Запитання для самоконтролю

1. Дайте визначення поняттям: розчин, розчинник, розчинена речовина. Які способи вираження складу багатокомпонентних систем Вам відомі? Які з них не залежать від температури?

2. Які розчини за своїми властивостями відносять до ідеальних? Розкрийте зміст терміну “колігативні” властивості розчинів.

3. Через які стадії проходить процес розчинення кристалічної речовини в рідинах? У яких випадках розчинення є екзо-, а в яких – ендотермічним процесом?

4. Що називають тепловим ефектом розчинення? Від величини яких складників залежить його значення? Як змінюються ентальпія, ентропія системи під час розчинення різних речовин?

5. Що називають процесом сольватації (гідратації)? Який вид взаємодії реалізується у сольватних (гідратних) сполуках?

6. Яку пару називають насиченою? Як змінюється тиск насиченої пари розчину зі збільшенням температури? Сформулюйте та поясніть зміст І закону Рауля.

7. Сформулюйте умови кипіння та кристалізації розчинів. Чому розчини нелетких речовин киплять при більш високій, а замерзають при більш низькій температурі, ніж чисті розчинники? Як використавши ІІ закон Рауля можна розрахувати зміни температур кипіння та кристалізації.

8. Як можна експериментально визначити і теоретично розрахувати ебуліоскопічну та кріоскопічну сталі розчинників? Розкрийте їх фізичний зміст.

Лабораторна робота 11 Процеси в розчинах електролітів

Мета роботи: ознайомлення з загальними закономірностями проходження реакцій за участю електролітів та набуття вмінь складання іонно-молекулярних рівнянь.

1. Короткі теоретичні відомості

При змішуванні розчинів різних електролітів стає можливою взаємодія іонів протилежного заряду, що може призвести до утворення таких продуктів:

1. поганорозчинна сполука (деякі солі та гідроксиди);

2. слабкий електроліт (NH₄OH, HClO, СН₃СООН, H₂S та інші);

3. газ (СО₂, SO₂).

Хімічні процеси, в основі яких лежить обмін іонами між різними електролітами, називають реакціями іонного обміну. Такого типу реакції перебігають дуже швидко, оскільки реагенти вже знаходяться в активованому стані завдяки молекулам розчинника, які виконують роль гомогенного каталізатора.

Окрему групу складають реакції, які перебігають у розчинах за участю електролітів кислотного й основного характеру і завжди завершуються утворенням малодисоційованої сполуки Н₂О  води.

Опис процесів за участю електролітів здійснюють з використанням рівнянь хімічних реакцій у молекулярному та іонно-молекулярному вигляді.

Молекулярна форма рівняння містить формули всіх речовин у недисоційованому (молекулярному) вигляді. Окрім того, корисно відмічати вертикальною стрілкою ↓ формули поганорозчинних речовин, а формули летких речовин  стрілкою ↑.

Після визначення осадів і летких речовин під формулою кожної розчинної речовини необхідно зазначити, чи є вона сильним або слабким електролітом.

У наступному рядку після молекулярного рівняння наводять іонно-молекулярне рівняння. Останні складають за такими правилами:

1. Усі розчинні сильні електроліти наводять у дисоційованому (іонному) вигляді, тобто як окремі, розділені іони;

2. Малодисоційовані речовини, молекули неелектролітів та поганорозчинні сполуки наводять у недисоційованому (молекулярному) вигляді.

Наведемо декілька прикладів складання іонно-молекулярних рівнянь і проаналізуємо причину здійснення процесу у кожному випадку.

При взаємодії розчину аргентуму нітрату з розчином кальцію хлориду утворюється поганорозчинна сіль AgCl. Така реакція здійснюється як необоротна, тому що з двох розчинних сильних електролітів утворюється малорозчинна сполука AgCl, а концентрації у розчині незв’язаних іонів [Ag⁺] та [Cl^] стають значно меншими, ніж в насиченому розчині солі.

Молекулярне рівняння

сіль сіль сіль сіль

2AgNO₃ + CaCl₂ = 2AgCl↓ + Ca(NO₃)₂;

розч.сильн. розч.сильн. поганорозч. розч.сил

ел-т ел-т слабкий.ел-т ел-т

повне іонно-молекулярне рівняння

2Ag⁺ + 2NO₃^ + Ca²⁺ + 2Cl^ = 2AgCl↓ + Ca²⁺ + 2NO₃^;

скорочене іонно-молекулярне рівняння

Ag⁺ + Cl^ = AgCl↓.

При змішуванні розчинів сильних кислот з розчинами солей слабких кислот утворюються малодисоційовані розчинні сполуки або гази. Так, взаємодія розчину сульфатної кислоти з натрію ацетатом призводить до утворенням слабкого електроліту – ацетатної кислоти:

кислота сіль сіль кислота

Н₂SO₄ + 2NaCH₃COO = Na₂SO₄ + 2CH₃COOH

розч. розч. розч. розч.

сильн. сильн. сильн. слабкий

ел-т ел-т ел-т ел-т

2H⁺ + SO₄^2 + 2Na⁺ + 2CH₃COO^ = 2Na⁺ + SO₄^2 + 2CH₃COOH

H⁺ + CH₃COO^ = CH₃COOH

При взаємодії натрію гідрокарбонату з хлоридною кислотою утворюється нестійка карбонатна кислота (Н₂СО₃), яка розкладається на газ-неелектроліт СО₂ та Н₂О:

кисла сіль кислота середня сіль

NaHCO₃ + HCl = NaCl + CO₂↑+ H₂O

розч. розч. розч. газ слабкий

сильн. сильн. сильн. ел-т

ел-т ел-т ел-т

Na⁺ + HCO₃^ + H⁺ + Cl^- = Na⁺ + Cl^- + CO₂↑ + H₂O

малодис. газ слабкий

частинка ел-т

HCO₃^ + H⁺ = CO₂ + H₂O

У наведеному прикладі у взаємодію вступає малодисоційована частинка НСО₃^, а продукт реакції Н₂О є ще слабшим електролітом. Про це свідчить порівняння відповідних констант дисоціації:

K_д(HCO₃^) = 4,810^11 > K_д(H₂O) = 1,810^16.