Оглавление:
Определение условий выпадения осадка и разделения ионов
Малорастворимое соединение начинает выделяться в виде твердой фазы, когда произведение концентраций (точнее, активностей) ионов данного электролита (так называемое ионное произведение, обозначаемое ИП) достигает величины произведения растворимости. Если 
, осадок не образуется, т. е. растворяется.
Пример 6.1.
Образуется ли осадок гидроксида марганца, если к 20 мл 0,20 М раствора хлорида марганца прилить 10 мл 1,0 М раствора 
?
Решение:
Образование осадка происходит по реакции:
Значение 
. Так как реакция протекает в растворе сильных электролитов, необходимо провести расчет с учетом ионной силы раствора. Находим концентрации ионов в растворе после разбавления:
Вычисляем ионную силу раствора по формуле (2.1):
По табл. 1 приложения для полученного значения I находим коэффициенты активности:
Вычисляем ионное произведение с учетом того, что ионы в растворе взаимодействуют по основной реакции в соответствии с равновесными концентрациями, равными общим, побочных реакций нет (не учитываем гидролиз 
), 
.
, следовательно, осадок выпадет.
Пример 6.2.
Может ли образоваться осадок 
, если смешать равные объемы 0,5 М 
и 0,1 М раствора 
? Расчет провести без учета ионной силы раствора.
Решение:
При сливании двух равных объемов суммарный объем увеличивается вдвое, а концентрация веществ уменьшается вдвое, т. е. концентрация 
станет равной 0,25 моль/л, а — 0,05 моль/л.
Равновесную концентрацию 
рассчитываем, используя константу диссоциации 
Взаимодействие ионов с образованием осадка протекает по реакции 
т.е. осадок выпадает.
Пример 6.3.
Найдите pH начала выпадения осадка 
из 0,10 М раствора 
. При каком значении pH осаждение будет практически полным?
Решение:
Образование осадка можно представить уравнением:
Так как FeSO4-сильный электролит, 
Следовательно, при pH = 7 начнется выпадение осадка 
из 0, 10М раствора 
.
Осаждение (связывание) иона считается практически полным, если его концентрация в растворе становится <
моль/л. Тогда 
Таким образом, при pH = 9,5 образование осадка из 0,10 М раствора 
практически закончится.
В растворе могут присутствовать несколько ионов, участвующих в реакциях образования осадков с одним и тем же реагентом. Это используется при объединении ионов в одну аналитическую группу аналитических классификаций катионов и анионов. По схеме расчета, подобной приведенной в примере 6.4, можно рассчитать условия начала и конца совместного осаждения группы катионов. Практический интерес представляет также определение возможности разделения двух ионов (при достаточно заметной разнице в As их соединений с одним и тем же реагентом), т. е. возможности их фракционного осаждения.
Пример 6.4.
Какой осадок выпадет первым и какая доля первого иона останется в растворе к началу осаждения второго, если к раствору, содержащему по 0,10 моль/л нитратов кальция и бария, постепенно добавлять 0,10 М карбонат аммония. Возможно ли количественное разделение ионов 
с такой концентрацией при осаждении карбонатом аммония?
Решение:
Ионную силу учесть в данном случае сложно, поскольку меняется ионный состав раствора в ходе осаждения. Однако её изменения одинаково скажутся на изменении коэффициентов активности ионов, входящих в состав осадков, и не повлияют на общий вывод. Поэтому будем считать 
ионов равными единице и 
. Найдем 
для начала осаждения ионов 
и для начала осаждения ионов 
:
, поэтому для 
раньше будет достигнуто соотношение 
, и осадок 
выпадет первым.
К началу осаждения 
в растворе останется 
Это составляет 
от первоначального количества, следовательно, полного разделения ионов не произойдет, они будут соосаждаться.
При практически полном осаждении доля иона в растворе составляла бы величину менее 
.
Пример 6.5.*
Найдите условия количественного разделения 
путем насыщения сероводородом 
раствора, содержащего по 0,10 моль/л каждого катиона.
Решение:
Представим равновесия двух главных реакций:
Найдем концентрации 
, необходимые для начала осаждения ионов, пренебрегая влиянием ионной силы:
Следовательно, первым будет осаждаться 
. Для количественного осаждения 
необходима 
, равная:
При сравнении полученной величины с концентрацией 
, при которой начинает осаждаться 
, видно, что осаждение ионов 
к этому моменту практически закончится. Таким образом, для полного разделения этих ионов следует поддерживать концентрацию между 
моль/л. Поскольку 
— слабая кислота, концентрация ионов , т. е. условия осаждения, зависят от pH раствора. Поэтому найдем интервал pH, обеспечивающий указанные концентрации , используя выражение (2.5).
Предварительно вычислим молярные доли для иона S» в этих двух случаях при c() = 0,1 моль/л:
Решая последнее уравнение относительно 
, получаем 
моль/л. Таким образом, в интервале pH от 0 до 1,2 в данном случае будут осаждаться только ионы 
.
Пример 6.6.*
Установите возможность образования осадка 
, если в раствор, содержащий 
М 
и 
М 
, ввести 
до концентрации 
моль/л. Гидролизом ионов 
пренебречь. 
.
Решение:
Реакция образования осадка:
Условие осаждения: 
По величине ионной силы в исходном растворе, равной 0,011, находим 
. Из условия задачи 
.
Равновесную концентрацию 
можно найти из системы двух уравнений (поскольку 
:
или предварительно вычислив 
(пример 3.3).
Учитывая, что 
моль/л и молярная доля 
, с учетом уравнения (2.4) находим 
:
Осадок не выпадет.
Эти примеры взяты со страницы примеров решения задач по аналитической химии:
Решение задач по аналитической химии
Возможны вам будут полезны эти страницы:
