1.2: Рівноваги розчинності

Last updated
Save as PDF

Page ID: 25077

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Постійна розчинність продукту (\(K_{sp}\))

Всі іонні сполуки в тій чи іншій мірі розчиняються у воді. Іонні сполуки є сильними електролітами, тобто вони повністю дисоціюються на іони при розчиненні. Коли кількість іонної сполуки, доданої до суміші, перевищує межу розчинності, надлишок нерозчиненої розчиненої речовини (твердої речовини) існує в рівновазі з його розчиненими водними іонами. Наприклад, наступне рівняння представляє рівновагу між твердим тілом\(\ce{AgCl(s)}\) і його розчиненими\(\ce{Ag^{+}(aq)}\) і\(\ce{Cl^{+}(aq)}\) іонами, де індекс (и) означає тверду речовину, тобто нерозчинену частку сполуки, а (aq) означає водну або розчинену у воді.

\[\ce{AgCl(s) ⇌ Ag+(aq) + Cl^{-}(aq)}\nonumber \]

Як і будь-яке інше хімічна рівновага, ця рівновага має постійну рівноваги (K _eq):

\[K_{eq} = [\ce{Ag^{+}}][\ce{Cl^{-}}]\nonumber \]

Зверніть увагу, що тверді або чисті рідкі види не з'являються в рівноважному постійному вираженні, оскільки концентрація в твердій або чистій рідині залишається постійною. Ця константа рівноваги має окрему назву Solutibility Product Constant (\(K_{sp}\)), засновану на тому, що вона є добутком молярної концентрації розчинених іонів, піднятих на потужність, рівну їх відповідним коефіцієнтам в хімічному рівнянні, наприклад,

\[K_{sp} = \ce{[Ag^{+}][Cl^{-}]} = 1.8 \times 10^{-10}\nonumber \]

Константа продукту розчинності (\(K_{sp}\)), є постійною рівноваги для іонної сполуки, що розчиняється у водному розчині.

Аналогічно рівновагу розчинення для\(\ce{PbCl2}\) можна показати як:

\[\ce{PbCl2(s) <=> Pb2+(aq) + 2Cl-(aq)} \nonumber\]

із

\[K_{sp} = \ce{[Pb^{2+}][Cl^{-}]^2} = 1.6 \times 10^{-5} \nonumber\]

І рівновага розчинення для\(\ce{Hg2Cl2}\) аналогічно:

\[\ce{Hg2Cl2(s) ⇌ Hg22+(aq) + 2Cl-(aq) } \nonumber\]

із

\[K_{sp} = \ce{[Hg2^{2+}][Cl^{-}]^2} = 1.3 \times 10^{-18} \nonumber\]

Вибіркові опади

Селективне осадження - це процес, що включає додавання реагенту, який осаджує один із розчинених катіонів або певну групу розчинених катіонів, але не інші.

Згідно з правилом розчинності № 5, обидва\(\ce{Cu^{2+}}\) і\(\ce{Ni^{2+}}\) утворюють нерозчинні солі с\(\ce{S^{2-}}\). Однак розчинність\(\ce{CuS}\) і\(\ce{NiS}\) відрізняються досить, що якщо підтримується відповідна концентрація,\(\ce{CuS}\) може бути\(\ce{S^{2-}}\) осаджена залишаючи\(\ce{Ni^{2+}}\) розчиненою. Наступні розрахунки, засновані на\(K_{sp}\) значеннях, підтверджують це.

\[\ce{CuS(s) <=> Cu^{2+}(aq) + S^{2-}(aq)},\quad K_{sp} = \ce{[Cu^{2+}][S^{2-}]} = 8.7\times 10^{-36}\nonumber\]

\[\ce{NiS(s) <=> Ni^{2+}(aq) + S^{2-}(aq)},\quad K_{sp} = \ce{[Ni^{2+}][S^{2-}]} = 1.8\times 10^{-21}\nonumber\]

Молярна концентрація сульфідних іонів [\(\ce{S^{2-}}\)], в моль/літр в насиченому розчині іонної сполуки може бути розрахована шляхом перестановки їх відповідного\(K_{sp}\) вираження, наприклад, для\(\ce{CuS}\) розчину,\(K_{sp} = \ce{[Cu^{2+}][S^{2-}]}\) переставляє на:

\[\ce{[S^{2-}]} = \frac{K_{sp}}{\ce{[Cu^{2+}]}}\nonumber\]

Припустимо, що\(\ce{Cu^{2+}}\) це 0,1 М, забивання значень у вищевказаному рівнянні дозволяють обчислити молярну концентрацію\(\ce{S^{2-}}\) в насиченому розчині\(\ce{CuS}\):

\[\ce{[S^{2-}]} = \frac{K_{sp}}{\ce{[Cu^{2+}]}} = \frac{8.7\times10^{-36}}{0.1} = 8.7\times10^{-35}\text {~M}\nonumber\]

Подібні розрахунки показують, що молярна концентрація\(\ce{S^{2-}}\) в насиченому розчині 0,1 М\(\ce{NiS}\) становить 1,8 х 10 ^-20 М. Якщо\(\ce{S^{2-}}\) концентрація зберігається більше 8,7 х 10 ^-35 М, але менше 1,8 х 10 ^-20 М,\(\ce{CuS}\) то вибірково випаде осад, залишаючи \(\ce{Ni^{2+}}\)розчиняється в розчині.

Інший приклад - селективне осадження свинцю, срібла та ртуті шляхом додавання\(\ce{HCl}\) в розчин. Згідно з правилом №3 розчинності іонних сполук, хлориду\(\ce{Cl^-}\) forms soluble salt with the cations except with Lead (\(\ce{Pb^{2+}}\)), ртуті (\(\ce{Hg_2^{2+}}\)), або срібла (\(\ce{Ag^{+}}\)). Додавання в\(\ce{HCl}\) якості джерела\(\ce{Cl^-}\) в розчин вибірково осаджує свинець (\(\ce{Pb^{2+}}\)), ртуть (\(\ce{Hg_2^{2+}}\)) і срібло (\(\ce{Ag^{+}}\)), залишаючи інші катіони, розчинені в розчині.