WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW

Transkrypt

1 WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW Wstęp Mianem rozpuszczalności określamy maksymalną ilość danej substancji (w gramach lub molach), jaką w danej temperaturze można rozpuścić w określonej ilości rozpuszczalnika (100 g, 1000 g lub 1 L) uzyskując roztwór nasycony. W przypadku trudno rozpuszczalnego elektrolitu ta część, która uległa rozpuszczeniu, jest praktycznie zdysocjowana na jony. W powstałym roztworze nasyconym istnieje stan równowagi między osadem w fazie stałej a jonami, które z niego powstają. Jest to stan równowagi dynamicznej, gdyż jednocześnie odbywa się proces rozpuszczania i odwrotny proces wytrącania osadu. Przechodzenie jonów do roztworu, a więc rozpuszczanie się osadu, odbywa się stale z jednakową szybkością, która zależy od rozmiarów powierzchni kryształów i od temperatury. Proces rozpuszczania takiego związku przebiegający według równania: opisuje stała równowagi: AmBn (stały) ma n+ + nb m K = [An+ ] m [B m ] n [A m B n ] W wyrażeniu tym stężenie fazy stałej [AmBn] jest wielkością praktycznie niezmienną, więc po przeniesieniu jej na lewą stronę równania możemy stałą równowagi przedstawić w postaci iloczynu oznaczanego jako KSO: K SO = K [A m B n ] = [A n+ ] m [B m ] n Wartość KSO określamy iloczynem rozpuszczalności i jest to iloczyn stężeń jonów w roztworze trudno rozpuszczalnego elektrolitu, który w określonej temperaturze dla danego związku ma wartość stałą. Wartość iloczynu rozpuszczalności zależy od temperatury, rodzaju rozpuszczalnika, siły jonowej roztworu i wartości ph roztworu. Czynniki wpływające na rozpuszczalność osadów: obecność wspólnego jonu - zwiększenie stężenia jednego rodzaju jonów powoduje zmniejszenie stężenia drugiego rodzaju jonów, prowadzi to do zmniejszenia rozpuszczalności osadu. efekt solny - dodanie do roztworu zawierającego trudno rozpuszczalną sól roztworu elektrolitu, nie posiadającego jonów wspólnych z osadem, spowoduje wzrost siły

2 jonowej w roztworze, a w efekcie wzrost rozpuszczalności osadu (następuje zwiększenie stężenia jonów pochodzących od trudno rozpuszczalnej soli). wpływ jonów wodorowych - jony H + zwiększają rozpuszczalność wodorotlenków metali ciężkich oraz soli słabych kwasów (jony wodorowe wiążą aniony, wytwarzając cząsteczki słabo zdysocjowanych kwasów i tym sposobem zmniejszają stężenie anionów w roztworze, co powoduje zwiększenie rozpuszczalności osadu). hydroliza osadu - występujące w roztworze jony reagując z wodą, wytwarzają cząsteczki słabo dysocjujących kwasów lub zasad co prowadzi do zmniejszenia stężenia tych jonów, a tym samym dochodzi do zwiększenia rozpuszczenia osadu. wpływ temperatury - ze wzrostem temperatury rozpuszczalność większości osadów ulega zwiększeniu. Doświadczenie 1 Doświadczalne określanie wartości iloczynu rozpuszczalności soli baru. 1. Z dwóch roztworów o stężeniu 0,01 mol/l Ba(NO3)2 i nieznanej soli o dwuwartościowym anionie, przygotować drogą kolejnych rozcieńczeń w probówkach po 5 ml roztworów o stężeniach: 10-3, 10-4 i 10-5 mol/l. 2. Przygotowane roztwory zmieszać w kolejnych probówkach w sposób podany w tabeli: Nr próbki Roztwór Ba(NO3)2 Roztwór nieznanej soli 1 1 ml r-u 10-2 mol/l 1 ml r-u 10-2 mol/l 2 1 ml r-u 10-3 mol/ L 1 ml r-u 10-3 mol/ L 3 1 ml r-u 10-4 mol/l 1 ml r-u 10-4 mol/l 4 1 ml r-u 10-5 mol/ L 1 ml r-u 10-5 mol/ L 5 1 ml r-u 10-3 mol/ L 1 ml r-u 10-4 mol/l 6 1 ml r-u 10-5 mol/ L 1 ml r-u 10-4 mol/l 7 1 ml r-u 10-3 mol/ L 1 ml r-u 10-2 mol/l 3. Obserwować przy jakich stężeniach jonu Ba 2+ i nieznanego jonu wytrąca się osad wytrącanie osadu należy przyspieszyć pocierając ścianki probówki bagietką szklaną.

3 4. Oszacować wartość iloczynu rozpuszczalności i znaleźć w tablicach jakiej soli baru odpowiada otrzymana wartość iloczynu rozpuszczalności. Doświadczenie 2 Określenie kolejności strącania osadów 1. Do probówki wlać 2 ml wody, a następnie dodać po pięć kropli roztworu NaCl o stężeniu 0,5 M i roztworu K2CrO4 o stężeniu 0,25 M. 2. Zawartość probówki wymieszać, a następnie dodawać kroplami roztwór AgNO3 o stężeniu 0,5 M, wstrząsając po każdej kropli i obserwując wygląd osadu w miejscu zetknięcia z dodawanym odczynnikiem. 3. Dodawanie AgNO3 zakończyć gdy na powierzchni wytrąci się większa ilość czerwonobrunatnego osadu, który po wstrząśnięciu probówką zanika. 4. Osad przesączyć na sączku i określić jego barwę, a do przesączu dodawać kroplami AgNO3 do całkowitego wytrącenia czerwonobrunatnego osadu. Porównać barwy 5. Napisać równania zachodzących reakcji. W oparciu o definicję iloczynu Doświadczenie 3 Wykorzystanie różnicy w wartościach iloczynu rozpuszczalności dwóch osadów do rozdziału mieszaniny jonów. 1. Do probówki wlać kolejno 0,5 ml roztworu Pb(NO3)2 o stężeniu 0,25 M, 1 ml roztworu NaCl o stężeniu 0,5 M i 1 ml wody i dobrze wymieszać. 2. Probówkę odstawić do opadnięcia osadu, sprawdzić całkowitość wytrącenia dodając do klarownego roztworu nad osadem kilka dodatkowych kropli 0,5M roztworu NaCl. 3. Za pomocą pipety pobrać niewielką ilość roztworu znad osadu do osobnej probówki i dodać do niego kroplami roztwór KI o stężeniu 0,5 M. Obserwować wytrącanie osadu PbI2 z nasyconego roztworu PbCl2. 4. Napisać równania zachodzących reakcji. W oparciu o definicję iloczynu

4 Doświadczenie 4 Czynniki wpływające na rozpuszczalność A. Wpływ wspólnego jonu i efekt solny. 1. Do dwóch probówek dodać po 2 ml 0,25 M roztworu CaCl2 i po 0,5 ml 2M roztworu H2SO4. Probówki wstrząsać przez ok. 20 sekund, obserwując powstawanie pierwszych kryształków osadu. 2. Do jednej probówki dodać 1 ml 0,25 M roztworu Na2SO4, a do drugiej 1 ml 0,5 M roztworu NaCl. 3. Zawartość probówek wstrząsać przez 1 minutę i porównać ilości powstałych 4. Napisać równania zachodzących reakcji. W oparciu o definicję iloczynu rozpuszczalności i rozpuszczalności wyjaśnić wpływ wspólnego jonu i jonu obcego na rozpuszczalność osadu. B. Wpływ ph na wytrącanie wodorotlenków metali. 1. Do dwóch probówek wlać po 1 ml 0,17 M roztworu chlorku żelaza FeCl3, a do kolejnych dwóch po 1 ml 0,25 M roztworu chlorku magnezu MgCl2. 2. Do jednej probówki z FeCl3 i jednej z MgCl2 dodać po 2mL 2 M roztworu amoniaku, wymieszać i określić papierkiem wskaźnikowym wartość ph (~12) 3. Do pozostałych dwóch probówek z FeCl3 i z MgCl2 wprowadzić po 2 ml buforu amonowego, wymieszać i określić papierkiem wskaźnikowym wartość ph (~10). 4. Zaobserwować różnice w wytrącaniu się 5. Napisać równania zachodzących reakcji i wyjaśnić wpływ ph na wytrącanie C. Wpływ jonów wodorowych na rozpuszczalność 1. Do dwóch probówek dodać kolejno po 1 ml roztworu CaCl2 o stężeniu 0,25 M, 0,5 ml roztworu (NH4)2C2O4 o stężeniu 0,25 M i 1 ml wody. 2. Zawartość probówek wymieszać, osady pozostawić do opadnięcia, a roztwór znad osadu odciągnąć za pomocą pipety i odrzucić. 3. Do jednej probówki dodać 2 ml roztworu HCl o stężeniu 2 M, a do drugiej 2 ml roztworu CH3COOH o stężeniu 2 M. 4. Zawartość probówek wymieszać i porównać ilości pozostałych po rozpuszczeniu 5. Napisać równania zachodzących reakcji i wyjaśnić wpływ jonów H + na rozpuszczalność

5 D. Wpływ temperatury na rozpuszczalność 1. Do jednej probówki dodać 5 kropli roztworu Pb(NO3)2 o stężeniu 0,25 M i 5kropli roztworu HCl o stężeniu 1 M, dobrze wymieszać i odstawić do opadnięcia osadu. 2. Do drugiej probówki dodać 5 kropli roztworu Pb(NO3)2 o stężeniu 0,25 M i 5kropli roztworu K2CrO4 o stężeniu 0,25 M, dobrze wymieszać i odstawić do opadnięcia osadu. 3. Za pomocą pipety odebrać roztwór znad osadów, dodać do nich 2 ml wody destylowanej i ogrzewać na łaźni wodnej, okresowo mieszając. 4. Zaobserwować różnice w rozpuszczaniu 5. Roztwory oziębić pod strumieniem zimnej wody. 6. Napisać równania zachodzących reakcji. Wyjaśnić wpływ temperatury na rozpuszczalność PbCl2 jest rozpuszczalny w gorącej wodzie (33,4 g/l w temp. 100 o C; 9,9 g/l w temp. 20 o C) Doświadczenie 5 Przekształcenie trudno rozpuszczalnych soli w sole jeszcze trudniej rozpuszczalne. 1. Do probówki dodać 1 ml roztworu Pb(NO3)2 o stężeniu 0,25 M oraz 1 ml wody destylowanej. 2. Do roztworu dodawać przy ciągłym mieszaniu kilka ml 0,5M roztworu NaCl, po kilku minutach powinien wytrącić się biały osad PbCl2. 3. Następnie do probówki dodać kilka kropel roztworu K2CrO4 o stężeniu 0,25 M i zawartość wymieszać. 4. Zwrócić uwagę na zmianę barwy osadu. 5. Napisać równania zachodzących reakcji. W oparciu o definicję iloczynu