Дано:
- Концентрация раствора [Cu(NH3)4]2+ = 0,01 моль/л
- Концентрация раствора [Cu(NH3)2]+ = 0,01 моль/л
- Концентрация аммиака (NH3) в избытке = 0,02 моль/л
Найти:
- Во сколько раз различаются концентрации свободных ионов меди (Cu2+) в этих растворах.
- Окраска растворов.
Решение:
1. Сначала определим соотношение между концентрациями свободных ионов меди в двух растворах.
Для комплекса [Cu(NH3)4]2+:
a. Уравнение равновесия:
Cu2+ + 4NH3 ⇌ [Cu(NH3)4]2+
Константа равновесия (K1):
K1 = [Cu(NH3)4]2+ / ([Cu2+][NH3]^4)
При концентрации [Cu(NH3)4]2+ = 0,01 моль/л и [NH3] ≈ 0,02 моль/л (избыток).
Считаем, что концентрация свободного Cu2+ будет очень мала и в растворе [Cu(NH3)4]2+ она незначительна.
Поэтому [Cu2+] ≈ K1 / ([NH3]^4), где K1 - константа равновесия.
Для комплекса [Cu(NH3)2]+:
b. Уравнение равновесия:
Cu2+ + 2NH3 ⇌ [Cu(NH3)2]+
Константа равновесия (K2):
K2 = [Cu(NH3)2]+ / ([Cu2+][NH3]^2)
При концентрации [Cu(NH3)2]+ = 0,01 моль/л и [NH3] ≈ 0,02 моль/л (избыток).
Поэтому [Cu2+] ≈ K2 / ([NH3]^2), где K2 - константа равновесия.
2. Сравнение концентраций свободных ионов меди:
Для [Cu(NH3)4]2+, концентрация Cu2+ ≈ K1 / ([NH3]^4).
Для [Cu(NH3)2]+, концентрация Cu2+ ≈ K2 / ([NH3]^2).
Отношение концентраций свободных ионов меди в двух растворах:
(Cu2+) [Cu(NH3)4]2+ / (Cu2+) [Cu(NH3)2]+ = (K2 / K1) * ([NH3]^2 / [NH3]^4)
= (K2 / K1) * (1 / [NH3]^2).
Поскольку [NH3] = 0,02 моль/л, то (1 / [NH3]^2) = 1 / (0,02)^2 = 2500.
Значит, (Cu2+) [Cu(NH3)4]2+ / (Cu2+) [Cu(NH3)2]+ = (K2 / K1) * 2500.
3. Окраска растворов:
Раствор [Cu(NH3)4]2+ имеет синий цвет, так как этот комплекс обладает ярко выраженным синем оттенком.
Раствор [Cu(NH3)2]+ имеет менее интенсивный синий цвет, его окраска менее выраженная по сравнению с раствором [Cu(NH3)4]2+.
Ответ:
- Концентрации свободных ионов меди в растворах различаются в зависимости от констант равновесия (K1 и K2) и концентрации аммиака.
- Окраска раствора [Cu(NH3)4]2+ ярко синяя, [Cu(NH3)2]+ - менее интенсивно синяя.