Коэффициент растворимости

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по математике:

онятие растворимости можно рассматривать с двух сторон — качественной и количественной. Качественно под растворимостью понимают способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Количественно растворимость характеризуют концентрацией растворенного вещества в его насыщенном растворе при данной температуре. Численно растворимость может быть выражена теми же способами, что и концентрация: в массовых долях (%), в моль ит. п., но чаще всего ее выражают количеством граммов растворенного вещества в 100 г растворителя — параметром, который носит название коэффициента растворимости.

Для раствора, коэффициент растворимости которого равен К, массовая доля (%) растворенного вещества равна: ш~"к+Тоо'100%' Растворимость веществ, которая в различных растворителях меняется в широких пределах, определяется рядом факторов. Первый из них — увеличение хаотичности, неупорядоченности при образовании растворов, способствует переходу растворенного вещества в раствор. Второй фактор — энергетические затраты на отрыв частиц от кристаллической решетки растворяемого вещества и возрастание энергии при растворении.

Энергетический фактор препятствует переходу растворенного вещества в раствор. Значение равновесной концентрации растворенного вещества в растворе будет определяться совместным действием этих двух факторов. В свою очередь, влияние названных факторов зависит от природы растворителя, природы растворяемых веществ, их агрегатного состояния и внешних условий (температуры, давления и др.).

Анализ зависимости растворимости любого вещества в растворителях различной природы наглядно иллюстрирует влияние на растворимость природы растворителя. Влияние природы растворяемых веществ можно показать на следующих примерах. Так, почти все соли щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде, например нитраты, хлориды (кроме хлоридов серебра, ртути, свинца) и сульфаты (кроме сульфатов щелочноземельных металлов и свинца).

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Для переходных металлов характерна небольшая растворимость сульфидов, фосфатов, карбонатов и некоторых других солей, а также их гидроксидов. Более подробно влияние этого фактора иллюстрирует таблица растворимости веществ (см. Приложение). Анализируя растворимость веществ различного агрегатного состояния, следует отметить, что при растворении твердых и жидких веществ объем раствора обычно изменяется незначительно.

Поэтому растворимость твердых и жидких веществ, как правило, не зависит от давления. При растворении газообразных веществ объем системы существенно уменьшается, и это предопределяет зависимость их растворимости от давления, причем повышение давления в соответствии с принципом Jle Шателье приводит к увеличению растворимости газа. Растворимость веществ во всех агрегатных состояниях зависит от температуры. Как, правило, растворимость твердых веществ с увеличением температуры возрастает (AgN03, KI, NH4C1).

Однако имеются вещества, растворимость которых при увеличении температуры возрастает очень незначительно (NaCl) или даже уменьшается (Са(ОН)2, Li2S04, Са(СН3СОО)2. По принципу Jle Шателье между веществом в кристаллическом состоянии и его насыщенным раствором имеет место равновесие: кристалл + растворитель насыщенный раствор ± ДН В тех случаях, когда процесс растворения эндотермичен, т. е. количество энергии, идущей на разрушение кристаллической решетки веществ не полностью компенсируется энергией, выделяющейся при образовании гидратов (сольва-тов), повышение температуры ведет к увеличению растворимости.

Ясно, что экзотермичность процесса растворения приведет к понижению растворимости при повышении температуры. Зависимость между растворимостью и температурой изображают как в виде табличных данных, так и в графической форме — в виде кривых растворимости. Рассматривая растворимость жидкостей, отметим, что некоторые из них смешиваются с растворителем в любых соотношениях, например спирт и вода, другие — ограниченно растворимы — бензол и вода.

В случае ограниченной растворимости жидкости взаимно растворимы друг в друге до насыщения при данной температуре. Так, если смешать гексан с водой, то образуется два слоя: верхний представляет собой насыщенный раствор воды в гексане, а нижний — насыщенный раствор гексана в воде. В большинстве подобных случаев с повышением температуры взаимная растворимость жидкостей увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой обе жидкости смешиваются в любых пропорциях.

Растворение газов почти всегда сопровождается выделением теплоты.

Согласно принципу Jle Шателье, повышение температуры понижает растворимость газов, поэтому при кипячении газы полностью удаляится из растворов. Решение задач по теме ♦ Растворимость» водится или к определению растворимости веществ в изотермических условиях (по известным данным о содержании раство- ренного вещества), или к определению количества вещества, выпадающего в осадок, либо растворяющегося в системе «вещество-растворитель» при изменении температуры раствора.

Пример 1 Определить растворимость и массовую долю (%) насыщенного раствора хлорида калия, если 20 мл его имеют массу 20,94 г и содержат 3,25 г соли. Дано: У(Р-Ра) = 20 мл т(р-ра) — 20,94 г т(КС1) = 3,25 и Найти: w %; К(КС1) Решение: 1) Зная массу раствора (20,94 г) и массу растворенного вещества (3,25 г), найдем массу растворителя: 20,94 г - 3,25 г-17,69 г. 2) Определим коэффициент растворимости соли: в 17,69 г Н20 — 3,25 г соли в 100 гН20-хг соли * ~ 18'37 г' 3)

хлорида калия в насыщенном растворе по формуле: w = ТосГ+к"'100 % = 18 37 100% =15,52%. 118,37 Ответ: iv(KC\) - 15,52 %; К(КС1)= 18,37 г. Пример 2 Какое количество сульфата калия необходимо добавить к 400 г насыщенного при 20 °С раствора, чтобы при нагревании до 100 °С раствор остался насыщенным? Массовая доля (%) насыщенного при 20 °С раствора сульфата калия равна 10 %, а при 100 °С — 19,4%. Дано: tx = 20 °С *2= 100 °С т(р-ра) = 400 г wx = 10% iv2 = 19,4%

Найти: /n(K2S04) Решение: 1) Определим количественный состав 400 г раствора, насыщенного при 20 °С по формуле: т(в-ва) со ——7-7-100%, т(р-ра) откуда w % • т(р-ра) га(в-ва)= — 100 % следовательно, 10%-400 г тт?(соли) --——;— = 40 г. 100 % Отсюда видно, что 40 г соли содержатся в 400 г р-ра или в 360 г растворителя. Поскольку при изменении температуры масса растворителя не меняется, остается узнать, какое количество соли будет содержаться в 360 г воды при насыщении раствора до 100 °С. 2) Исходя из знания массовой доли (%) насыщенного раствора K2S04 при 100 °С (19,4), видим, что 19,4 г K2S04 содержится в 100 г раствора или в 80,6 г растворителя.

Найдем количество соли в 360 г воды: в 80,6 г Н20 — 19,4 г K2S04 в 360 г Н20 - jc г K2S04 * ~ 96,65 Г' 3) Рассчитаем количество соли, которое необходимо добавить к раствору при 20 °С, чтобы он остался насыщенным при 100 °С: Вопросы и задачи для самостоятельного решения L Какой взгляд на природу растворов предложил Д. И. Менделеев, в каких фактах он видел подтверждение своей теории? 2. Каковы современные взгляды на процесс растворения? 3. Какие факторы влияют на растворимость веществ?

4. Какую роль в процессе растворения играет растворитель и чем объясняется избирательность его действия на растворимые вещества? 5. Как можно объяснить различные значения тепловых эффектов процесса растворения твердых веществ? 6. Что следует понимать под терминами «растворимость», ♦ коэффициент растворимости»? 7. В какой зависимости находятся коэффициенты растворимости твердых веществ от температуры, как эту зависимость обычно выражают? Растворимость дихромата калия при 20 °С составляет 11,0 г. Определите массовую долю (%) насыщенного раствора соли. Ответ: 9,91 %.

9. Массовая доля (%) насыщенного при 20 °С раствора нитрата бария равна 8,25%. Найдите коэффициент растворимости соли. Ответ: 9 г. 10. При охлаждении 500 г раствора с массовой долей соли 12 % часть растворенного вещества выпала в осадок и концентрация раствора стала равной 8 %. Чему равна масса выпавшей в осадок соли? Ответ: 21,8 г. 11. При охлаждении насыщенного при 80 °С раствора до 20 °С выкристаллизовалось 150 г соли.

Какова была масса исходного раствора, если растворимость соли при 80 и 20 °С соответственно составляет 35 и 6,5 г? Ответ: 710,5 г. 12. Определить концентрацию раствора и количество воды, в которой можно растворить при 40 °С 200 г соли, содержащей 80 % сульфата калия, если растворимость сульфата калия при этой температуре равна 64 г. Ответ: 39 %; 250 г. 13.

Определить количество воды, в которой можно растворить при 80 °С 950 г соли, содержащей 84,58 % кристаллогидрата хлорида магния, если растворимость безводного хлорида магния при этой температуре равна 66 г. Ответ: 569^7 г. 14. Растворимость сульфата меди при 20 °С равна 20,2 г, а при 100 °С— 77 г. Определите массу сульфата меди, выпадающего в осадок при охлаждении 165 г раствора от 100 до 20 °С. Ответ: 54,2 г. 15. Растворимость хлората калия при 70 °С равна 30,2 г, а при 30 °С — 10,1 г. Определите массу соли, выпадающей в осадок при охлаждении до 30 °С 350 г насыщенного при 70 °С раствора. Ответ: 54 г.