0,006 mol/l = 6·10 –3 mol/l.

Образуването на утайка възниква в резултат на реакция, протичаща съгласно уравнението Pb 2+ + 2 Cl – ® PbCl 2 ¯, следователно произведението на концентрациите (PC) на Pb 2+ и Cl – йони в получения разтвор трябва да се изчисли по уравнението:

PC = C(Pb 2+) C 2 (Cl –) = 2 × 10 –3 × (6 10 –3) 2 = 7,2 10 –8.

Тъй като PC = 7,2 10 –8< ПР(PbCl 2) = 1,6·10 –5 , образовавшийся раствор не насыщен ионами Pb 2+ и Cl – , и осадок PbCl 2 не образуется.

В задача № 7 (Таблица 5.2) учениците са помолени да определят възможността за утаяване при смесване на два електролитни разтвора.

Прочетете също: Алгоритъм за линейно цифрово филтриране. Условие за физическа реализируемост. Основните условия за доставка са Incoterms 2000. Групови условия E, F, C, D. FOB условие и CIF условие. Билет 1. Цикличен алгоритъм. Блокови схеми на цикли с предусловие, с постусловие и цикъл с параметър. Програмиране на цикличен процес Важно условие за успеха на една компания е надеждната система за наблюдение на конкурентите и анализ на техните действия. Нарастващи и намаляващи функции, необходими и достатъчни условия. Въпрос 1. Ядрена реакция. Условието за възникване на верижна реакция на ядрено делене Въпрос № 13. Окисление на въглерод в електрическа пещ, механизъм и условия за отстраняване на СО мехур.

ОБРАЗУВАНЕ И РАЗТВАРЯНЕ НА СЕДИМЕНТИ

В АНАЛИЗ

план:

1. Произведение от разтворимост и разтворимост. Състояние на валежите

2. Продукт на разтворимост за непълна дисоциация на слабо разтворимо съединение

3. Фактори, влияещи върху пълнотата на отлагането

4. Разтваряне на утайки

Произведение от разтворимост и разтворимост.

Състояние на валежите

Разнороднисе наричат ​​химични и физикохимични процеси, протичащи в системи, състоящи се от няколко фази. Фазите могат да бъдат течни, твърди или газообразни.

Фаза –това са отделни части от хетерогенна система, разграничени от интерфейси.

Ще считаме, че фазовото равновесие течно-твърдо е от най-голямо значение за разделянето на елементите, качественото и количественото определяне.

Помислете за равновесието в системата слабо разтворим силен електролит A a B c, пропускайки зарядите на йони за простота:

A a B vtv ó aA + bB

Това равновесие се описва от константата на термодинамичното равновесие:

Активността на твърдата фаза е почти постоянна стойност; произведението на две константи ще даде нова константа, която се нарича термодинамичен продукт за разтворимост (SP) :

В разтвор над утайка от слабо разтворим силен електролит произведението на йонните активности в степени на съответните стехиометрични коефициенти е постоянна стойност при дадени условия (температура, налягане, разтворител).

PR Т = f(T, p, природата на разтворителя)

В немската литература PR се обозначава като Lp (löslichkeitsprodukt), в английската - Sp (solubility product).

Р разтворимост Sе способността на веществата да образуват хомогенна система с разтворител.

Разтворимостта се измерва в mol/l, g/100 ml, g/ml и др.

Колкото по-ниска е разтворимостта, толкова по-трудно се разтваря електролита

BaSO 4 (PR = 1,05 · 10 -10) трудно се разтваря при кипене само в концентрирана сярна киселина,

CaSO 4 (PR = 9,1 · 10 -6) е доста разтворим във вода - гипсова вода

За слабо разтворим силен електролит AB, който се състои от йони с еднакъв заряд, разтворимостта S е равновесната концентрация на йон A или йон B.

Ако означим тази концентрация с x, тогава

PR = [A]·[B] = x 2

S = x =

За електролитно отлагане, състоящо се от йони с различни заряди A a B b, равновесие в наситен разтвор

A a B b TV ó aA + bB

Оттук [A] = a·SИ [B] = b·S

PR (A a B b)= [A] a ·[B] b = a ·[ b·S] b = a a ·b b ·S a+b. Оттук

|