Piemēru jautājumi par šķīdību un šķīdības produktu
Šķīdība un šķīdības reizinājums (Ksp) ir svarīgi ķīmijas jēdzieni, kas saistīti ar piesātinātiem šķīdumiem un vielas šķīdību šķīdumā. Šīs tēmas izpratne var palīdzēt mums paredzēt, cik ļoti sāls šķīst šķīdumā un kā dažādi faktori ietekmē šo šķīdību. Šajā rakstā tiks aplūkoti vairāki ar šķīdību un Ksp saistīti problēmu piemēri un to risinājumi.
Pamatjēdzieni
Šķīdība (S) ir maksimālais vielas daudzums, kas noteiktā temperatūrā var izšķīst šķīdinātājā, veidojot piesātinātu šķīdumu. Parasti šķīdību izsaka molaritātes vienībās (mol/L).
Šķīdības reizinājums (Ksp) ir ūdenī ļoti vāji šķīstošu elektrolītu disociācijas līdzsvara konstante. Ksp sniedz informāciju par to, cik lielā mērā sāls izšķīst ūdenī, un ir jonu koncentrācijas reizinājums piesātinātā šķīdumā, katram jonam palielinot tā stehiometriskā koeficienta pakāpi.
Piemēram, ja mums ir sāls AxBy, kas disociējas jonos saskaņā ar vienādojumu:
\[ \text{AxBy (s)} \rightleftharpoons xA^{n+} (aq) + yB^{m-} (aq) \]
Tātad, Ksp var uzrakstīt šādi:
\[ \text{Ksp} = [A^{n+}]^x [B^{m-}]^y \]
Parauga jautājumi un diskusijas
1. jautājuma piemērs
Jautājums:
Aprēķiniet AgCl šķīdību (Ksp = 1.8 x 10^{-10}) tīrā ūdenī.
Diskusija:
Ksp \(AgCl\) = 1.8 x \(10^{-10}\) mol²/L²
Disociācijas reakcija:
\[AgCl (s) \rightleftharpoons Ag^+ (aq) + Cl^- (aq)\]
Pieņemsim, ka \(AgCl\) šķīdība ir S mol/l. Tad \(Ag^+\) un \(Cl^-\) koncentrācijas piesātinātā šķīdumā katra būs vienādas ar S mol/l.
Ksp vienādojums:
\[Ksp = [Ag^+][Cl^-]\]
Aizstājiet S vērtību:
\[1.8 \reiz 10^{-10} = S \reiz S\]
\[S^2 = 1.8 \reiz 10^{-10}\]
\[S = \sqrt{1.8 \reiz 10^{-10}} \]
\[S = 1.34 x 10^{-5} \, \mol/L}\]
Tātad, \(AgCl\) šķīdība tīrā ūdenī ir \(1.34 \x 10^{-5}\) mol/l.
2. jautājuma piemērs
Jautājums:
Kāda ir \(CaF_2\) šķīdība (Ksp = \(3.9 \x 10^{-11}\)) tīrā ūdenī?
Diskusija:
Disociācijas reakcija:
\[CaF_2 (s) \rightleftharpoons Ca^{2+} (aq) + 2F^- (aq)\]
Pieņemsim, ka \(CaF_2\) šķīdība ir S mol/L. Tad \(Ca^{2+}\) koncentrācija piesātinātā šķīdumā ir S mol/L un \(F^-\) koncentrācija ir 2S mol/L.
Ksp vienādojums:
\[Ksp = [Ca^{2+}][F^-]^2\]
Aizstājiet S vērtību:
\[3.9 \reiz 10^{-11} = S \reiz (2S)^2\]
\[3.9 \reiz 10^{-11} = S \reiz 4S^2\]
\[3.9 \reiz 10^{-11} = 4S^3\]
\[S^3 = \frac{3.9 \reiz 10^{-11}}{4}\]
\[S^3 = 9.75 \reiz 10^{-12}\]
\[S = \sqrt[3]{9.75 \reiz 10^{-12}}\]
\[S \aptuveni 2.1 \reiz 10^{-4} \, \mol/L}\]
Tātad, \(CaF_2\) šķīdība tīrā ūdenī ir \(2.1 \x 10^{-4}\) mol/l.
3. jautājuma piemērs
Jautājums:
Kāda ir PbCl2 šķīdība (Ksp = 1.7 x 10^{-5}) 0.1 M HCl šķīdumā?
Diskusija:
Disociācijas reakcija:
\[PbCl_2 (s) \rightleftharpoons Pb^{2+} (aq) + 2Cl^- (aq)\]
Pieņemsim, ka \(PbCl_2\) šķīdība ir S mol/L. Tad \(Pb^{2+}\) koncentrācija piesātinātā šķīdumā ir S mol/L, un papildu \(Cl^-\) koncentrācija no \(PbCl_2\) disociācijas ir 2S mol/L.
Tomēr pastāv arī \(Cl^-\) no \(HCl\), kas jau pastāv 0.1 M koncentrācijā.
Ksp vienādojums:
\[Ksp = [Pb^{2+}][Cl^-]^2\]
Aizvietojiet S un \(Cl^-\) vērtības:
\[1.7 \reiz 10^{-5} = S \reiz (0.1 + 2S)^2\]
Tā kā 0.1 M \(Cl^-\) ir daudz lielāks nekā 2S, \(0.1 + 2S \aptuveni 0.1\).
Tātad aprēķins kļūst vienkāršāks:
\[1.7 \reiz 10^{-5} = S \reiz (0.1)^2\]
\[1.7 \reiz 10^{-5} = S \reiz 0.01\]
\[S = \frac{1.7 \reiz 10^{-5}}{0.01}\]
\[S = 1.7 x 10^{-3} \, \mol/L}\]
Tātad, \(PbCl_2\) šķīdība \(0.1\) M \(HCl\) ir \(1.7 \x 10^{-3}\) mol/l.
4. jautājuma piemērs
Jautājums:
Aprēķiniet \(BaSO_4\) šķīdību (Ksp = \(1.1 \x 10^{-10}\)) šķīdumā, kas satur \(0.01\) M \(Na_2SO_4\).
Diskusija:
Disociācijas reakcija:
\[BaSO_4 (s) \rightleftharpoons Ba^{2+} (aq) + SO_4^{2-} (aq)\]
Pieņemsim, ka \(BaSO_4\) šķīdība ir S mol/l. Tad \(Ba^{2+}\) koncentrācija piesātinātā šķīdumā ir S mol/l, un \(BaSO_4\) \(SO_4^{2-}\) koncentrācija ir S mol/l. Tomēr ir \(0.01\) M \(SO_4^{2-}\) \(Na_2SO_4\).
Ksp vienādojums:
\[Ksp = [Ba^{2+}][SO_4^{2-}]\]
Aizvietojiet S vērtības ar \(SO_4^{2-}\):
\[1.1 \reiz 10^{-10} = S \reiz (0.01 + S)\]
Tā kā \(0.01\) M \(SO_4^{2-}\) ir daudz lielāks nekā S, \(0.01 + S \aptuveni 0.01\).
Tātad aprēķins kļūst vienkāršāks:
\[1.1 \reiz 10^{-10} = S \reiz 0.01\]
\[S = \frac{1.1 \reiz 10^{-10}}{0.01}\]
\[S = 1.1 x 10^{-8} \, \mol/L}\]
Tādējādi \(BaSO_4\) šķīdība šķīdumā, kas satur \(0.01\) M \(Na_2SO_4\) ir \(1.1 \x 10^{-8}\) mol/l.
Secinājums
No iepriekš minētajiem uzdevumu piemēriem mēs varam redzēt, kā šķīdības un šķīdības reizinājuma (Ksp) jēdzieni tiek pielietoti dažādās situācijās. Šī izpratne ir ļoti svarīga ķīmiskajā analīzē, īpaši, ja vēlamies noteikt konkrēta sāls šķīdību dažādos apstākļos, piemēram, tīrā šķīdinātājā vai kopīga jona klātbūtnē. Spēja atrisināt šīs problēmas palīdz mums daudzos praktiskos pielietojumos, tostarp farmācijā, vides ķīmijā un materiālu attīrīšanā.
Ir svarīgi atzīmēt, ka sāls šķīdība ir atkarīga ne tikai no Ksp vērtības, bet to var ietekmēt arī citu jonu koncentrācija šķīdumā, temperatūra un vides pH. Izmantojot ķīmijas pamatprincipus un vienkāršus aprēķinus, mēs varam paredzēt un kontrolēt šķīdības parādības dažādās ķīmiskajās sistēmās.
