Cách tính độ hòa tan: 14 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: Jason Gerald | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-15 08:26

Trong hóa học, độ hòa tan được sử dụng để mô tả các tính chất của các hợp chất rắn được trộn lẫn và hòa tan hoàn toàn với chất lỏng mà không để lại bất kỳ hạt không hòa tan nào. Chỉ những hợp chất bị ion hóa (tích điện) mới có thể hòa tan. Để thuận tiện, bạn có thể chỉ cần ghi nhớ một vài quy tắc hoặc tham khảo danh sách để xem liệu hầu hết các hợp chất rắn sẽ ở trạng thái rắn khi cho vào nước hay sẽ hòa tan với một lượng lớn. Trên thực tế, một số phân tử sẽ hòa tan ngay cả khi bạn không thể nhìn thấy sự thay đổi. Để thí nghiệm diễn ra chính xác, bạn phải biết cách tính lượng chất hòa tan.

Bươc chân

Phương pháp 1/2: Sử dụng quy tắc nhanh

Bước 1. Nghiên cứu hợp chất ion

Bình thường mỗi nguyên tử có một số electron nhất định. Tuy nhiên, đôi khi nguyên tử được thêm hoặc mất electron. Kết quả là một ion được tích điện. Khi một ion mang điện tích âm (có thêm một điện tử) gặp một ion tích điện dương (mất một điện tử), hai ion liên kết với nhau giống như các cực âm và dương của nam châm, tạo ra một hợp chất ion.

Các ion mang điện tích âm được gọi là anion, trong khi ion tích điện dương được gọi là cation.
Trong trường hợp bình thường, số electron bằng số proton trong nguyên tử do đó phủ định điện tích của nó.

Bước 2. Tìm hiểu chủ đề về độ tan

Phân tử nước (H₂O) có cấu trúc khác thường giống như một nam châm. Một đầu mang điện tích dương, đầu kia mang điện tích âm. Khi một hợp chất ion được đặt trong nước, "nam châm" nước sẽ bao quanh nó và cố gắng hút và tách các ion âm và dương. Các liên kết trong một số hợp chất ion không mạnh lắm. Như một hợp chất hòa tan trong nước vì nước sẽ tách các ion ra và hòa tan chúng. Một số hợp chất khác có liên kết mạnh hơn nên không hòa tan trong nước mặc dù được bao quanh bởi các phân tử nước.

Nhiều hợp chất khác có liên kết bên trong bền bằng lực mà nước thu hút các phân tử. Những hợp chất như vậy được gọi là hòa tan nhẹ trong nước vì một phần lớn của hợp chất bị nước hút, nhưng phần còn lại vẫn bị nung chảy.

Bước 3. Tìm hiểu các quy tắc về độ tan

Tương tác giữa các nguyên tử khá phức tạp. Các hợp chất hòa tan hoặc không hòa tan trong nước không thể đơn giản nhìn thấy bằng trực giác. Tìm ion đầu tiên trong hợp chất cần tìm trong danh sách dưới đây để xác định hành vi của nó. Tiếp theo, kiểm tra bất kỳ ngoại lệ nào để đảm bảo rằng ion thứ hai không có bất kỳ tương tác bất thường nào.

Ví dụ: để kiểm tra Stronti Clorua (SrCl₂), hãy tìm Sr hoặc Cl trong các bước in đậm bên dưới. Cl "thường tan trong nước", vì vậy hãy kiểm tra trường hợp ngoại lệ tiếp theo. Sr không được bao gồm trong ngoại lệ vì vậy SrCl₂ chắc chắn tan trong nước.
Các ngoại lệ phổ biến nhất cho mỗi quy tắc được liệt kê bên dưới. Có một vài trường hợp ngoại lệ khác, nhưng có lẽ chúng sẽ không được tìm thấy trong phòng thí nghiệm hoặc lớp học hóa học nói chung.

Bước 4. Các hợp chất có thể bị hòa tan nếu chúng chứa các kim loại kiềm, kể cả Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, và Cs⁺.

Những nguyên tố này còn được gọi là nguyên tố nhóm IA: liti, natri, kali, rubidi và xêzi. Hầu hết tất cả các hợp chất có chứa một trong các ion này đều có thể hòa tan trong nước.

Ngoại lệ:

Li₃PO₄ không tan trong nước.

Bước 5. KHÔNG. Hợp chất₃^-, NS₂NS₃O₂^-, KHÔNG₂^-, ClO₃^-và ClO₄^- hoà tan trong nước.

Tên lần lượt là các ion nitrat, axetat, nitrit, clorat và peclorat. Lưu ý rằng axetat thường được rút gọn thành OAC.

Ngoại lệ:

Ag (OAc) (Bạc axetat) và Hg (OAc)₂ (thủy ngân axetat) không tan trong nước.
AgNO₂^- và KClO₄^- chỉ "hòa tan nhẹ trong nước."

Bước 6. Hợp chất Cl.^-, Br^-, và tôi^- thường ít tan trong nước.

Các ion clorua, bromua và iotua luôn tạo thành các hợp chất tan trong nước được gọi là muối halogenua.

Ngoại lệ:

Nếu một trong các ion này liên kết với ion bạc Ag⁺, thủy ngân Hg₂²⁺, hoặc dẫn Pb²⁺, hợp chất tạo thành không tan trong nước. Điều này cũng đúng đối với hợp chất ít phổ biến hơn, cụ thể là cặp Cu.⁺ và thallium Tl⁺.

Bước 7. Hợp chất chứa SO₄^2- thường tan trong nước.

Ion sunfat thường tạo thành các hợp chất hòa tan trong nước, nhưng có một số trường hợp ngoại lệ.

Ngoại lệ:

Ion sunfat tạo thành các hợp chất không hòa tan trong nước với: stronti Sr²⁺, bari Ba²⁺, dẫn dắt Pb²⁺, bạc Ag⁺, canxi Ca²⁺, radium Ra²⁺, và bạc điatomic Ag₂²⁺. Lưu ý rằng bạc sunfat và canxi sunfat hòa tan vừa đủ mà một số người gọi chúng là ít tan trong nước.

Bước 8. Hợp chất chứa OH^- hoặc S^2- không tan trong nước.

Các ion trên được đặt tên là hiđroxit và sunfua.

Ngoại lệ:

Hãy nhớ về các kim loại kiềm (Nhóm I-A) và làm thế nào các ion từ các nguyên tố trong các nhóm đó dễ dàng tạo thành các hợp chất tan trong nước? Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, và Cs⁺ sẽ tạo thành các hợp chất hòa tan trong nước với các ion hydroxit hoặc sunfua. Ngoài ra, các hiđroxit còn tạo thành muối tan trong nước với các ion kiềm thổ (Nhóm II-A): canxi Ca²⁺, strontium Sr²⁺, và bari Ba²⁺. Lưu ý rằng các hợp chất được tạo ra từ hydroxit và kiềm thổ vẫn có đủ các phân tử liên kết với nhau mà đôi khi chúng được gọi là "ít tan trong nước".

Bước 9. Hợp chất chứa CO₃^2- hoặc PO₄^3- không tan trong nước.

Một lần nữa để kiểm tra các ion cacbonat và photphat. Bạn nên biết điều gì sẽ xảy ra với hợp chất của các ion.

Ngoại lệ:

Các ion này tạo thành các hợp chất hòa tan trong nước với các kim loại kiềm, cụ thể là Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺và Cs⁺, amoni NH cũng vậy₄⁺.

Phương pháp 2/2: Tính độ tan thông qua K_sp

Bước 1. Tìm hằng số hòa tan của sản phẩm K_sp.

Mỗi hợp chất có một hằng số khác nhau, bạn sẽ phải tra cứu trong bảng trong sách giáo khoa hoặc trên mạng. Bởi vì các giá trị được xác định bằng thực nghiệm, các bảng khác nhau có thể hiển thị các hằng số khác nhau. Bạn nên sử dụng các bảng trong sách giáo khoa nếu có. Trừ khi có quy định khác, hầu hết các bảng đều giả định rằng nhiệt độ là 25ºC.

Ví dụ, nếu những gì được hòa tan là chì iotua PbI₂, ghi hằng số hòa tan của sản phẩm. Khi tham chiếu đến bảng tại bilbo.chm.uri.edu, hãy sử dụng hằng số 7, 1 × 10^–9.

Bước 2. Viết phương trình hóa học

Đầu tiên, xác định quá trình hợp chất phân ly thành ion khi hòa tan. Sau đó, viết phương trình hóa học với K_sp mặt này và mặt khác là các ion cấu tạo.

Ví dụ, một phân tử PbI.₂ tách thành các ion Pb.²⁺, TÔI^-và I. các ion^-. (Bạn chỉ cần biết hoặc tìm điện tích của một ion vì tổng thể hợp chất có điện tích trung hòa.)
Viết phương trình 7, 1 × 10^–9 = [Pb²⁺][TÔI^-]²

Bước 3. Thay đổi phương trình để sử dụng một biến

Viết lại phương trình dưới dạng một bài toán đại số đơn giản sử dụng kiến thức về số phân tử và ion. Trong phương trình này, x là số lượng các hợp chất hòa tan. Viết lại các biến biểu thị số lượng của mỗi ion ở dạng x.

Trong ví dụ này, phương trình được viết lại thành 7, 1 × 10^–9 = [Pb²⁺][TÔI^-]²
Bởi vì có một ion chì (Pb²⁺) trong hợp chất, số phân tử của hợp chất bị hòa tan bằng số ion chì tự do. Bây giờ chúng ta có thể viết [Pb²⁺] chống lại x.
Vì có hai ion iot (I^-) đối với mỗi ion chì, số nguyên tử iot có thể được viết là 2x.
Bây giờ phương trình là 7, 1 × 10^–9 = (x) (2x)²

Bước 4. Tính đến các ion khác thường có mặt nếu có thể

Bỏ qua bước này nếu hợp chất được hòa tan trong nước tinh khiết. Khi một hợp chất được hòa tan trong một dung dịch đã chứa một hoặc nhiều ion cấu thành ("các ion chung") thì khả năng hòa tan của nó sẽ tăng lên đáng kể. Hiệu ứng ion nói chung được thấy rõ nhất trong các hợp chất phần lớn không tan trong nước. Trong trường hợp này, có thể giả định rằng hầu hết các ion ở trạng thái cân bằng đến từ các ion đã có trong dung dịch. Viết lại phương trình phản ứng bao gồm nồng độ mol đã biết (mol trên lít hoặc M) của ion đã có trong dung dịch, do đó thay giá trị của x đã sử dụng cho ion.

Ví dụ, nếu hợp chất chì iotua được hòa tan trong dung dịch chứa chì clorua 0,2 M (PbCl₂) thì phương trình sẽ là 7, 1 × 10^–9 = (0, 2M + x) (2x)². Sau đó, vì 0,2 M là nồng độ đậm đặc hơn x nên phương trình có thể được viết lại thành 7,1 × 10^–9 = (0, 2 triệu) (2 lần)².

Bước 5. Giải phương trình

Giải x để biết độ tan của hợp chất trong nước. Vì hằng số hòa tan đã được thiết lập, câu trả lời là về số mol của hợp chất hòa tan trong một lít nước. Bạn có thể cần một máy tính để tính toán câu trả lời cuối cùng.

Câu trả lời sau đây dành cho khả năng hòa tan trong nước tinh khiết, không có các ion chung.
7, 1×10^–9 = (x) (2x)²
7, 1×10^–9 = (x) (4x²)
7, 1×10^–9 = 4x³
(7, 1×10^–9) 4 = x³
x = ((7, 1 × 10^–9) ÷ 4)
x = 1, 2 x 10^-3 số mol mỗi lít sẽ tan. Lượng này rất nhỏ nên về cơ bản nó không hòa tan trong nước.