- •1. Важнейшие классы неорганических соединений
- •5. Растворы.
- •7. Ионное произведение воды. Водородный показатель.
- •8. Электродные потенциалы металлов. Гальванические элементы.
- •Приложения…………………………………………………………………..73
- •1. Важнейшие классы неорганических соединений (оксиды, гидроксиды, соли)
- •Сложные неорганические соединения
- •Диссоциацию кислой соли можно выразить уравнением
- •Лабораторная работа Получение и свойства оксидов, гидроксидов и солей Цель работы
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •2. Скорость химической реакции. Катализ
- •Катализ
- •Лабораторная работа Химическая кинетика. Катализ
- •Опыт 2. Зависимость скорости гомогенной реакции от температуры
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •3. Химическое равновесие
- •Лабораторная работа Химическое равновесие
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •4. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация
- •Лабораторная работа Электролитическая диссоциация
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •5. Растворы
- •5.1 Растворимость веществ в воде. Свойства растворов
- •Лабораторная работа Растворимость веществ в воде. Свойства растворов
- •5.2 Концентрация растворов. Приготовление водных растворов
- •Приготовление раствора заданной концентрации по правилу смешения из более концентрированного раствора и воды или из двух растворов с известным процентным содержанием
- •Лабораторная работа Приготовление растворов
- •Плотности растворов NaCl и kCl, соответствующие различным концентрациям в %
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •6. Ионообменные реакции
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •7. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Гидролиз солей
- •Лабораторная работа Гидролиз солей
- •Контрольные вопросы
- •8. Электродные потенциалы металлов. Гальванические элементы. Электролиз
- •Разность потенциалов в цепи
- •Эдс, определяемая вольтметром, равна
- •Лабораторная работа
- •Ряд напряжений металлов. Гальванические элементы.
- •Электролиз
- •Цель работы
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •9. Дисперсные системы
- •Лабораторная работа Дисперсные системы
- •Изучение разновидностей дисперсных систем и их свойств. Оборудование и реактивы
- •Опыт 1. Получение суспензии мела в воде
- •Опыт 2. Получение эмульсии масла в воде
- •Опыт 4. Коагуляция коллоидных растворов
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Коэффициенты активности ионов при ионных силах раствора
- •Термодинамическая константа растворимости (произведение растворимости) труднорастворимых в воде электролитов при 25 0с
- •Стандартные электродные потенциалы металлов (ряд напряжений металлов)
- •Приложение 4 Константы диссоциации некоторых слабых электролитов (при 25 0с)
- •Учебное издание
- •Практикум по химии
- •Часть 1
Контрольные вопросы и упражнения
1. Какие вещества называют электролитами и неэлектролитами?
2. В чём заключаются основные положения электролитической диссоциации?
3. Объяснить процесс диссоциации солей, оснований и кислот с точки зрения строения атомов и молекул.
4. Реакции диссоциации электролитов являются обратимыми. Объяснить, что это значит? Как записывают уравнения реакций диссоциации?
5. Какие электролиты называют сильными, а какие слабыми? Привести примеры.
6. Как зависит способность электролитов к диссоциации от вида химической связи?
7. В 1 л раствора содержится 0,25 г хлорида натрия. Вычислить концентрацию ионов Na+, Cl и общую концентрацию всех ионов.
8. В 1 л 0,01 н раствора муравьиной кислоты HCOOH при комнатной температуре содержится 0,06 г ионов HCOO. Найти константу диссоциации.
9. При какой концентрации уксусной кислоты CH3COOH в водном растворе
= 1% ? При какой концентрации в 2 раза больше, если Кдис. = 1,8 . 105 ?
10. Принимая во внимание первую ступень диссоциации сероводородной кислоты, определить (%) для её 0,01 М раствора (см. приложение 4).
11. Написать следующие молекулярные уравнения реакций в ионном виде:
а) Zn(OH)2 + 2 NaOH = Na2ZnO2 + 2 H2O;
б) Na2ZnO2 + 2 HCl = 2 NaCl + Zn(OH)2.
5. Растворы
5.1 Растворимость веществ в воде. Свойства растворов
Раствором называется термодинамически устойчивая гомогенная (однофазная) система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов (химических веществ). Компонентами, составляющими раствор, являются растворитель и растворенное вещество. Обычно растворителем считается тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является, конечно, вода). Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.
Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.
Жидкие растворы – это растворы солей, сахара, спирта в воде. Жидкие растворы могут быть водными и неводными. Водные растворы – это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы – это растворы, в которых растворителями являются органические жидкости (бензол, спирт, эфир и т.д.). Твёрдые растворы – сплавы металлов. Газообразные растворы – воздух и другие смеси газов.
Процесс растворения. Растворение – это сложный физико-химический процесс. При физическом процессе происходит разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя. Химический процесс – это взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества. В результате этого взаимодействия образуются сольваты. Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией, процесс образования гидратов – гидратацией. При упаривании водных растворов образуются кристаллогидраты – это кристаллические вещества, в состав которых входит определенное число молекул воды (кристаллизационная вода). Примеры кристаллогидратов: CuSO4.5H2O – пентагидрат сульфата меди (II); FeSO4 . 7H2O – гептагидрат сульфата железа (II).
Физический процесс растворения идёт с поглощением энергии, химический – с выделением. Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше энергии, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение – экзотермический процесс. Выделение энергии происходит при растворении NaOH, H2SO4, Na2CO3, ZnSO4 и других веществ. Если для разрушения структуры вещества надо больше энергии, чем её выделяется при гидратации, то растворение – эндотермический процесс. Поглощение энергии происходит при растворении в воде NaNO3, KCl, NH4NO3, K2SO4, NH4Cl и некоторых других веществ.
Количество энергии, которое выделяется или поглощается при растворении, называется тепловым эффектом растворения.
Растворимостью вещества называется его способность распределяться в другом веществе в виде атомов, ионов или молекул с образованием термодинамически устойчивой системы переменного состава. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости, который показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 или 100 г воды при данной температуре. Растворимость вещества зависит от природы растворителя и вещества, от температуры и давления (для газов). Растворимость твердых веществ в основном увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов с повышением температуры уменьшается, но при повышении давления увеличивается.
По растворимости в воде вещества делят на три группы:
1. Хорошо растворимые (р.). Растворимость веществ больше 10 г в 1000г воды. Например, 2000 г сахара растворяется в 1000 г воды, или в 1 л воды.
2. Малорастворимые (м.). Растворимость веществ от 0,01 г до 10 г в 1000 г воды. Например, 2 г гипса (CaSO4 . 2 H2O) растворяется в 1000 г воды.
3. Практически нерастворимые (н.). Растворимость веществ меньше 0,01 г в 1000 г воды. Например, в 1000 г воды растворяется 1,5 . 103 г AgCl.
При растворении веществ могут образоваться насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.
Насыщенный раствор – это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество больше не растворяется.
Ненасыщенный раствор – это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество еще растворяется.
Иногда удается получить раствор, в котором растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном растворе при данной температуре. Такой раствор называется пересыщенным. Этот раствор получают при осторожном охлаждении насыщенного раствора до комнатной температуры. Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Кристаллизацию вещества в таком растворе можно вызвать путем потирания стеклянной палочкой стенок сосуда, в котором находится данный раствор. Этот способ применяется при выполнении некоторых качественных реакций.
Растворимость вещества может выражаться и молярной концентрацией его насыщенного раствора (п.2.2).
Константа растворимости. Рассмотрим процессы, возникающие при взаимодействии малорастворимого, но сильного электролита сульфата бария BaSO4 с водой. Под действием диполей воды ионы Ba2+ и SO42 из кристаллической решетки BaSO4 будут переходить в жидкую фазу. Одновременно с этим процессом под влиянием электростатического поля кристаллической решетки часть ионов Ba2+ и SO42 вновь будет осаждаться (рис.3). При данной температуре в гетерогенной системе, наконец, установится равновесие: скорость процесса растворения (V1) будет равна скорости процесса осаждения (V2), т.е.
V1 = V2 :
BaSO4 ⇄ Ba2+ + SO42
твёрдая раствор
фаза
Рис. 3. Насыщенный раствор сульфата бария
Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой BaSO4, называется насыщенным относительно сульфата бария.
Насыщенный раствор представляет собой равновесную гетерогенную систему, которая характеризуется константой химического равновесия:
, (1)
где a (Ba2+) – активность ионов бария; a(SO42-) – активность сульфат-ионов;
a (BaSO4) – активность молекул сульфата бария.
Знаменатель этой дроби – активность кристаллического BaSO4 – является постоянной величиной, равной единице. Произведение двух констант дает новую постоянную величину, которую называют термодинамической константой растворимости и обозначают Кs :
Кs = a(Ba2+) . a(SO42-). (2)
Эту величину раньше называли произведением растворимости и обозначали ПР.
Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита произведение равновесных активностей его ионов есть величина постоянная при данной температуре.
Если принять, что в насыщенном растворе малорастворимого электролита коэффициент активности f~1, то активность ионов в таком случае можно заменить их концентрациями, так как а(X) = f (X) . С(X). Термодинамическая константа растворимости Кs перейдет в концентрационную константу растворимости Кs:
Кs = С(Ba2+) . С(SO42-), (3)
где С(Ba2+) и С(SO42) – равновесные концентрации ионов Ba2+ и SO42 (моль/л) в насыщенном растворе сульфата бария.
Для упрощения расчётов обычно пользуются концентрационной константой растворимости Кs , принимая f (Х) = 1 (приложение 2).
Если малорастворимый сильный электролит образует при диссоциации несколько ионов, то в выражение Кs (или Кs) входят соответствующие степени, равные стехиометрическим коэффициентам:
PbCl2 ⇄ Pb2+ + 2 Cl; Ks = С (Pb2+) . С2 (Cl);
Ag3PO4 ⇄ 3 Ag+ + PO43; Ks = С3 (Ag+) . С (PO43).
В общем виде выражение концентрационной константы растворимости для электролита AmBn ⇄ m An+ + n Bm имеет вид
Ks = Сm (An+) . Сn (Bm),
где С концентрации ионов An+ и Bm в насыщенном растворе электролита в моль/л.
Величиной Ks принято пользоваться только в отношении электролитов, растворимость которых в воде не превышает 0,01 моль/л.
Условия образования осадков
Предположим, с фактическая концентрация ионов трудно растворимого электролита в растворе.
Если Сm (An+) . Сn (Bm-) > Ks , то произойдет образование осадка, т.к. раствор становится пересыщенным.
Если Сm (An+) . Сn (Bm) < Ks , то раствор является ненасыщенным и осадок не образуется.
Свойства растворов. Ниже рассмотрим свойства растворов неэлектролитов. В случае электролитов в приведённые формулы вводится поправочный изотонический коэффициент.
Если в жидкости растворено нелетучее вещество, то давление насыщенного пара над раствором меньше давления насыщенного пара над чистым растворителем. Одновременно с понижением давления пара над раствором наблюдается изменение его температуры кипения и замерзания; температуры кипения растворов повышаются, а температуры замерзания понижаются по сравнению с температурами, характеризующими чистые растворители.
Относительное понижение температуры замерзания или относительное повышение температуры кипения раствора пропорционально его концентрации:
∆t = KСm ,
где К – константа (криоскопическая или эбулиоскопическая);
Сm – моляльная концентрация раствора, моль/1000 г растворителя.
Так как Сm = m/M, где m – масса вещества (г) в 1000 г растворителя,
М – молярная масса, приведенное уравнение можно представить:
; .
Таким образом, зная для каждого растворителя величину К, задав m и экспериментально определив ∆t в приборе, находят М растворенного вещества.
Молярная масса растворенного вещества может быть определена путём измерения осмотического давления раствора (π) и рассчитана по уравнению Вант – Гоффа:
; .