WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW

Transkrypt

1 WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW Wstęp W przypadku trudno rozpuszczalnej soli, mimo osiągnięcia stanu nasycenia, jej stężenie w roztworze jest bardzo małe i przyjmuje się, że ta część soli, która uległa rozpuszczeniu jest praktycznie zdysocjowana na jony, a ich aktywność równa się stężeniu. W roztworze nasyconym istnieje stan równowagi dynamicznej pomiędzy osadem i jonami, które z niego powstają odbywa się jednoczesny proces rozpuszczania osadu, w wyniku którego powstające jony uwalniane są do roztworu i proces odwrotny wytrącanie osadu. Dla trudno rozpuszczalnego związku dysocjującego wg równania: A m B n (stały) ma n+ + nb m stan równowagi można opisać stałą równowagi: K = [An+ ] m [B m ] n [A m B n ] Ponieważ stężenie fazy stałej nie ulega zmianie można je przyjąć za 1. Wtedy stałą równowagi można przedstawić w postaci iloczynu rozpuszczalności oznaczanego jako K SO : K = K SO = [A n+ ] m [B m ] n 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 i siły jonowej roztworu. Wielkością charakteryzującą roztwory trudno rozpuszczalnych substancji oprócz iloczynu rozpuszczalności jest rozpuszczalność. Rozpuszczalność jest to maksymalna ilość danej substancji (wyrażona w gramach lub molach), jaką w danej temperaturze można rozpuścić w określonej ilości (100 g, 1000 g lub 1 L) rozpuszczalnika uzyskując roztwór nasycony. Czynniki wpływające na rozpuszczalność osadów: obecność wspólnego jonu - iloczyn rozpuszczalności (K SO ) jest wielkością stałą, zwiększenie stężenia jednego rodzaju jonów (np. poprzez wprowadzenie tych jonów z zewnątrz) 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, co wpłynie na 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 Wytrącanie frakcjonowane osadów 1. Do probówki wlać 2 ml wody, a następnie dodać po pięć kropli roztworu NaCl o stężeniu 0,5 M i roztworu K 2 CrO 4 o stężeniu 0,25 M. 2. Zawartość probówki wymieszać, a następnie dodawać kroplami roztwór AgNO 3 o stężeniu 0,5 M, wstrząsając po każdej kropli i obserwując wygląd osadu w miejscu zetknięcia z dodawanym odczynnikiem. 3. Dodawanie AgNO 3 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 AgNO 3 do całkowitego wytrącenia czerwonobrunatnego osadu. Porównać barwy osadów. 5. Napisać równania zachodzących reakcji. W oparciu o definicję iloczynu Doświadczenie 2 Wykorzystanie różnicy w wartościach iloczynu rozpuszczalności dwóch osadów do rozdziału mieszaniny jonów. 1. Do probówki wlać kolejno 0,5 ml roztworu Pb(NO 3 ) 2 o stężeniu 0,25 M, 1 ml roztworu NaCl o stężeniu 0,5 M i 1 ml wody i dobrze wymieszać.

3 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 PbI 2 z nasyconego roztworu PbCl Napisać równania zachodzących reakcji. W oparciu o definicję iloczynu Doświadczenie 3 Czynniki wpływające na rozpuszczalność osadów. A. Wpływ wspólnego jonu i efekt solny. 1. Do dwóch probówek dodać po 2 ml 0,25 M roztworu CaCl 2 i po 0,5 ml 2M roztworu H 2 SO 4. Probówki wstrząsać przez ok. 20 sekund, obserwując powstawanie pierwszych kryształków osadu. 2. Do jednej probówki dodać 1 ml 0,25 M roztworu Na 2 SO 4, a do drugiej 1 ml 0,5 M roztworu NaCl. 3. Zawartość probówek wstrząsać przez 1 minutę i porównać ilości powstałych osadów. 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 FeCl 3, a do kolejnych dwóch po 1 ml 0,25 M roztworu chlorku magnezu MgCl Do jednej probówki z FeCl 3 i jednej z MgCl 2 dodać po 2mL 2 M roztworu amoniaku, wymieszać i określić papierkiem wskaźnikowym wartość ph (~12) 3. Do pozostałych dwóch probówek z FeCl 3 i z MgCl 2 wprowadzić po 2 ml buforu amonowego, wymieszać i określić papierkiem wskaźnikowym wartość ph (~10). 4. Zaobserwować różnice w wytrącaniu się osadów. 5. Napisać równania zachodzących reakcji i wyjaśnić wpływ ph na wytrącanie osadów. C. Wpływ jonów wodorowych na rozpuszczalność osadów. 1. Do dwóch probówek dodać kolejno po 1 ml roztworu CaCl 2 o stężeniu 0,25 M, 0,5 ml roztworu (NH 4 ) 2 C 2 O 4 o stężeniu 0,25 M i 1 ml wody.

4 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 CH 3 COOH o stężeniu 2 M. 4. Zawartość probówek wymieszać i porównać ilości pozostałych po rozpuszczeniu osadów. 5. Napisać równania zachodzących reakcji i wyjaśnić wpływ jonów H + na rozpuszczalność osadów. D. Wpływ temperatury na rozpuszczalność osadów. 1. Do jednej probówki dodać 5 kropli roztworu Pb(NO 3 ) 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(NO 3 ) 2 o stężeniu 0,25 M i 5kropli roztworu K 2 CrO 4 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 osadów. 5. Roztwory oziębić pod strumieniem zimnej wody. 6. Napisać równania zachodzących reakcji. Wyjaśnić wpływ temperatury na rozpuszczalność osadów. PbCl 2 jest rozpuszczalny w gorącej wodzie (33,4 g/l w temp. 100 o C; 9,9 g/l w temp. 20 o C) Doświadczenie 4 Przekształcenie trudno rozpuszczalnych soli w sole jeszcze trudniej rozpuszczalne. 1. Do probówki dodać 1 ml roztworu Pb(NO 3 ) 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 PbCl Następnie do probówki dodać kilka kropel roztworu K 2 CrO 4 o stężeniu 0,25 M i zawartość wymieszać. 4. Zwrócić uwagę na zmianę barwy osadu.

5 5. Napisać równania zachodzących reakcji. W oparciu o definicję iloczynu Doświadczenie 5 Doświadczalne określanie wartości iloczynu rozpuszczalności soli baru. 1. Z dwóch roztworów o stężeniu 0,01 mol/l Ba(NO 3 ) 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(NO 3 ) 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. 4. Oszacować wartość iloczynu rozpuszczalności i znaleźć w tablicach jakiej soli baru odpowiada otrzymana wartość iloczynu rozpuszczalności.