Sprawozdanie IV
Ewelina Szafraniec
Cel ćwiczeń: zapoznanie się z równowagami zachodzącymi w roztworach rudno rozpuszczalnych elektrolitów, badanie wpływu różnych odczynników na wytrącanie i roztwarzanie osadów, wyznaczanie iloczynu rozpuszczalności trudno rozpuszczalnych soli.
Wpływ wspólnego jonu na rozpuszczalność chlorku sodu
Sposób prowadzenia doświadczenia:
Do nasyconego roztworu chlorku sodu dodano stężonego roztworu kwasu solnego. Początkowo roztwór był klarowny, a po dodaniu kwasu na dnie probówki pojawił się biały, krystaliczny osad.
Wyniki:
Dodanie kwasu chlorowodorowego (a tym samym jonów chlorkowych) do roztworu chlorku sodu spowodowało wytrącenie soli, co można wytłumaczyć w oparciu o prawo działania mas - po dodaniu kwasu solnego w roztworze zwiększa się stężenie jonów Cl- pochodzących zarówno z dysocjacji NaCl, jak i dysocjacji HCl, co narusza stan równowagi układu, dlatego równowaga reakcji dysocjacji:
NaCl → Na+ + Cl-
przesuwa się w lewo, powodując wytrącanie się kryształów chlorku sodu.
Przygotowano 5 próbówek, do których wprowadzono odpowiednie odczynniki w celu wytrącenia osadów następujących soli: PbCl2, Cu3PO4, NiS, SrCrO4, KHC4H4O6. Stosowano niewielkie ilości (ok. 1cm3) odczynników. Otrzymany osad dzielono na dwie części i dobierano odczynniki roztwarzające osad. Obserwacje zanotowano w załączonym formularzu. Równania obrazujące przebieg zachodzących reakcji zapisano poniżej.
Otrzymywanie osadu chlorku ołowiu(II)
Pb(NO3) + HCl ↔ PbCl2↓+ HNO3
Rozpuszczanie osadu chlorku ołowiu(II)
PbCl2 ↓ + 4NaOH ↔Pb(OH)2 + NaCl - powstający wodorotlenek ołowiu jest amfoteryczny i rozpuszcza się w nadmiarze wodorotlenku, tworząc rozpuszczalny związek kompleksowy:
Pb(OH)2 +2 NaOH ↔ Na2[Pb(OH)4] - dodanie odczynnika, który reagując z jednym z jonów wchodzących w skład osadu, tworzy rozpuszczalny kompleks.
PbCl2 ↓+ 2HNO3 ↔ Pb(NO3) + 2HCl - dodanie odczynnika, który reagując z jednym z jonów osadu tworzy rozpuszczalną sól.
Otrzymywanie osadu fosforanu(V) miedzi(II)
3CuSO4 + 2Na3PO4 ↔ Cu3(PO4)2↓ +3Na2SO4
Rozpuszczanie osadu fosforanu(V) miedzi(II)
Cu3(PO4)2↓ + 6HNO3 ↔ 3Cu(NO3)2 +2 H3PO4
Cu3(PO4)2↓ +12 NH3 ↔ [Cu(NH3)4]3(PO4)2
Otrzymywanie osadu chlorku niklu(II)
NiCl2 + H2S ↔ NiS↓ +2 HCl
Rozpuszczanie osadu
NiS↓ + HCl ↔NiCl2 + H2S
NiS↓+ H2O2 + 2HNO3↔ Ni(NO3)2 + S + 2H2O - dodanie odczynnika, który utlenia jeden z jonów osadu.
Otrzymywanie osadu chromianu(VI) strontu
SrCl2 + K2CrO4↔ SrCrO4↓ + 2KCl
Roztwarzanie osadu
2SrCrO4↓ + 2HCl ↔ SrCr2O7 + H2O + SrCl2 - dodanie odczynnika, który na skutek zmiany wartości pH środowiska reakcji powoduje powstanie substancji rozpuszczalnej.
2SrCrO4↓ + CH3COOH ↔ (CH3COO)2Sr + H2CrO4 - dodanie odczynnika, który reaguje z anionem związku tworzącego osad i powoduje wytworzenie słabego kwasu.
Otrzymywanie osadu wodorowinianu potasu
NaHC4H4O6 + KCl ↔ KHC4H4O6↓ + NaCl
Roztwarzanie osadu
KHC4H4O6↓ + HCl ↔ H2C4H4O6 + KCl
KHC4H4O6↓ + NaOH ↔ NaHC4H4O6↓+ KOH
Wpływ środowiska na wytrącanie i rozpuszczalność siarczków metali
Sposób prowadzenia doświadczeń:
Do trzech próbówek wprowadzono po ok. 1 cm3 0,5-molowych roztworów : azotanu(V) bizmutu(III), chlorku cynku(II), chlorku sodu. Do każdej probówki dodano po 10 kropli 6-molowego kwasu solnego i po 1 cm3 1-molowego roztworu tioacetamidu. Probówki zanurzono w zlewce z gorącą wodą na ok. 2 min. Obserwowano zachodzące zmiany. Do probówek, w których nie wytrącił się osad dodano 1cm3 stężonego amoniaku.
Osady odwirowano, i dodano po dziesięć kropli 6-molowego kwasu solnego. Do pierwszej probówki (zawierającej wyjściowo azotan(V) bizmutu) dodano dodatkowo pięć kropli stężonego kwasu azotowego(V). Obserwacje zanotowano w formularzu.
Równania reakcji:
2Bi(NO3)3 + 3H2S ↔ Bi2S3↓ + 6HNO3
H2S - pochodzi od tioacetamidu(AKT), który jest dobrze rozpuszczalny w wodzie i jest trwały w roztworze, natomiast ogrzewany w środowisku kwaśnym lub zasadowym hydrolizuje z wydzieleniem H2S (CH3CSNH2 + H2O ↔ CH3CONH2 + H2S), który w chwili powstania reaguje z kationami, wytrącając osady siarczków.
Powstały osad nie rozpuszcza się w roztworze kwasu solnego, ani w amoniaku. Rozpuścił się natomiast po dodaniu stężonego kwasu azotowego(V) według równania:
Bi2S3↓ + 8HNO3 ↔ 2Bi(NO3)3 +2 NO +4H2O + 3S↓
ZnCl2 + H2S ↔ ZnS↓ +2HCl
- w reakcji powstaje biały osad, który rozpuszcza się w kwasie solnym (zwiększenie ilości jonów wodorowych powoduje spadek stężenia jonów siarczanowych, co zgodnie z równaniem na iloczyn rozpuszczalności siarczku cynku: Kso=[Zn2+][S2-] powoduje wzrost rozpuszczalności osadu).
W przypadku roztworu chlorku sodu nie zaobserwowano wytrącania się osadu.
Wartości iloczynów rozpuszczalności siarczków bizmutu(III) i cynku(II) znacznie się od siebie różnią: bizmutu 1,6 ∙10-32, cynku 2,9 10-25. Na tej podstawie można stwierdzić, że do wytrącenia siarczku cynku potrzebne jest znacznie większe stężenie jonów siarczkowych, co można osiągnąć obniżając stężenie jonów wodorowych w roztworze - alkalizacje np. roztworem amoniaku. Natomiast do wytrącenia osadu siarczku bizmutu(III) wymagane jest dużo mniejsze stężenie jonów siarczkowych, co można uzyskać zwiększając stężenie jonów wodorowych przez wprowadzenie kwasu.
Konieczność właściwego doboru pH w trakcie wytrącania omawianych siarczków metali wynika z zależności między stężeniem jonów wodorowych i siarczkowych, które biorą udział w wytrącaniu osadów siarczków.
Metodą pozwalającą na rozdział mieszaniny zawierającej jony bizmutu, cynku i sodu, jest metoda strącania siarczków bizmutu i cynku, przy wykorzystaniu różnicy w iloczynach rozpuszczalności tych soli. Wytrącenie siarczku bizmutu, w obecności kationu cynku, wymaga takiego stężenia jonów siarczkowych, by ilościowo wytrącić wszystkie kationy bizmutu, a nie wytrącić, tzn. nie przekroczyć iloczynu rozpuszczalności siarczku cynku. To niezbędne dowytrącenia siarczku bizmutu stężenie osiąga się przez dobór odpowiedniego stężenia jonów wodorowych w roztworze. Wtedy w roztworze pozostaną jedynie jony sodu.
Badanie rozpuszczalności soli srebra
Do probówki wprowadzono ok. 1cm3 0,5-molowego roztworu azotanu(V) srebra. Następnie dodano ok. 0,5 cm 1-molowego kwasu siarkowego(VI),powstały osad odwirowano a roztwór zlano do innej probówki. Dodano do niej ok. 1 cm3 1-molowego kwasu siarkowego. Powstały osad odwirowano a roztwór przeniesiono do innej probówki i dodano ok. 1 cm3 0,5-molowego roztworu jodku potasu. Powstały osad odwirowano a roztwór przeniesiono do innej probówki. Z tak otrzymanego roztworu próbowano strącić chlorek srebra.
Iloczyny rozpuszczalności otrzymanych osadów róznią się: Ag2SO4: 1,2 10-5, AgCl: 1,8 10-10, AgI: 8,5 10-17. Na tej podstawie można stwierdzić, że do wytrącenia osadu siarczanu(VI) srebra potrzebne było największe stężenie jonów srebra w roztworze, w porównaniu z pozostałymi osadami. Strącano kolejno osady o coraz niższej wartości iloczynu rozpuszczalności. Po strącaniu kolejnych osadów, stęzenie jonów srebra zmalało, na tyle że nie możliwe było strącenie AgI, i ponowne strącenie AgSO4 czy AgCl.
Najlepszym odczynnikiem do strącenia jonów srebra z roztworu zawierającego azotany sodu i srebra, najlepiej użyć roztworu jodku potasu - jak wskazuje iloczyn rozpuszczalności, AgI jest najsłabiej rozpuszczalną spośród badanych soli, tak więc już po dodaniu nieznacznych ilości tego odczynnika osad będzie się wytrącał.
Do strącenia jonów srebra z przesączu powstałego po strąceniu osadu jodku srebra, należy użyć odczynnika, który utworzy najtrudniej rozpuszczalny osad z jonami srebra - czyli o najniższej wartości iloczynu rozpuszczalności np. H2S (Ag2S Kso=1,6·10-49).
Wyznaczanie iloczynu rozpuszczalności wodorotlenku wapnia
Sposób prowadzenia doświadczenia:
Do zlewki wprowadzono 0,5 g (odważonego wcześniej) tlenku wapnia i uzupełniono do wodą destylowaną do objętości 100 cm3. Tak otrzymany roztwór pozostawiono pod przykryciem na okres jednego tygodnia. Następnie roztwór zdekantowano do zlewki o objętości 25 cm3, i mierzono pH oraz temeraturę. Pomiar pH powtórzono dwukrotnie, w odstępach ok. 2-godzinnych, pobierając nowe porcje nasyconego roztworu. Wyniki pomiarów przedstawiono w dołączonym formularzu.
Wyniki:
1. Obliczenia
pH= 12,35 => pOH=1,65 => [OH-]=0,02 => [Ca2+]=0,01
Kso= [OH-][Ca2+]2 => Kso= 4 10-6
Porównując z wartością tablicową (7,9 10-6), błąd pomiaru był niewielki.