Изпит по химия 2015 AP, въпрос със свободен отговор 4

"Отговори на следните въпроси за разтворимостта на калциев хидроксид." И тук ни е дадено произведението на разтворимост Ksp. "Представи с химично уравнение разтварянето на твърд калциев хидроксид в чиста вода." Започваме с калциев хидроксид. Той е в твърдо състояние, след това знак за равновесие. При разтварянето ще получим калциеви йони, които имат заряд 2+. Записвам, че това е воден разтвор, защото се разтваря във вода, и след това имаме хидроксидни йони, също разтворени във вода. За един калциев йон имаме два хидроксидни йона. Всичко е изравнено, един калций - един калций, два хидроксида - два хидроксида. Добре, да минем нататък. Изчисли моларната разтворимост на калциевия хидроксид, но не в чиста вода, а в разтвор, който вече съдържа някакво количество от друга сол, калциев нитрат. Той е с 0,1 моларна концентрация, 0,1 моларна концентрация на калциев нитрат, за който може да знаеш, че е много разтворима сол. Това е много разтворима нитратна сол. Как ще постъпим? Как ще намерим моларната разтворимост на калциевия хидроксид? Колко допълнителен калций ще се разтвори, когато вече имаме някакво разтворено количество? За една единица калций, която се разтваря, ще имаме два пъти толкова хидроксид, който се разтваря. Може би се досещаш, или по пътя на логиката усещаш, че тук ще ни трябва произведението на разтворимостта Ksp. Произведението на разтворимостта е равно на концентрацията на произведението от концентрациите на двете неща, които се разтварят. Тук имаш калциев иони и хидроксидни йони, и тъй като имаш два мола от това за един мол калций, ще го повдигнем на квадрат. Тук може да кажеш: Хей, това прилича на равновесна константа, но ако беше равновесна константа, щяхме да разделим на концентрацията на изходното вещество. Можеше да ползваме равновесна константа тук, но концентрацията на изходното вещество, то тук е в твърдо състояние. Ако си представим какво се случва тук, ние имаме блокче, можем да си представим, че имаме парче твърд калциев хидроксид във водата, и имаме наситен разтвор. Имаме насищане на йони, толкова, колкото може да има в разтвора. И всеки път, когато се разтваря някакво количество калциев хидроксид, същото количество се утаява от разтвора. При равновесната константа трябва да разделим на концентрацията на твърдия калциев хидроксид. Но ние не разглеждаме концентрациите на твърдите вещества като моларни концентрации, или нещо от този род, но това ще бъде константа, защото ако някакво количество калциев хидроксид се разтвори, обемът намалява, а ако някакво количество се утаи, обемът се увеличава. И концентрацията остава постоянна. Прието е да умножаваме двете страни по това, за да получим произведението на разтворимостта, и ето как се получава произведението на разтворимостта. Ще направя друго видео, в което ще разгледаме това много по-подробно. И как ще използваме това? Ние вече имаме... нека да го запиша, имаме вече някакви калциеви йони. Вече имаме разтворени 0,10 мола на литър калциеви йони. Дори не трябва да пиша тук разтворени. Имаме ги налични в разтвора. И ще добавим, предполагам мога да кажа х мола на литър калциеви йони чрез разтваряне на калциев хидроксид. Това означава, че ще имаме 2 х мола на литър концентрация, мога да го запиша така, концентрация на хидроксид, тъй като за един калциев йон, независимо от концентрацията, ще имаме 2 пъти хидроксид, защото на един калциев атом имаме две хидроксидни молекули. Как можем да използваме това в нашето произведение на разтворимостта? Вече имаме това тук, имаме вече 0,10 и ще добавим х. Това е точно това тук. Мисля, че този начин на записване може да е малко объркващ. Не знам. Може би ако махна тези скоби ще стане по-лесно за разбиране, защото това очевидно е концентрация. Добре, това е концентрацията на калциевите йони, тези, които имаме, плюс добавените. А концентрацията на хидроксида, тя ще бъде 2х. За всеки калций, който добавяш, добавяш два пъти толкова хидроксид. И разбира се, това е на квадрат. Това е равно на Ksp, произведението на разтворимостта, което е дадено като 1,3 по 10^(–6). Имаме 1,3 по 10^(–6). Ако опиташ да решиш това веднага, ще е доста сложно. Ще получиш тук 4x^2, което умножаваш по това, получаваш х на втора и след това още един член. Не е лесно за решаване. За да го опростим, приемаме, особено защото тази нитратна сол е много разтворима, много по-разтворима от тази сол, от хидроксидната сол, затова приемаме, че тази част тук е приблизително 0,1, тъй като х е по-малко от 0,10. Правим това опростяване. Знаем, че това е трудно за решаване в този вид, но понеже добавяме по-малко разтворимо вещество, към разтвор, който съвсем не е наситен, това е много голяма концентрация. Когато намерим х, можем да се върнем и да заместим с полученото х, за да видим дали се получава близка стойност до това произведение на разтворимостта. Ако изпуснем това, получаваме 1,3 по 10^(–6) е равно на 0,10 по 4х^2, или получаваме, че х^2 е равно на 1,3 по 10^(–6), делено на 0,10, и после по 4, или можем да разделим на 0,4 или можем да кажем, че х е равно на корен квадратен от това. Така че х ще бъде равно на... нека да извадя калкулатора си, имам 1,3 по 10 на минус шеста степен, делено на 0,4, получаваме това и сега ни трябва корен квадратен от него. Да видим колко значещи цифри са ни необходими. Изглежда са две. Така че 0,0018. Това е приблизително.. нека го запиша по-прегледно, приблизително 0,0018 мола на литър. Нека само да го проверя, това ли получих? Да, 0,0018 мола на литър. И това е нашият отговор. Ако искаш, можеш да направиш проверка и да заместиш в първоначалното уравнение, за да се увериш, че ще получиш нещо близко до 1,3 по 10^(–6). Опитай и ще видиш, че ще е точно така. А сега да видим последната част. В полето по-долу представи графично частиците, това включва четири водни молекули, ориентирани правилно около калциевите йони. Знаем, че водните молекули са полярни. Ако това е кислорода, а това е водород, и това е водород, тук имаме нашите единични електронни двойки Това е частичен отрицателен заряд, а това са частични положителни заряди при водородите, чиито електрони са притеглени, така че трябва да ги ориентираш. Искат от нас просто да начертаем четири. Кислородът ще бъде ориентиран към положителния калций, тъй като има частично отрицателен заряд, който се привлича от положителния заряд. Имаме една, това е втората, това е третата и това е четвъртата молекула. Искат от нас да нарисуваме само четири молекули. Ако искаш да е по-ясно, можеш да означиш кислорода, а това тук са водородните атоми. Водородите имат... този край на молекулата има частично положителен заряд, затова той се отблъсква от калциевия йон, а другата част, където има една електронна двойка, там има частично отрицателен заряд и ще бъде привлечена от положителния заряд. И сме готови.