1.6. Рівноваги в гетерогенних системах

Умови утворення і випадання осаду під час проведення аналітичних реакцій: осад малорозчинного сильного електроліту утворюється тоді, коли після змішування розчинів реагентів добуток молярних концентрацій речовин катіонів і аніонів буде більшим, ніж ДР осаду: ІД > ДР осаду.

Наприклад, осад барій сульфату буде випадати тоді, коли:

[Ba²⁺][SO₄^2-] > ДР_BaSO4 – розчин пересичений, переважає процес осадження.

Якщо [Ba²⁺][SO₄^2-] = ДР_BaSO4 - динамічна рівновага.

І при [Ba²⁺][SO₄^2-] < ДР_BaSO4 – розчин ненасичений , переважає процес розчинення осаду. Або в загальному вигляді:

ДР_AmBn = [Aⁿ⁺]^m [B^m-]ⁿ,

де ДР_AmBn – константа добутку розчинності речовини A_mB_n;

[Aⁿ⁺] і [B^m-] – молярні концентрації речовин іонів у насиченому розчині;

m і n – число атомів або атомних груп у молекулі цієї речовини.

Приклади розв’язання задач

Задача1. За значенням добутку розчинності (ДР) розрахувати розчинність ВіІ₃ (г/л) у воді і розчині КІ з молярною концентрацією 0,01 моль/л.

Розв’язок. У насиченому розчині бісмут (ІІІ) йодиду встановлюється рівновага:

ВіІ₃↓ ↔ Ві³⁺ + 3І^- (1)

1. Припустимо, що в 1 л насиченого розчину міститься S моль ВіІ₃. Рівноважні концентрації іонів у розчині відповідно складають:

[Ві³⁺] = S, [I^-] = 3 S.

Добуток розчинності ДР(ВіІ₃) = 8,1∙10^-19 =[Ві³⁺]∙[I^-]³ (2)

Підставимо значення рівноважних концентрацій і одержимо:

ДР(ВіІ₃) = S∙(3 S)³ = 27S⁴ (3)

Отже, S дорівнює:

S = = = 1,32∙10^-5моль/л.

Розчинність Р(ВіІ₃), г/л, дорівнює:

Р(ВіІ₃) = S∙М (ВіІ₃) = 1,32∙10^-5∙589,68 = 7,78∙10^-3 г/л.

2) Для визначення розчинності ВіІ₃ в розчині КІ, який має концентрацію с(КІ)=0,01 моль/л, необхідно врахувати зміщення рівноваги реакції (1) ліворуч. Позначимо кількість ВіІ₃ в 1 л його насиченого розчину – Х. Рівноважна концентрація йодид-іонів [I^-] обумовлена дисоціацією сильного електроліту КІ і розчинністю осаду ВіІ₃:

[I^-] = с(КІ) + 3Х.

Тоді рівняння (3) перетворюється:

ДР(ВіІ₃) = Х ∙( с(КІ) + 3 Х)³ (4)

Припустимо, що с(КІ)значно перевищує 3Х(ВіІ₃), тоді ( с(КІ) + 3 Х) ≈ с(КІ). Рівняння (4) спрощується:

ДР(ВіІ₃) = Х ∙ с³(КІ) (5)

Отже

Х = (6)

Підставимо в рівняння (6) числові значення і одержимо:

Х == 8,1∙10^-13 моль/л.

Розчинність в г/л дорівнює: 8,1∙10^-13∙589,68 = 4,77∙10^-10 г/л.

Відповідь: Розчинність солі ВіІ₃ у воді 7,78∙10^-3 г/л, а в 0,01 М розчині КІ – 4,77∙10^-10 г/л.

Задача 2. За величиною добутку розчинності ВіІ₃ розрахуйте, яка маса осаду ВіІ₃ буде втрачена за рахунок розчинності при промиванні його 250 мл дистильованої води.

Розв’язок. За даними попередньої задачі, розчинність ВіІ₃ у воді Р(ВіІ₃) = 7,78∙10^-3 г/л. Для промивання осаду використовують 250 мл води, тоді маса ВіІ₃, втрачена за рахунок розчинності, дорівнює:

Y = 7,78∙10^-3∙250:1000 = 1,9∙10^-3 г.

Відповідь: За рахунок розчинності при промиванні буде втрачено 1,9∙10^-3 г осаду.