ЦУ (ценные указания)
Задачник по общей и неорганической химии
6.2. Насыщенные растворы. Растворимость веществ
Смотрите задания >>>Теоретическая часть
Растворимость вещества – его качественная и количественная способность образовывать раствор при смешивании с другим веществом (растворителем). Растворимость вещества зависит от его природы и агрегатного состояния до растворения, а также от природы растворителя и температуры приготовления раствора.
Самый распространенный жидкий растворитель – вода, для нее температура растворения ограничивается интервалом 0-100 оС. Большинство растворяющихся в воде веществ являются твердыми, а по типу – солями и гидроксидами.
Способность твердого вещества переходить в раствор не беспредельна. При введении в стакан с водой (Т = const) первые порции вещества полностью растворяются и образуется ненасыщенный раствор. В таком растворе возможно растворение следующих порций до тех пор, пока вещество не перестанет переходить в раствор и часть его останется в виде осадка на дне стакана. Такой раствор называют насыщенным. Между веществом в насыщенном растворе и веществом в осадке устанавливается состояние гетерогенного равновесия. Частицы растворенного вещества переходят через поверхность раздела из жидкой фазы (раствора) в твердую фазу (осадок) и обратно, поэтому состав насыщенного раствора остается постоянным при некоторой фиксированной температуре.
Содержание вещества в насыщенном растворе при заданной температуре количественно характеризует растворимость этого вещества при той же температуре. Состав насыщенного раствора может быть выражен любым известным способом (массовая доля, молярная концентрация и др.). Чаще других величин применяют коэффициент растворимости ks – отношение массы безводного растворенного вещества к массе воды:
ks = mB
/ mводы
Так,
при 20 оС коэффициент растворимости равен 0,316 для KNO3, что соответствует
24,012%-ному или 2,759М раствору. Значения ks при 20 и 80 оС
для насыщенных растворов различных веществ приведены в Приложении.
По растворимости при T = const различают
·
хорошо
растворимые вещества (образуют насыщенные растворы с концентрацией более 0,1
моль/л),
·
малорастворимые
вещества (образуют насыщенные растворы с концентрацией 0,1 – 0,001 моль/л).
·
практически
нерастворимые вещества (образуют насыщенные растворы с концентрацией менее
0,001 моль/л).
Например, MgCl2 – хорошо растворимое в воде вещество (при 20 °С образует 5,75М насыщенный раствор), MgCO3 – малорастворимое вещество (образует 0,02М раствор) и Mg(OH)2 – практически нерастворимое вещество (образует 1,2 . 10-4 М раствор).
При повышении
температуры растворимость большинства твердых веществ увеличивается, например:
|
t, oC |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
|
KNO3, ks |
0,131 |
0,316 |
0,639 |
1,101 |
1,688 |
|
Ba(OH)2, ks |
0,017 |
0,039 |
0,082 |
0,200 |
1,014 |
Встречаются твердые вещества, растворимость которых уменьшается при повышении температуры:
|
t, oC |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
60 |
80 |
|
Li2CO3, ks |
0,154 |
0,143 |
0,133 |
0,125 |
0,117 |
0,101 |
0,087 |
|
Li2SO4, ks |
0,353 |
0,350 |
0,342 |
0,335 |
0,328 |
0,319 |
0,307 |
Если принять, что для некоторого твердого вещества растворимость с ростом температуры увеличивается, то после приготовления горячего (почти насыщенного) раствора при охлаждении можно получить холодный насыщенный раствор. Образование последнего будет сопровождаться появлением первых кристаллов вещества, а при интенсивном перемешивании – осадка (массовая кристаллизация).
Растворение вещества, содержащего растворимые примеси, в горячей воде, а затем осаждение его из раствора при достаточном охлаждении – это способ очистки вещества от растворимых примесей, который называют перекристаллизацией. Примеси при этом, как правило, остаются в растворе, так как присутствуют там в следовых количествах и при охлаждении не могут образовать своего насыщенного раствора. Некоторая часть очищаемого вещества также остается в холодном насыщенном растворе, который в лабораторной практике называют маточным. Чем больше уменьшается растворимость вещества при охлаждении раствора, тем выше будет выход перекристаллизованного вещества.
Пример 8. Для перекристаллизации дихромата калия взяли 150 г воды, приготовили насыщенный раствор при 80 оС, затем профильтровали его и фильтрат охладили до 20 оС. Определите массу (г) соли в осадке.
Решение
|
mB =? mводы = 150г ks80 =
0,73; ks20 = 0,125 |
mB =
mB80 - mB20 = mводы (ks80 - ks20) = 150 (0,73-0,125) = 90,75 г |
|
Ответ. Масса осадка K2Cr2O7 равна 90,75 г |
|
Многие твердые вещества при кристаллизации из водного раствора образуют кристаллогидраты B . nH2O; например, из водного раствора сульфат меди(II) выпадает в виде кристаллогидрата Cu SO4 . 5H2O. В этом случае при расчете необходимо учитывать воду, которая входит в состав кристаллогидрата (см. разд. 6.1).
Пример 9. Для перекристаллизации 130 г кристаллогидрата CuSO4 . 5H2O растворили в 120 г воды при 80 °С. Затем раствор охладили до 20 °С. Определите массу (г) кристаллогидрата в осадке.
Решение
|
mкр
= ? mводы = 120 г mкр80
= 130 г ks20
= 0,205 Mкр = 249,68 г/моль MB
= 159,61 г/моль |
mкр
= mкр80 - mкр20
= = mкр80 – mB20Mкр/ MB
= = mкр80 - ks20´ mводы´Mкр / MB= = 130 - 0,205 ´120 ´ 249,68 / 159,52 = = 91,52 г |
|
Ответ. Масса кристаллогидрата CuSO4 .
5H2O в осадке равна 91,52 г |
|
|| Содержание Задачника || || Содержание раздела "Студгородок" ||
