Равновесие осадок-раствор. ПР
1. Произведение растворимости AgBr равно 4,0×10-13. Вычислить концентрацию ионов Ag+ в насыщенном растворе AgBr.
2. Произведение растворимости PbCO3 равно 1,5×10-13 . Вычислить массу ионов Pb2+, содержащихся в 1 л насыщенного раствора PbCO3, выразив ее в миллиграммах.
3. Произведение растворимости PbJ2 равно 8,7×10-9. Вычислить концентрацию ионов Pb2+ и J- в насыщенном растворе PbJ2.
4. Для растворения 1,16 г PbJ2 потребовалось 2 л воды. Найти ПР PbJ2.
5. Исходя из произведения растворимости СаСО3 найти массу СаСО3, содержащуюся в 100 мл его насыщенного раствора.
6. Растворимость ВаСО3 равна 8,9×10-5 моль/л. Вычислить ПР ВаСО3.
7. Растворимость Ag2SO4 равна 2,68×10-2 моль/л. Вычислить ПР.
8. Растворимость Ва(JO3)2 равна 2,8×10-4 моль/л. Вычислить ПР.
9. Один грамм PbJ2 может быть растворен в 1730 мл воды. Вычислить ПР.
10.В 500 мл насыщенного раствора PbF2 содержится 245 мг растворенного вещества. Вычислить ПР.
11.Произведение растворимости Ag2Cr2O7 равно 2,0×10-7. Выпадет ли осадок при смешивании равных объемов 0,01 М растворов AgNO3 и К2Cr2O7 ?
12. Образуется ли осадок сульфата серебра, если к 0,02 М раствору AgNO3 добавить равный объем 1М раствора H2SO4 ? ПР(Ag2SO4) = 2×10-5.
13.К 50 мл 0,001 М раствора НС1 добавили 450 мл 0,0001 М- раствора AgNO3. Выпадет ли осадок хлорида серебра? ПР(AgCl)=1,8×10-10.
14.Образуется ли осадок хлорида свинца, если к 0,1 Н раствору Pb(NO3)2 добавить равный объем 0,4 Н раствора NaC1?
ПР(PbCl2 )=2×10-5.
Влияние посторонних веществ на растворимость
1. Произведение растворимости СаСО3 равно 4,8×10-9. Вычислить концентрацию Са2+ в 0,01 М растворе Na2CO3, находящемся над осадком СаСО3.
2. Произведение растворимости Cu(JO3)2 равно 1,4×10-7. Сравнить концентрацию ионов JO3- в насыщенном растворе Cu(JO3)2, не содержащем других электролитов и содержащем CuSO4 в концентрации 0,05 моль/л.
3. Произведение растворимости PbJ2 равно 8,7×10-9. Вычислить в миллиграммах, сколько J- перейдет в раствор при промывании осадка PbJ2 500 мл 0,02 М раствором KJ ?
4. Произведение растворимости MgCO3 равно 1,0×10-5. Вычислить в граммах на литр концентрацию ионов СО32- в растворе над осадком MgCO3, содержащем MgCl2 в концентрации 0,01 моль/л.
5. Произведение растворимости CaSO4 равно 1,0×10-5. Сравнивать растворимость СаSO4 в чистой воде и в 0,2 М растворе Н2SO4.
6. Произведение растворимости Mg(OH)2 равно 3,4×10-11. найти растворимость Mg(OH)2 в чистой воде и в 0,001 М растворе КОН.
7. Произведение растворимости PbС12 равно 1,6×10-5. Вычислить в граммах на литр концентрацию ионов С1- в растворе над осадком PbС12, содержащем Pb(NO3)2 в концентрации 0,02 моль/л.
8. Вычислить в миллиграммах, сколько ионов С2О42- перейдет в раствор при промывании осадка СаС2О4 100 мл 0,01 М раствором Na2C2O4, если ПР(СаС2О4)=2,6×10-9.
9. Во сколько раз уменьшится концентрация ионов серебра в насыщенном растворе AgCl, если прибавить к нему столько соляной кислоты, чтобы концентрация ионов С1- в растворе стала равной 0,03 моль/л ?
10.Во сколько раз изменится концентрация ионов бария Ва2+ в насыщенном растворе ВаCrO4, если прибавить к нему столько хромовой кислоты, чтобы концентрация ионов CrO42- в растворе стала равной 0,015 моль/л.
11.Вычислить в миллиграммах, сколько ионов Sr2+ перейдет в раствор при промывании осадка SrCrO4 200 мл 0,02 Н раствора К2CrO4, если Пр(SrCrO4) = 3,5×10-5.
12.Произведение растворимости CdСO3 равно 5,2×10-12. Вычислить в граммах на литр концентрацию ионов СО32- в растворе над осадком CdСО3, содержащем Cd(NO3)2 в концентрации 0,02 моль/л.
13.К 0,01 Н раствору Н2SO4 медленно добавляют раствор, содержащий 0,01 моль/л СаС12 и 0,01 моль/л SrC12. Какой осадок начнет выпадать раньше- SrSO4 или СаSO4 ?
14.Вычислить растворимость СаF2 в воде и в 0,05 Н растворе СаС12. Во сколько раз растворилось во втором случае меньше, чем в первом?
15.Во сколько раз растворилось AgC1 в 0,001 Н растворе NaCl меньше, чем в воде ? ПР(AgC1) = 1,8×10-10.
Комплексные соединения
Ионы некоторых элементов обладают способностью присоединять к себе полярные молекулы или другие ионы, образуя сложные комплексные ионы. Соединения, в которые входят комплексные ионы, способные существовать как в кристаллическом виде, так и в растворе, называются комплексными соединениями.
В молекуле комплексного соединения различают следующие структурные элементы: ион-комплексообразователь, координированные вокруг него частицы - лиганды, составляющие вместе с комплексообразователем внутреннюю координационную сферу, и остальные частицы, входящие во внешнюю координационную сферу. Число лигандов называется координационным числом (к.ч.). Наиболее часто реализуются к.ч. = 6; 4; 2, реже 3; 8; 12. Характерные комплексообразователи - это катионы металлов d-семейств (Fe2+, Fe3+, Co3+, Ni2+, Zn2+, Ag+, Cu2+, Cr3+ и др.). Характерные лиганды: H2O, NH3, Cl-, OH-, NO2-, CN-, Br-, J- и др. Примеры комплексных соединений:
K4[Fe(CN)6]; K3[Fe(CN)6]; Na[Al(OH)4]; [Cr(H2O)5Cl]Cl2; [Cu(NH3)4]SO4; K2[NiCl4)].
В приведенных примерах квадратными скобками выделена внутренняя координационная сфера или комплексный ион. Заряд комплексного иона равен сумме зарядов ионов внешней сферы и одновременно равен сумме зарядов комплексообразователя и лигандов.
Название комплексных соединений дают по общему правилу: сначала называют анион, а затем - катион в родительном падеже. Название комплексного катиона составляют следующим образом: сначала указывают количество (используя греческие числительные: ди, три, тетра, пента, гекса и т.д.) и названия отрицательно заряженных лигандов с окончанием “о” (ОН- - гидроксо, CN- - циано, CNS- - родано, NO2 - нитро, S2O32- - тиосульфато, Сl- - хлоро и т.д.); затем указывают количество и названия нейтральных лигандов (Н2О - аква, NH3 - аммин); последним называют комплексообразователь, указывая его степень окисления римскими цифрами в круглых скобках. Примеры: [Pt(NH3)3Cl]Cl - хлорид хлоротриамминплатины (II); [Со(NH3)5Br]SO4 - сульфат бромопентаамминкобальта (III). Название комплексного аниона составляют аналогично названию катиона и заканчивают суффиксом “ат”. Примеры: Ba[Cr(NH3)2(SCN)4]2 - тетрароданодиамминхромат (III) бария, (NH4)2[Pt(OH)2Cl4] - тетрахлородигидроксоплатинат (IV) аммония.
Химическая связь между внутренней и внешней сферами комплексных соединений аналогична связи между катионами и анионами в простых солях (ионная). Поэтому в водных растворах комплексные соединения диссоциируют практически полностью, например:
K4[Fe(CN)6] ® 4K++[Fe(CN)6]4- ,
[Cu(NH3)4]SO4 ® [Cu(NH3)4]2++SO42-.
Лиганды внутренней сферы связаны с комплексообразователем более прочно за счет направленных координационных (донорно-акцепторных) связей. Поэтому в водных растворах комплексный ион диссоциирует как слабый электролит обратимо:
[Cu(NH3)4]2+ « Сu2++ 4NH3 .
Константа равновесия этого процесса называется константой нестойкости:
Kн = [Cu2+]×[NH3]4/([Cu(NH3)4]2+) = 2,14 × 10-13.
Численные значения констант нестойкости приведены в справочных таблицах. Чем меньше Кн, тем прочнее комплексный ион.
Замечание: строго говоря, диссоциация комплексных ионов протекает ступенчато; число ступеней равно числу лигандов.
Для того, чтобы определить направление реакции с участием комплексных соединений, нужно установить, в каком из возможных веществ комплексообразователь связан более прочно. Например, реакция
[Аg(NH3)2]Cl + 2KCN «K[Аg(CN)2] + 2kcl + 2NH3
будет протекать слева направо, т.к.
Кн[Аg(NH3)2]+ = 9,3 × 10-8 >> Кн[Аg(NH3)2]- = 8 × 10-22.
Это означает, что комплексообразователь Ag+ более прочно связан с цианогруппами (CN-), чем с аммиаком (NH3). В данном случае произошла замена лиганда.
В общем случае для решения вопроса о направлении смещения равновесия необходимо рассчитать константу равновесия предполагаемой реакции.
Пример 1
К2[Cd(CN)4] + 2NaOH « Cd(OH)2¯ + 2KCN + 2NaCN,
в ионном виде
[Cd(CN)4]2-+2OH- « Cd(OH)2¯ + 4CN- .
При добавлении щелочи к раствору К2[Cd(CN)4] в стехиометрических количествах (т.е. без избытка ОН- ионов) осадок Сd(OH)2 не образуется, т.к.
К=[CN-]4/ ([Cd(CN)4]2-]×[OH-]2) =
=[CN-]4/([Cd(CN)4]2-]×[OH-]2)×([Cd2+]/[Cd2+])=
= Кн[Cd(CN)4]2-] / Пр[Cd(ОН)2]= (7,8 × 10-18)/(4,5 × 10-15)=1,73×10-3 << 1.
Осадок может выпасть только в случае очень большого избытка щелочи.
Пример 2
К2[Cd(CN)4] + Na2S « CdS¯ + 2NaCN + 2KCN
[Cd(CN)4]2- + S2- « CdS¯ + 4CN-.
При добавлении сульфида натрия (Na2S) к раствору К2[Сd(CN)4] даже в стехиометрических количествах выпадает осадок СdS, т.к.
К=[CN-]4 / ([Сd(CN)4]2-] × [S-2]) × ([Cd2+]/[Cd2+]) =
=Кн/ПР= (7,8×10-18)/(8×10-27) >> 1.
Пример 3
Вычислить концентрацию ионов Аg+ в 0,1 М растворе [Ag(NH3)2]NO3, содержащем дополнительно 1 моль/л аммиака. Константа нестойкости иона [Ag(NH3)2]+ составляет 5,7 ·10-8.
Решение
Согласно условию задачи
[Ag+] [NH3] 2 / [ [Ag(NH3)2]+] = 5,7 ·10-8.
В присутствии избыточного NH3 равновесие диссоциации
[Ag(NH3)2+]« ? Ag+ + 2NH3
настолько сильно смещено влево, что можно пренебречь той ничтожно малой концентрацией NH3, которая получается за счет диссоциации комплекса, и принять ее равной 1 моль/л. Считая [Ag(NH3)2]NO3 сильным электролитом и пренебрегая той долей комплексных ионов, которые подверглись диссоциации, можно приравнять концентрацию недиссоциированной части ионов [Ag(NH3)2]+ к общей концентрации этих ионов, т. е. 0,1 моль/л, поэтому
[Ag+] ·12 / 0,1 = 5,7 ·10-8; [Ag+] = 0,6 · 10-8 моль/л.