ЗАНЯТИЕ №
Тема: Гетерогенные равновесия. Константа растворимости.
Мотивация изучения темы. В биологических жидких средах преобладают не гомогенные, а гетерогенные равновесия. Изучение этих равновесий, направление их смещений имеет немаловажное практическое значение для понимания закономерностей образования и растворения труднорастворимых веществ в организме.
Ученые, изучающие биологическую эволюцию, считают, что различная растворимость природных соединений в воде оказала большое влияние на их содержание в живых организмах. Между растворимостью соединений в воде и токсическим действием ионов ряда элементов имеется тесная взаимосвязь. Например, введение ионов Al3+ в организм вследствие образования малорастворимого AlPO4 приводит к рахиту.
Реакции осаждения лежат в основе метода осаждения, который широко применяют в количественном анализе фармацевтических препаратов. Метод осаждения используют в клиническом анализе хлоридов в моче, желудочном соке, крови; в санитарно-гигиеническом анализе – при анализе питьевых вод.
Цель: Изучить гетерогенные равновесия в насыщенных растворах труднорастворимых электролитов.
Задачи изучения:
1. Приобрести навыки расчета константы растворимости в насыщенных растворах труднорастворимых электролитов.
2. Приобрести навыки расчета растворимости электролита по величине константы растворимости электролита.
3. Приобрести навыки прогнозирования образования и растворения осадков.
Продолжительность занятия - 165 минут (135 учебного времени и 30мин перерыв).
Место проведения занятия - учебный практикум (кафедра общей химии)
Задания для самостоятельной работы студента во внеучебное время (самоподготовка).
А. Контрольные вопросы
1. Гетерогенные равновесия в насыщенных растворах малорастворимых электролитов.
2. Константа растворимости.
3. Условия образования и растворения осадков. Влияние одноименных ионов на растворимость малорастворимого электролита.
Б. Список рекомендуемой литературы:
1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для ВУЗов/ , , и др. - 2 изд. - М.: ВШ, 2000.
2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов/под ред. , - М.: ВШ, 2006.
3. , , Филиппова задач и упражнений по общей химии. - М.: ВШ, 2007.
4. Практикум по общей и биоорганической химии /под ред. – 3-е изд.-М.: изд. центр «Академия», 2008.-240с
В. Обучающий материал.
В насыщенных растворах труднорастворимых электролитов произведение концентрации ионов этих электролитов, возведенных в степень их стехиометрических коэффициентов, есть величина постоянная при определенной температуре и называется константой растворимости (Ks).
На основании величины Ks можно прогнозировать образование и растворение осадков электролитов:
Электролит выпадает в осадок, когда произведение концентраций его ионов в растворе больше величины Ks. Осадок электролита растворяется, когда произведение концентраций ионов электролита в растворе меньше величины Ks этого электролита.Г. Обучающие задачи
Примечание. Если растворимость электролита выражена в моль/л, это есть молярная концентрация электролита.
Задача №1 Растворимость BaF2 в воде при 18°С равна 7,5·10-3моль/л. Рассчитать константу растворимости ВаF2 при этой температуре.
Дано: Решение.
С(Ba F2)= 7,5·10-3моль/л 1. BaF2 ⇄ Ba2+ +2F -
Ks -? Ks (BaF2) = [Ва2+] · [F-]2
При диссоциации 1 моль BaF2 образуется 1 моль ионов Ba2+ и 2 моль ионов F-, таким образом, концентрация ионов Ba2+ равна растворимости (концентрации) BaF2, а концентрация ионов F - в два раза больше, т. е.
[Ва2+] = 7,5·10-3моль/л ; [F-] = 2· 7,5·10-3 = 1,5·10-2моль/л.
Константа растворимости BaF2 равна:Ks (BaF2) = 7,5·10-3 · (1,5·10-2)2 = 16,875 ·10-7 = 1,69 ·10-6
Ответ: Ks (BaF2) = 1,69 ·10-6
Задача №2. Константа растворимости сульфида марганца MnS при 25° C равна 2,5 ·10-10. Рассчитать растворимость сульфида марганца в воде (в моль/л) при этой температуре.
Дано: Решение.
Ks (MnS) = 2,5·10-10 1. MnS ⇄ Mn2+ + S2-
C(MnS) - ? Ks (MnS) = [Mn2+] · [S2-]
при диссоциации 1 моль MnS образуется по 1 моль ионов Mn2+ и S2-, следовательно, концентрации ионов Mn2+ и S2- равны концентрации (растворимости в моль/л) электролита MnS. Обозначив концентрации ионов Mn2+ и S2- через Х, получим:
Ks (MnS) = Х·Х = Х2 , отсюда Х = 
Х = 
Ответ: растворимость сульфида марганца в воде при 25°С равна 1,58·10-5 моль/л.
Задача №3. Ks (CdS) = 7,1·10-28. Выпадет ли осадок сульфида кадмия CdS, если к 1л 0,1н раствора нитрата кадмия Cd(NO3)2 прибавить такой же объем 0,01н раствора сульфида натрия Na2S? Степень диссоциации исходных электролитов принять равной единице.
Дано: Решение:
Ks (CdS) = 7,1·10-28 1. CdS⇄ Cd2+ + S2-
V(Cd(NO3)2) = V(Na2S) = 1л Осадок CdS образуется, если [Cd2+]·[ S2-]> Ks (CdS)
Cfэкв(Cd(NO3)2) = 0,1моль/л 2. Cd(NO3)2 ⇄ Cd2+ + 2NO3-
Cfэкв(Na2S) = 0,01моль/л C(Cd2+) = C(Cd(NO3)2)
б(Cd(NO3)2) = б(Na2S) = 1 C(Cd(NO3)2) = Ѕ Cfэкв(Cd(NO3)2)
образуется ли осадок CdS-? C(Cd(NO3)2) = Ѕ · 0,1= 0,05 моль/л
C(Cd2+) = 0,05моль/л (до смешивания растворов)
3. Na2S⇄ 2Na+ + S2-
C(S2-) = C(Na2S); C(Na2S) = Ѕ Cfэкв(Na2S)
C(Na2S) = Ѕ · 0,01= 0,005 моль/л; C(S2-) = 0,005 моль/л (до смешивания растворов).
4. после смешивания 1л Cd(NO3)2 и 1л Na2S объем раствора увеличился вдвое, а концентрации ионов в единице объема уменьшатся в два раза и станут равными :
C(Cd2+) = 0,05 : 2 = 0,025моль/л = 2,5·10-2моль/л
C(S2-) = 0,005 : 2 = 0,0025моль/л = 2,5·10-3моль/л
5. [Cd2+]·[ S2-] = 2,5·10-2·2,5·10-3 = 6,25·10-5
6. [Cd2+]·[ S2-]> Ks (CdS)
6,25·10-5> 7,1·10-28 следовательно, CdS выпадет в осадок
Д. Задачи для самостоятельного решения.
Задача 1. В 3л насыщенного при комнатной температуре раствора сульфата свинца (II) PbSO4 содержится 0,132г соли. Вычислить Ks(PbSO4). (Ответ: 2,1·10-8).
Задача 2. Константа растворимости иодида серебра AgI при 25°C 1,5·10-16. Вычислить растворимость AgI в воде при этой температуре (в моль/л). (Ответ: растворимость AgI равна 1,22·10-8 моль/л).
3. Выпадет ли осадок бихромата серебра Ag2Cr2O7 при смешивании равных объемов 0,05н растворов AgNO3 и K2Cr2O7? Ks (Ag2Cr2O7) = 2 ·10-7 (25°C). Степень диссоциации AgNO3 и K2Cr2O7 принять равными единице. (Ответ: осадок Ag2Cr2O7 выпадет).
