Правила растворимости веществ
Растворимость показывает, может ли вещество образовать с водой однородный раствор. Для определения растворимости кислот, оснований и солей используют таблицу растворимости и несколько правил, которые помогают быстро предсказывать образование осадка.
Что означает растворимость
Растворимое вещество при смешивании с водой переходит в раствор в заметном количестве. Малорастворимое вещество растворяется лишь частично, а нерастворимое практически не переходит в раствор. В школьных задачах эти свойства обычно обозначают так: «Р» — растворимое, «М» — малорастворимое, «Н» — нерастворимое, «—» — вещество не существует или правило неприменимо.
Растворимость — способность вещества растворяться в данном растворителе с образованием раствора. В таблице растворимости обычно рассматривают растворение веществ в воде при обычных условиях.
Растворимость особенно важна для таблицы растворимости, потому что по ней определяют, будет ли вещество находиться в растворе в виде ионов или выпадет в осадок. Подробные сведения о веществах, которые почти не растворяются в воде, собраны на странице нерастворимые вещества.
Основные правила для кислот, оснований и солей
Кислоты в школьном курсе считают растворимыми в воде. К ним относятся \(\mathrm{HCl}\), \(\mathrm{H_2SO_4}\), \(\mathrm{HNO_3}\) и другие кислоты. Однако запись формулы кислоты ещё нужно отличать от записи соли: в кислоте первым обычно стоит водород, а в соли водород кислотного остатка может быть заменён металлом или ионом аммония.
Основания делятся на растворимые и нерастворимые. Растворимые основания называют щелочами. Растворимы гидроксиды щелочных металлов: \(\mathrm{LiOH}\), \(\mathrm{NaOH}\), \(\mathrm{KOH}\), а также \(\mathrm{Ba(OH)_2}\) и, с оговорками в разных таблицах, \(\mathrm{Ca(OH)_2}\). Большинство остальных гидроксидов металлов малорастворимы или нерастворимы: \(\mathrm{Cu(OH)_2}\), \(\mathrm{Fe(OH)_3}\), \(\mathrm{Mg(OH)_2}\).
Для солей растворимость определяют по сочетанию катиона и аниона. Удобно сначала запомнить исключения, а затем применить общие правила.
| Группа веществ | Правило растворимости | Примеры |
|---|---|---|
| Соли щелочных металлов и аммония | Практически всегда растворимы | \(\mathrm{NaCl}\), \(\mathrm{K_2SO_4}\), \(\mathrm{NH_4NO_3}\) |
| Нитраты | Практически всегда растворимы | \(\mathrm{AgNO_3}\), \(\mathrm{Cu(NO_3)_2}\) |
| Хлориды и другие галогениды | Обычно растворимы, но есть исключения с \(\mathrm{Ag^+}\), \(\mathrm{Pb^{2+}}\), иногда \(\mathrm{Hg_2^{2+}}\) | \(\mathrm{NaCl}\) — растворим, \(\mathrm{AgCl}\) — нерастворим |
| Сульфаты | Обычно растворимы, но \(\mathrm{BaSO_4}\), \(\mathrm{PbSO_4}\) и \(\mathrm{SrSO_4}\) нерастворимы; \(\mathrm{CaSO_4}\) малорастворим | \(\mathrm{CuSO_4}\) — растворим, \(\mathrm{BaSO_4}\) — осадок |
| Карбонаты, сульфиты, фосфаты | Обычно нерастворимы, кроме солей щелочных металлов и аммония | \(\mathrm{CaCO_3}\) — нерастворим, \(\mathrm{Na_2CO_3}\) — растворим |
| Сульфиды | Чаще нерастворимы, исключение составляют соли щелочных металлов и аммония; возможны дополнительные исключения для щёлочноземельных металлов | \(\mathrm{FeS}\) — нерастворим, \(\mathrm{Na_2S}\) — растворим |
| Гидроксиды | Большинство нерастворимы; растворимы гидроксиды щелочных металлов, \(\mathrm{Ba(OH)_2}\) и частично \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) | \(\mathrm{KOH}\) — растворим, \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) — нерастворим |
Если соль содержит катион щелочного металла или \(\mathrm{NH_4^+}\), она обычно растворима. Если соль содержит нитрат, она обычно растворима. Для карбонатов, фосфатов, сульфитов и большинства сульфидов нужно искать исключение: соль растворима главным образом при наличии щелочного металла или аммония.
Строгое школьное правило может немного отличаться в разных вариантах таблицы растворимости. Поэтому при выполнении задания сначала сверяйтесь с таблицей, данной в справочных материалах, а не только с памятью.
Как определить, что перед вами соль
Соль состоит из катиона металла или \(\mathrm{NH_4^+}\) и аниона кислотного остатка. В формуле соли нет группы \(\mathrm{OH^-}\) как главной части основания и нет начального атома водорода, характерного для обычной кислоты. Например, \(\mathrm{NaCl}\), \(\mathrm{CaCO_3}\), \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3}\) и \(\mathrm{NH_4NO_3}\) — соли.
Для задания «из предложенного перечня выберите формулы солей» сначала определите класс вещества, а растворимость проверяйте только после этого. Формулы \(\mathrm{H_2SO_4}\) и \(\mathrm{HNO_3}\) — кислоты, \(\mathrm{NaOH}\) и \(\mathrm{Fe(OH)_3}\) — основания, а \(\mathrm{KNO_3}\) и \(\mathrm{CuSO_4}\) — соли.
- Найдите в формуле катион: металл или \(\mathrm{NH_4^+}\).
- Определите анион: кислотный остаток, например \(\mathrm{Cl^-}\), \(\mathrm{NO_3^-}\), \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) или \(\mathrm{CO_3^{2-}}\).
- Проверьте, не является ли формула кислотой или основанием.
- По таблице растворимости установите знак: растворимо, малорастворимо или нерастворимо.
Какая формула обозначает растворимую соль?
Разобранный пример: определение растворимости
Определим, какие вещества из перечня растворимы в воде: \(\mathrm{BaSO_4}\), \(\mathrm{Na_2CO_3}\), \(\mathrm{CaCl_2}\), \(\mathrm{AgNO_3}\), \(\mathrm{Fe(OH)_3}\).
Сначала устанавливаем класс каждого вещества, затем применяем правило растворимости. Не следует делать вывод только по одному фрагменту формулы: например, наличие кислородсодержащего аниона само по себе не гарантирует растворимость.
Ответ: растворимы \(\mathrm{Na_2CO_3}\), \(\mathrm{CaCl_2}\) и \(\mathrm{AgNO_3}\). Если раствор смешивают с другим раствором и образуется нерастворимое вещество, говорят о выпадении осадка. Например, появление белого \(\mathrm{AgCl}\) указывает на реакцию ионов серебра и хлорид-ионов.
Растворимость и реакции обмена
Правила растворимости помогают понять, будет ли идти реакция обмена в растворе. Обычно реакция считается протекающей до конца, если среди продуктов появляется осадок, газ или слабый электролит, например вода. В ионных уравнениях растворимые сильные электролиты записывают в виде ионов, а нерастворимые вещества — формулой целого вещества. Для дальнейшей записи реакций пригодятся страницы полные ионные уравнения и сокращённые ионные уравнения.
В молекулярном уравнении важно правильно составить формулы продуктов и расставить коэффициенты. Затем можно выделить ионы-наблюдатели, которые не изменяются, и записать сокращённое ионное уравнение.
1. Считать все карбонаты растворимыми из-за наличия металла. Растворимы главным образом карбонаты щелочных металлов и аммония. 2. Забывать исключения для \(\mathrm{AgCl}\) и \(\mathrm{BaSO_4}\). 3. Путать растворимость вещества с его классом: \(\mathrm{HCl}\) — кислота, а не соль; \(\mathrm{NaOH}\) — основание, а не соль. 4. Неверно ставить индексы при составлении формулы соли: заряды ионов должны взаимно компенсироваться. 5. Считать малорастворимое вещество полностью растворимым. В реакциях оно часто записывается как осадок.
Запоминайте сначала «сильные» правила: все нитраты, соли натрия, калия и аммония растворимы. Затем учите исключения: \(\mathrm{AgCl}\), \(\mathrm{BaSO_4}\), карбонаты и фосфаты почти всех металлов. Это быстрее, чем пытаться заучить всю таблицу построчно.
Быстрая проверка
Проверьте себя
Главное
- Растворимость определяют по таблице, учитывая катион и анион вещества.
- Все нитраты и большинство солей щелочных металлов и аммония растворимы.
- Карбонаты, фосфаты, сульфиты и многие сульфиды обычно нерастворимы, кроме солей щелочных металлов и аммония.
- Главные исключения: \(\mathrm{AgCl}\) нерастворим, \(\mathrm{BaSO_4}\) нерастворим, большинство гидроксидов нерастворимы.
- В задании на выбор формул солей сначала определите класс вещества, а затем проверяйте растворимость.