Приклади розв’язування задач. Приклад 1. Розрахувати розчинність CaSO4 у воді, в розчині KNO3 з молярною концентрацією калій нітрату 0,01моль/дм3 і в розчині Mg(NO3)2 з молярною

Приклад 1. Розрахувати розчинність CaSO4 у воді, в розчині KNO3 з молярною концентрацією калій нітрату 0,01моль/дм3 і в розчині Mg(NO3)2 з молярною концентрацією магній нітрату 0,01моль/дм3.

Дано:

c(KNO3) = 0,01моль/дм3 ДP(CaSO4) =2,37∙10–5

c(Mg(NO3)2) = 0,01моль/дм3

S (CaSO4) – ?

Розв’язування

Позначимо розчинність CaSO4 у воді через х. Так як CaSO4 при розчиненні дає по одному йону Ca2+ і ,то

[Ca2+] = [ ] = [CaSO4] = x

ДР(CaSO4) = [Ca2+]·[ ] = x·x = 2,37∙10–5

x2= 2,37·10–5; x = = 4,868·10–3моль/дм3

Знайдемо розчинність CaSO4 у розчині KNO3 з молярною концентрацією речовини 0,01моль/дм3. Йонна сила розчину буде визначатися концентрацією і зарядами всіх присутніх у розчині йонів:

μ = ½([K+]·12 + [ ]·12 + [Ca2+]·22 + [ ]·22) = ½(0,01·12 +
+ 0,01·12 + 0,004868·22 + 0,004868·22) = ½(0,01 + 0,01 + 0,0195 +
+ 0,0195) = 0,0295

Так як у таблиці немає йонної сили розчину, що дорівнює 0,0295, то величину коефіцієнтів активності = знаходять методом інтерполяції:

= = 0,55–0,018 = 0,532 або приблизно 0,53

ДР(CaSO4) = [Ca2+]·[ ]∙ ∙ = x∙x∙0,532 = 2,37∙10–5

x2∙0,532 = 2,37∙10–5

x = = 9,2∙10–3моль/дм3

Знайдемо розчинність СaSO4 у розчині Mg(NO3)2 з молярною концентрацією речовини 0,01моль/дм3.

У цьому випадку йонна сила розчину становить:

μ = ½([Mg2+]∙22 + 2[ ]·12 + [Ca2+]·22 + [ ]·22) =

= ½(0,01·4 + 2·0,01 + 0,004868·4 + 0,004868·4) = 0,0495 ≈ 0,05

Отже, = = 0,45.

ДР(CaSO4) = [Ca2+]∙[ ]∙ ∙ = x∙x∙0,452 = 2,37∙10–5

x2∙0,452 = 2,37∙10–5

x = = 1,082∙10–2 моль/дм3

З цих розрахунків випливає, що розчинність кальцій сульфату в розчинні калій нітрату (с=0,01моль/дм3) приблизно в 1,9 рази більша від розчинності у чистій воді, а розчинність CaSO4 у розчині Mg(NO3)2 (с=0,01моль/дм3) приблизно в 2,2 рази більша, ніж у чистій воді.

 

Приклад 2. Обчислити інтервал значень pH розчину для кількісного розділення йонів Fe3+ і Mg2+ шляхом осадження їх у формі гідроксидів.

Розв’язування

Спочатку розраховується значення pH розчину, при якому буде досягнута повнота посадження йонів Fe3+ у вигляді Fe(OH)3. Критерієм повноти осадження буде [Fe3+ ]£1,0∙10–6 моль/дм3.

Виходячи з добутку розчинності

ДР(Fe(OH)3) = [Fe3+]∙[OH–]3 = 6,3∙10–38,

знаходять концентрацію йонів ОН–, при якій буде досягнута повнота осадження йонів Fe3+:

моль/дм3

Звідси

моль/дм3

рH = –lg[H+] = –lg(2,5∙10–4) = 3,6

Отже, для повноти осадження йонів Fe3+ у формі Fe(OH)3 необхідно підтримувати в розчинні pH 3,6.

Йони Mg2+, будуть залишатися в розчинні до тих пір, доки не буде досягнуто добуток розчинності Mg(OH)2, тобто умовою збереження йонів Mg2+ у розчинні буде

[Mg2+]∙[OH–]2 < ДР(Mg(OH)2); ДР(Mg(OH)2) = 6,0∙10–10

Звідси

[OH–]£ £ моль/дм3

Якщо у вихідному розчині [Mg2+]=0,1моль/дм3, то умовою невипадіння в осад Mg(OH)2 буде

[OH–]£ моль/дм3; [OH–]£7,8∙10–5моль/дм3,

а якщо [Mg2+]=1,0∙10–2моль/дм3, то

[OH–]£ моль/дм3; [OH–]£2,5∙10–4моль/дм3,

Якщо концентрація йонів Mg2+ у вихідному розчині становить 0,1моль/дм3, то для збереження цих йонів у розчині [OH–]£7,8∙10–5моль/дм3, що відповідає

[H+]= =1,3·10–10моль/дм3, або pH£9,9.

Таким чином, якщо у розчині буде підтримуватися значення pH не менше, ніж 3,6 і не більше, ніж 9,9, то Fe3+ повністю буде в осаді у вигляді Fe(OH)3, а йони Mg2+ повністю залишаться в розчині. Цю умову можна записати у вигляді формули:

3,6£pH£9,9.

Приклад 3.Який об’єм розчину аргентум нітрату з масовою часткою AgNO3 2% необхідно взяти для осадження йонів Cl– із наважки CaCl2∙6H2O масою 0,4382г?

Дано:

m(CaCl2∙6H2O) = 0,4382г

w(AgNO3) = 2%

V(AgNO3(p)) – ?

Розв’язування

Обчислення виконуються наближено, тому числа, які беруться для розрахунків, слід округлити.

Визначається маса аргентум нітрату, необхідна для осадження йонів Cl–:

Далі визначається об’єм розчину AgNO3 (w(AgNO3)=2%), у якому міститься розрахована маса AgNO3. Густину розчину можна прийняти за одиницю.

 

Приклад 4. Обчислити втрату маси і відносну похибку за рахунок розчинності осаду CaC2O4·H2O, якщо до 20см3 розчину CaCl2 з молярною концентрацією речовини CaCl2 0,1моль/дм3 додали 30см3 розчину (NH4)2C2O4 з молярною концентрацією речовини амоній оксалату 0,1моль/дм3.

Дано:

V(CaCl2(p)) = 20см3 ДР(СаС2О4) = 2,3∙10–9

с(CaCl2) = 0,1моль/дм3 М(СаС2О4∙Н2О) = 146,12г/моль

V( (NH4)2C2O4(p)) = 30см3

с( (NH4)2C2O4) = 0,1моль/дм3

m(CaC2O4·H2O) – ?

η – ?

Розв’язування

Після зливання розчинів кальцій хлориду і амоній оксалату об’єм утвореного розчину становить: 20см3+30см3=50см3. Надлишок розчину осаджувача складає 10см3. Концентрація оксалат-іонів у отриманому розчині дорівнює:

= 0,02моль/дм3

Позначимо через х розчинність СаС2О4∙Н2О. Тоді [Са2+]=х моль/дм3, [ ]=(0,02+х)моль/дм3. Виходячи із значення ДР(СаС2О4),

[Са2+]·[ ] = х∙(0,02+х) = 2,3∙10–9

Так як х « 0,02, то (0,02+х) ≈ 0,02. Отже, х∙0,02 = 2,3∙10–9. Звідси:

= 1,15∙10–7моль/дм3

Розчинність СаС2О4 дорівнює 1,15∙10–7моль/дм3. Втрати через розчинність кальцій оксалату у розчині об’ємом 50см3 становитимуть:

= 8,4∙10–7г.

Маса осаду СаС2О4∙Н2О, отриманого при зливанні розчинів кальцій хлориду і амоній оксалату становить:

= 0,4383г.

Тоді η = = 1,9·10–4%.

 

Приклад 5. Обчислити масову частку втрат магній гідроксиду за рахунок розчинності осаду Mg(OH)2 масою 0,2г при промиванні водою об’ємом 250см3. Визначити концентрацію амоніаку у промивній рідині, щоб втрати при промиванні осаду таким же об’ємом склали не більше 0,1%.

Дано:

m(Mg(OH)2) = 0,2г ДР(Mg(OH)2) = 6,0·10–10

V(H2O) = 250см3 M(Mg(OH)2) = 58,32г/моль

V(NH3(р)) = 250см3 Kд(NH3·H2O) = 1,76·10–5

w(Mg(OH)2) – ?

с(NH3(p)) – ?

Розв’язування

Виходячи з добутку розчинності Mg(OH)2 визначають концентрацію йонів Mg2+ і рівну їй концентрацію Mg(OH)2 у водному насиченому розчині.

ДР(Mg(OH)2) = [Mg2+]·[OH–]2 = 6,0∙10–10.

Позначимо через х моль/дм3 розчинність Mg(OH)2. Тоді [Mg2+] = х моль/дм3, а [OH–] = 2х моль/дм3. Підставляючи ці значення у формулу добутку розчинності Mg(OH)2, маємо:

х·(2х)2 = 6,0·10–10; 4х3 = 6,0·10–10; х3 = ;

х = = 5,31·10–4моль/дм3.

Отже, втрати при промиванні осаду Mg(OH)2 водою за рахунок розчинності будуть складати:

= 7,74·10–3г Mg(OH)2,

або = 3,87%.

Якщо промивати осад Mg(OH)2 розчином амоніаку, розчинність магній гідроксиду знижується внаслідок введення однойменних з осадом йонів ОН–. Знаючи, що втрати Mg(OH)2 при промиванні цією промивною рідиною не повинні перевищувати 0,1%, знаходимо розчинність Mg(OH)2 в моль/дм3:

= 1,37·10–5моль/дм3.

Отже, [Mg2+] = 1,37·10–5моль/дм3.

Використовуючи значення добутку розчинності Mg(OH)2, визначаємо рівноважну концентрацію ОН–-іонів:

6,0·10–10 = [Mg2+]·[OH–]2 = 1,37·10–5·[OH–]2

На основі константи дисоціації NH3·H2O

розраховуємо концентрацію NH3 у розчині, у якому [OH–] =

6,62·10–3моль/дм3. Так як у водному розчині амоніаку [ ]=[OH–], то з константи дисоціації виходить:

 

Приклад 6. Після відповідної обробки мінералу, що містить Сульфур, взятого масою 2,6248г було отримано 0,3248г BaSO4. Розрахувати масову частку Сульфуру у досліджуваному мінералі.

Дано:

m(мінералу) = 2,6248г M(S) = 32,06г/моль

m(BaSO4) = 0,3248г M(BaSO4) = 233,39г/моль

w(S) – ?

Розв’язування

Фактор перерахунку (гравіметричний множник):

.

Тоді:

Масова частка Сульфуру у досліджуваному мінералі складає 1,7%.

 

§ 32. Запитання для самоперевірки

1. Які вимоги ставляться до осаджуваної форми у гравімет­ричному аналізі?

2. Які вимоги ставляться до гравіметричної форми?

3. Як впливають на повноту осадження BaSO4 температура розчину, концентрація і об’єм розчину осаджувача, наявність сторонніх електролітів?

4. Які йони будуть адсорбуватися на поверхні осаду на початку осадження BaCl2 розчином Na2SO4 і Na2SO4 розчином BaCl2?

5. Які йони будуть адсорбуватися на поверхні осаду при додаванні надлишку осаджувача після осадження BaCl2 розчином Na2SO4 і Na2SO4 розчином BaCl2?

6. Яку сіль – Ba(NО3)2, BaBr2, BaCl2 чи Ba(ClO4)2 – доцільно використати як осаджувач для отримання найбільш чистого осаду BaSO4?

7. Яку сполуку – K2C2O4, Na2C2O4, H2C2O4 чи (NH4)2C2O4 – доцільно використати як осаджувач для осадження йонів Ca2+?

8. У якому випадку втрати при промиванні осаду Fe(OH)3 будуть найменшими: а) при промиванні осаду водою; б) розчином NH4NO3; в) розчином NH4NO3 з NH3?

9. Яка сполука найбільш придатна як гравіметрична форма для кількісного визначення Ca2+, Sr2+, Ni2+, Zn2+, Cu2+?

10. Як зв’язано відносне пересичення розчину з числом центрів кристалізації, швидкістю кристалізації, розміром кристалів?

11. Які процеси відбуваються при дозріванні кристалічних осадів?

12. Чому осадження барій сульфату проводиться з розведених розчинів, у кислому середовищі, при нагріванні розчинів, у присутності солей амонію?

13. Які фізико-хімічні процеси у розчині призводять до співосадження?

14. Які аналітичні заходи застосовуються для зменшення адсорбції і оклюзії при отриманні кристалічних осадів?

15. Які умови осадження аморфних осадів? Чому їх осадження проводять з концентрованих розчинів?