Номер 192, страница 319 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.192. Медь может образовывать комплексные соединения в 1 М растворе аммиака, если концентрация ионов ${\mathrm{Cu}}_2^{+}$ превышает $8 · {10}^{-12}$ г/л. Какие из перечисленных осадков будут растворяться в 1 М растворе ${\mathrm{NH}}_3:$ ${\mathrm{CuC}}_2{\mathrm{O}}_4$ $(\mathrm{ПР} = 2,9·{10}^{-8}),$ $\mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$ $(\mathrm{ПР} = 5,6·{10}^{-20}),$ CuS $(\mathrm{ПР} = 1,4·{10}^{-36})$?

Дано:

Найти:

Какие из осадков ($CuC_2O_4$, $Cu(OH)_2$, $CuS$) будут растворяться в 1 М растворе $NH_3$.

Решение:

Растворение осадков в растворе аммиака происходит за счет образования прочного комплексного иона тетраамминмеди(II) $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$. Согласно условию, этот процесс становится возможным, если концентрация ионов $Cu^{2+}$, создаваемая при диссоциации малорастворимого соединения, превышает пороговое значение $1,26 \cdot 10^{-13} \text{ моль/л}$. Если начальная концентрация ионов $Cu^{2+}$ от растворения осадка в воде выше этого порога, то начнется реакция комплексообразования, которая сместит равновесие в сторону растворения осадка.

Следовательно, для ответа на вопрос задачи необходимо для каждого осадка вычислить равновесную концентрацию ионов $Cu^{2+}$ в его насыщенном водном растворе и сравнить её с пороговой.

CuC₂O₄

Равновесие растворения оксалата меди(II) в воде описывается уравнением:

$CuC_2O_4(тв) \rightleftharpoons Cu^{2+}(р-р) + C_2O_4^{2-}(р-р)$

Выражение для произведения растворимости (ПР):

$ПР(CuC_2O_4) = [Cu^{2+}][C_2O_4^{2-}] = 2,9 \cdot 10^{-8}$

Пусть молярная растворимость оксалата меди(II) в воде равна $S$ моль/л. Тогда в насыщенном растворе $[Cu^{2+}] = S$ и $[C_2O_4^{2-}] = S$. Подставим эти значения в выражение для ПР:

$S \cdot S = S^2 = 2,9 \cdot 10^{-8}$

Отсюда находим концентрацию ионов меди:

$[Cu^{2+}] = S = \sqrt{2,9 \cdot 10^{-8}} \approx 1,7 \cdot 10^{-4} \text{ моль/л}$

Сравним полученное значение с пороговой концентрацией:

$1,7 \cdot 10^{-4} \text{ моль/л} > 1,26 \cdot 10^{-13} \text{ моль/л}$

Поскольку концентрация ионов меди, создаваемая осадком, превышает пороговое значение, комплексообразование будет происходить, и осадок будет растворяться.

Ответ: Осадок $CuC_2O_4$ будет растворяться.

Cu(OH)₂

Равновесие растворения гидроксида меди(II) в воде:

$Cu(OH)_2(тв) \rightleftharpoons Cu^{2+}(р-р) + 2OH^{-}(р-р)$

Выражение для произведения растворимости:

$ПР(Cu(OH)_2) = [Cu^{2+}][OH^{-}]^2 = 5,6 \cdot 10^{-20}$

Пусть молярная растворимость гидроксида меди(II) в воде равна $S$ моль/л. Тогда в насыщенном растворе $[Cu^{2+}] = S$ и $[OH^{-}] = 2S$.

$S \cdot (2S)^2 = 4S^3 = 5,6 \cdot 10^{-20}$

$S^3 = \frac{5,6 \cdot 10^{-20}}{4} = 1,4 \cdot 10^{-20}$

Отсюда находим концентрацию ионов меди:

$[Cu^{2+}] = S = \sqrt[3]{1,4 \cdot 10^{-20}} \approx 2,41 \cdot 10^{-7} \text{ моль/л}$

Сравним полученное значение с пороговой концентрацией:

$2,41 \cdot 10^{-7} \text{ моль/л} > 1,26 \cdot 10^{-13} \text{ моль/л}$

Концентрация ионов меди также превышает пороговое значение, следовательно, осадок гидроксида меди(II) будет растворяться в растворе аммиака.

Ответ: Осадок $Cu(OH)_2$ будет растворяться.

CuS

Равновесие растворения сульфида меди(II) в воде (пренебрегая гидролизом сульфид-иона для простоты оценки):

$CuS(тв) \rightleftharpoons Cu^{2+}(р-р) + S^{2-}(р-р)$

Выражение для произведения растворимости:

$ПР(CuS) = [Cu^{2+}][S^{2-}] = 1,4 \cdot 10^{-36}$

Пусть молярная растворимость сульфида меди(II) в воде равна $S$ моль/л. Тогда $[Cu^{2+}] = S$ и $[S^{2-}] = S$.

$S \cdot S = S^2 = 1,4 \cdot 10^{-36}$

Отсюда находим концентрацию ионов меди:

$[Cu^{2+}] = S = \sqrt{1,4 \cdot 10^{-36}} \approx 1,18 \cdot 10^{-18} \text{ моль/л}$

Сравним полученное значение с пороговой концентрацией:

$1,18 \cdot 10^{-18} \text{ моль/л} < 1,26 \cdot 10^{-13} \text{ моль/л}$

Концентрация ионов меди, создаваемая осадком $CuS$, на много порядков ниже пороговой. Следовательно, образование комплекса будет незначительным, и осадок растворяться не будет.

Ответ: Осадок $CuS$ не будет растворяться.