Gabriela Szczubiałka, B4

Równowagi jonowe w układach heterogenicznych ciało stałe- ciecz

1. Wpływ wspólnego jonu na rozpuszczalność NaCl

2. Dobór odczynników rozpuszczających osady

3. Wpływ środowiska na wytrącanie i rozpuszczalność siarczków metali

4. Badanie rozpuszczalności soli srebra

5. Wyznaczanie iloczynu rozpuszczalności wodorotlenku wapnia

1. Wpływ wspólnego jonu na rozpuszczalność NaCl

   Do nasyconego roztworu chlorku sodu dodano odrobinę stężonego roztworu kwasu solnego. Zaobserwowano, że początkowo roztwór był klarowny i bezbarwny, a po dodaniu kwasu na dnie probówki pojawia się biały, krystaliczny osad.

   Wniosek

   Dodanie kwasu 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 równowagę układu, dlatego równowaga reakcji dysocjacji:

   NaCl →Na⁺ + Cl^-

   przesuwa się w lewo, powodując wytrącanie się kryształów NaCl.

2. Dobór odczynników rozpuszczających osady

   Celem ćwiczenia było wytrącenie osadów soli: Pb(NO₃)₃,CuSO₄, NiCl₂, SrCl₂, KCl i ich roztworzenie z wykorzystaniem dwóch odczynników. Wykonano następujące reakcje:

1. Do roztworu Pb(NO₃)₃ dodano HCl i zaobserwowano, że wytrąca się biały osad. Osad ten rozdzielono do dwóch probówek i roztworzono za pomocą 6 M roztworu HNO₃ oraz nadmiaru 6 M roztworu NaOH. W obu przypadkach powstały klarowne, bezbarwne roztwory.

2. Do niebieskiego roztworu CuSO₄ dodano kilkanaście kropel Na₃PO₄ i uzyskano niebieskawy osad, który, podobnie jak w poprzednim przypadku, rozdzielono do dwóch probówek i roztworzono za pomocą rozcieńczonych roztworów: HNO₃ (w wyniku czego otrzymano klarowny, jasnoniebieski roztwór) oraz NH₃ (uzyskano klarowny, granatowy roztwór).

3. Do roztworu NiCl₂ dodano odrobinę AKT oraz 6 M roztworu NaOH i podgrzewano aż do momentu wytrącenia się czarnego osadu. Osad podzielono na dwie części. Do jednej z nich wprowadzono 6 M roztworu HCl, ale nie zaobserwowano objawów zachodzenia reakcji- w probówce znajdowała się czarna, oleista ciecz. Na osad podziałano także mieszaniną stężonego HNO₃ oraz H₂O₂, czego rezultatem było roztworzenie się osadu i powstanie klarownego, zielonkawego roztworu.

4. Do roztworu SrCl₂ dodano K₂CrO₄ i otrzymano żółty osad, który rozpuszczano za pomocą HCl oraz CH₃COOH. W obu przypadkach otrzymano klarowny, pomarańczowy roztwór.

5. Do roztworu KCl dodano NaHC₄H₄O₆ i zauważono wytrącanie się krystalicznego, białego osadu, który rozpuścił się pod wpływem NaOH i stężonego roztworu HCl, dając bezbarwne, klarowne roztwory.

   Wniosek

   W probówkach zaszły następujące reakcje:

   Pb(NO₃)₃ + 2HCl→ PbCl₂↓ + 2HNO₃ (Pb²⁺ + 2Cl^-→ PbCl₂↓)

   biały osad

   PbCl₂↓ + 2Cl^- → [Pb(Cl)₄]^2-

   PbCl₂↓ + 2OH^- → Pb(OH)₂↓ + 2Cl^-, a następnie: Pb(OH)₂↓ + 2OH^- → [Pb(OH)₄]^2-

   3CuSO₄ + 2Na₃PO₄ → Cu₃(PO₄)₂↓+ 3Na₂SO₄

   niebieskawy osad

   Cu₃(PO₄)₂↓+ 6HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2H₃PO₄

   Cu₃(PO₄)₂↓+ 6NH₃ +→ [Cu(NH₃)₂]₃(PO₄)₂

   Zabarwienie powstałego roztworu spowodowane było powstaniem jonów kompleksowych [Cu(NH₃)₂]₃²⁺, które mają barwę granatową.

   NiCl₂ + CH₃CSNH₂ + 2NaOH → NiS↓ + 2NaCl + CH₃COONH₄

   czarny osad

   NiS↓ + 2HNO₃ + H₂O₂ → Ni(NO₃)₂ + S↓ + 2H₂O

   Barwa uzyskanego roztworu spowodowana jest powstaniem jonów Ni²⁺, które mają zielony kolor.

   Reakcja osadu z HCl nie zaszła, ponieważ przeprowadzono ją dopiero po pewnym czasie od jego wytrącenia, a NiS po dłuższym odstawieniu przekształca się w kontakcie z roztworem w trudniej rozpuszczalną postać NiCl (β), nie reagującą z kwasem solnym.

   SrCl₂ + K₂CrO₄ → SrCrO₄ ↓+ 2KCl

   żółty osad

   SrCrO₄ ↓+2 HCl → H₂ CrO₄ + SrCl₂

   SrCrO₄ ↓+ 2CH₃COOH→ (CH₃COO)₂Sr + H₂ CrO₄

   Pomarańczowa barwa roztworu wynika z powstania barwnych jonów CrO₄^2-.

   KCl + NaHC₄H₄O₆ → KH C₄H₄O₆↓ + NaCl

   biały osad

   KH C₄H₄O₆↓ + NaOH → NaH C₄H₄O₆ + KOH

   KH C₄H₄O₆↓ + HCl → KCl + NaHC₄H₄O₆

1. Wpływ środowiska na wytrącanie i rozpuszczalność siarczków metali

   Do 3 probówek zawierających 0.5 M roztwory soli: Bi(NO₃)₃ + ZnCl₂ + NaCl dodano H₂S i tioacetamidu. Zaobserwowano, że w pierwszej z nich wytrąca się brunatny osad, a w dwóch pozostałych roztwór pozostaje klarowny i bezbarwny i dodano do nich kilka kropli 0.5 M roztworu NH₃. W wyniku tej reakcji w probówce, która wcześniej zawierała roztwór ZnCl₂ wytrącił się biały osad, natomiast w probówce z roztworem NaCl nie reakcja nie zaszła. Następnie, do probówek w których wytrącił się osad dodano kilka kropel 0.5 M roztworu HCl i zauważono rozpuszczanie się tylko białego osadu soli cynku. Na końcu, do osadu soli bizmutu dodano HNO₃, czego rezultatem było roztwarzanie się osadu, wydzielanie się gazu i osadzanie żółtego nalotu na ściankach probówki.

   Wnioski

1. W probówkach zaszły następujące reakcje:

   2Bi(NO₃)₃ + 3H₂S→ Bi₂S₃↓ + 6HNO₃

   brunatny osad

   Pojawienie się żółtego nalotu i wydzielanie się gazu tłumaczy poniższa reakcja:

   Bi₂S₃↓ + 2NO₃^- + 8H⁺→ 2Bi³⁺+ 2NO↑ + 4H₂O + 3S↓

   ZnCl₂ + 2NH₃ +2 H₂O→ Zn(OH)₂↓ +2 NH₄Cl

   biały osad

   Zn(OH)₂ + 2HCl → ZnCl₂ +2H₂O

2. Różnice rozpuszczalności siarczków wynikają z ich różnych wartości iloczynów rozpuszczalności: K_SO Bi₂S₃: 1.99526*10^-10, K_SO ZnS: : 1.99526*10^-16. Im mniejsza wartość iloczynu rozpuszczalności, tym mniejsza jest rozpuszczalność związku w wodzie- stąd, ponieważ K_SO dla ZnS jest znacznie (10⁶ raza) mniejsza jest to sól słabiej rozpuszczalna w wodzie.

3. W wyników doświadczenia wynika, że skuteczną metodą rozdziału mieszaniny kationów Bi²⁺, Zn²⁺, Na⁺ jest dodanie do niej roztworu H₂S lub tioacetamidu z HCl (zajdzie wtedy reakcja z jonami Bi²⁺ i wytrąci się osad Bi₂S₃), a następnie- dodanie wodnego roztworu amoniaku (przereagują jony Zn²⁺ i powstanie osad siarczku cynku), zaś osad zawierający kationy Na⁺ pozostanie bezbarwny i klarowny.

4. Badanie rozpuszczalności soli srebra

Do probówki zawierającej ok. 1 cm³ AgNO₃ dodano kilkanaście kropel 1 M roztworu H₂SO₄ i zaobserwowano wytrącanie się białego, krystalicznego osadu, który odwirowano. Roztwór znajdujący się nad osadem przelano do kolejnej probówki i dodano podobną ilość 1M roztworu HCl, po czym zauważono pojawienie się kłaczkowatego osadu o mlecznym kolorze. Podobnie jak w poprzednim przypadku, osad odwirowano i ciecz znad osadu przelano do innej probówki i dodano do niej 0.5 M roztworu KI, jednakże nie zaobserwowano wytrącanie się osadu, co było niezgodne z oczekiwaniami. Odwirowywanie powtórzono i dolano do probówki mieszaniny 1 M roztworów HCl i H₂SO₄, lecz i tym razem osad nie wytrącił się.

Wnioski

1. Ponieważ iloczyny rozpuszczalności osadów, które miały się wytrącić wynoszą: dla Ag₂SO₄- 10^-5*1.7, dla AgCl- 1.1*10^-10, dla AgI- 10^-17*8.3, to rozpuszczalność tych soli maleje w szeregu: Ag₂SO₄, AgCl, AgI. Dlatego też, w doświadczeniu należało użyć większej ilości H₂SO₄, aby zaobserwować wydzielanie się osadu, podczas gdy osad AgCl wytrącił się już po dodaniu bardzo niewielkiej ilości HCl.

2. Brak wytrącania się osadu nierozpuszczalnego AgI po dodaniu roztworu KI można tłumaczyć faktem, że prawdopodobnie dodawany roztwór nie był dostatecznie nasycony (tzn. jego faktyczne stężenie było mniejsze od podanego na etykiecie), stąd dodawana ilość tego odczynnika strącającego była niewystarczająca do wytrącenia się osadu. Ponadto, w probówce stężenie jonów Ag⁺ uległo zmniejszeniu na skutek rozcieńczania roztworu po dodaniu pewnych ilości roztworów H₂SO₄ i HCl oraz część z nich została usunięta z roztworu, ponieważ we wcześniejszych etapach wytrącano osady: Ag₂SO₄ oraz AgCl. Dlatego też, następna próba strącenia osadu także się nie powiodła. W tej ostatniej próbie, teoretycznie, aby mogła się ona udać, do strącenia jonów srebra (I) lepiej byłoby użyć roztworu HCl niż H₂SO₄ ze względu na jego mniejszą wartość iloczynu rozpuszczalności.

3. Z przebiegu ćwiczenia wynika, że do całkowitego wytrącenia jonów Ag⁺ najlepiej użyć roztworu KI- jak wskazuje iloczyn rozpuszczalności, AgI jest najsłabiej rozpuszczalną spośród badanych soli, tak więc już po dodaniu nieznacznych ilości KI osad będzie się wytrącał.

4. W probówkach zaszły następujące reakcje wytrącania osadów:

   2AgNO₃ + H₂SO₄→ Ag₂SO₄↓ + 2HNO₃

   AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃

5. Wyznaczanie iloczynu rozpuszczalności wodorotlenku wapnia

W doświadczeniu wykorzystano ok. 150 g tlenku wapnia, którego zalano ok. 120 cm³ wody destylowanej i tak przygotowaną zawiesinę pozostawiono na tydzień czasu. Po tygodniu zaobserwowano wytrącenie się białego osadu i trzykrotnie mierzono pH i temperaturę przesączu. Otrzymano następujące wyniki:

Nr pomiaru	Temp. [^oC]	pH	pOH	[OH^-]	Kso Ca(OH)2
					Doświadczalne
1.	24.4	12.12	1.88	1.318*10^-2	1.145* 10^-6
2.	20.1	12.24	1.76	1.738*10^-2	2.625*10^-6
3.	17.7	12.30	1.70	1.99*10^-2	3.94*10^-6
					L średnie: 2.57*10^-6

Obliczenia:

Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH^-

½ x x= [OH^-], a ponieważ L=[ Ca²⁺] [OH^-]² L=½ x³

L(1)= ½*(1.318*10^-2)³= 1.145* 10^-6

L(2)= ½*(1.738*10^-2)³= 2.625*10^-6

L(3)= ½*(1.99*10^-2)³= 3.94*10^-6

Wniosek

Wyznaczony doświadczalnie iloczyn rozpuszczalności Ca(OH)₂ był ponad dwukrotnie mniejszy od wartości tablicowej (wyznaczonej dla 25^oC), co można wytłumaczyć tym, że:

- Pomiary wykonano w temperaturze zbliżonej, lecz w każdym z przypadków nieco mniejszej od 25^oC, stąd porównywanie tych wielkości jest ma charakter szacunkowy.

- Rzeczywiste wartości pH mogły być inne niż te, które wskazał pehametr, ponieważ roztwór KI, służący do przemywania elektrod był zbyt rozcieńczony (w wyniku wielokrotnego płukania w nim elektrod przez studentów).