Условия выпадения осадка

9 заданий

Выпадет ли осадок

Условие выпадения осадка — то же сравнение \(Q\) и \(K\) (урок 56), где \(Q\) — ионное произведение, записанное как \(K_s\), но для текущих концентраций:

\(Q > K_s\) — раствор пересыщен, осадок выпадает;
\(Q = K_s\) — насыщенный раствор;
\(Q < K_s\) — осадок не образуется (или растворяется).

errorНе забудьте разбавление

При сливании равных объёмов концентрации каждого иона уменьшаются вдвое. Для \(\ce{PbI2}\) (\(Q = [\ce{Pb^2+}][\ce{I-}]^2\)) это уменьшает \(Q\) в 8 раз!

edit_noteЗолотой дождь

Смешаем по 10 мл \(10^{-3}\) М \(\ce{Pb(NO3)2}\) и \(\ce{KI}\): \([\ce{Pb^2+}] = [\ce{I-}] = 5\cdot10^{-4}\) М, \(Q = 1{,}25\cdot10^{-10} < 9{,}8\cdot10^{-9}\) — осадка нет. С 0,1 М растворами \(Q = 1{,}25\cdot10^{-4}\) — жёлтый осадок. Горячий раствор \(\ce{PbI2}\) при охлаждении пересыщается, и соль выпадает сверкающими золотыми пластинками.

auto_awesomeПересыщение

Иногда \(Q > K_s\), а осадок не появляется: зародышам кристаллов трудно возникнуть. Потрите стеклянной палочкой о стенку пробирки — царапины станут центрами кристаллизации, и осадок выпадет мгновенно. Так же «оживают» пересыщенные растворы ацетата натрия в грелках.

scienceОсаждение, растворение, пересыщение

\(\ce{Pb(NO3)2 + 2KI -> PbI2 v + 2KNO3}\) — жёлтый осадок.
\(\ce{CaCl2 + (NH4)2C2O4 -> CaC2O4 v + 2NH4Cl}\) — оксалат кальция: так определяют кальций; из него же состоят многие камни в почках.
\(\ce{NaCH3COO*3H2O}\) — пересыщенный раствор кристаллизуется с выделением тепла (солевая грелка).

Что остаётся в растворе

После осаждения в растворе остаётся немного ионов — их концентрацию задаёт избыток осадителя.

edit_noteХлорид серебра

50 мл 0,10 М \(\ce{AgNO3}\) + 50 мл 0,12 М \(\ce{NaCl}\): осаждено 5,0 ммоль \(\ce{AgCl}\), избыток хлорида 1,0 ммоль в 100 мл — 0,010 М. Остаток \([\ce{Ag+}] = 1{,}8\cdot10^{-10}/0{,}010 = 1{,}8\cdot10^{-8}\) М — в сотни раз меньше, чем в насыщенном растворе в чистой воде.

Полнота осаждения. Осаждение считают практически полным, если остаточная концентрация иона меньше \(10^{-6}\) моль/л (в гравиметрии — если потеря массы меньше точности весов, около 0,1 мг).

boltЧто считать первым

Какой реагент в избытке и насколько (стехиометрия осаждения).
Концентрация избытка — по общему объёму.
Концентрация недостающего иона — из \(K_s\).
Проверка: она действительно мала по сравнению с исходной.

scienceГравиметрические определения

\(\ce{Ba^2+ + SO4^2- -> BaSO4 v}\) — определение сульфатов; осадок прокаливают и взвешивают.
\(\ce{Ag+ + Cl- -> AgCl v}\) — определение хлоридов; так Теодор Ричардс уточнял атомные массы с точностью до пятого знака (Нобелевская премия 1914 года).
\(\ce{Ni^2+ + 2H2Dm -> Ni(HDm)2 v + 2H+}\) — диметилглиоксимат никеля, малиновый осадок (реакция Чугаева).

Превращение осадков

Один осадок можно превратить в другой, если новый менее растворим. Константа превращения — отношение произведений растворимости:

\[\ce{AgCl (тв) + I- <=> AgI (тв) + Cl-}\qquad K = \frac{[\ce{Cl-}]}{[\ce{I-}]} = \frac{K_s(\ce{AgCl})}{K_s(\ce{AgI})} = 2{,}2\cdot10^{6}\]

Белый хлорид серебра от иодида калия мгновенно желтеет.

Обратное превращение возможно, если \(K\) не слишком мала и реагент взят в большом избытке. Сульфат бария не растворяется в кислотах, поэтому в анализе его «переводят» в карбонат:

\[\ce{BaSO4 + CO3^2- <=> BaCO3 + SO4^2-}\qquad K = \frac{1{,}1\cdot10^{-10}}{5{,}1\cdot10^{-9}} = 0{,}022\]

Отношение \([\ce{CO3^2-}]/[\ce{SO4^2-}]\) должно быть больше 46 — осадок многократно кипятят с концентрированной содой, сливая раствор. Полученный \(\ce{BaCO3}\) растворяют в кислоте.

scienceПревращения осадков

\(\ce{CaSO4 + Na2CO3 -> CaCO3 + Na2SO4}\) — \(K \approx 1{,}4\cdot10^{4}\): гипсовую накипь котлов переводят в карбонат, а его растворяют кислотой.
\(\ce{AgCl + KI -> AgI + KCl}\) — белый → жёлтый.
\(\ce{PbSO4 + H2S -> PbS + H2SO4}\) — почерневшие свинцовые белила на старинных картинах: сульфат (или карбонат) свинца превратился в чёрный сульфид под действием сероводорода воздуха.
\(\ce{PbS + 4H2O2 -> PbSO4 + 4H2O}\) — реставраторы возвращают белизну пероксидом водорода.

push_pinГлавное

Осадок выпадает, если ионное произведение \(Q\) (с учётом разбавления при смешении!) больше \(K_s\). Начало осаждения: \([\ce{A}] = K_s/[\ce{M}]\); практически полное — остаточная концентрация меньше \(10^{-6}\) М. После осаждения остаток иона определяется избытком осадителя: \([\ce{Ag+}] = K_s/[\ce{Cl-}]_\text{изб}\). Превращение осадка \(\ce{MX + Y- <=> MY + X-}\) характеризует \(K = K_s(\ce{MX})/K_s(\ce{MY})\).

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.