3.1.3.3. Равновесия в растворах электролитов

Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ в растворах. Типы реакций в растворах с участием ионов. Реакции с участием и образованием слабодиссоциирующих электролитов. Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Термодинамические характеристики диссоциации воды. Водородный показатель. Индикаторы. Гидролиз и сольволиз. Типы гидролиза. Необратимый гидролиз. Степень и константа гидролиза. Влияние концентрации и одноименных ионов.

Окислительно-восстановительные реакции. Сущность процесса окисления – восстановления. Окислители, восстановители. Количественные характеристики окислителей и восстановителей. Эквивалент окислителя и восстановителя. Окислительно-восстановительный потенциал. Направление окислительно-восстановительных реакций. Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций (метод электронного баланса, электронно-ионный метод). Влияние среды на процесс окисления – восстановления.

2. Реакции равновесия на границе раздела фаз: твердое вещество - жидкость (раствор)

1. . Процессы образования и растворения осадков

Равновесие между малорастворимым ионным кристаллом и его насыщенным раствором. Произведение растворимости. Влияние одноименного иона на растворимость.

2. . Процессы на границе раздела металл - раствор

Электродные процессы. Равновесие металл – раствор. Двойной электрический слой. Электродные (окислительно-восстановительные) потенциалы. Ряд напряжений. Теоретическое обоснование расположения металлов в ряду напряжений. Стандартный водородный электрод. Стандартные потенциалы. Зависимость электродного потенциала от температуры и концентрации раствора. Уравнение Нернста. Направление равновесных электродных процессов.

3. . Электрохимические системы

Классификация электрохимических систем. Химические источники энергии (тока) (гальванические элементы). Термодинамика гальванического элемента. Электродвижущая сила химического источника тока. Типы гальванических элементов: физические, концентрационные, химические. Использование концентрационных цепей для определения рН растворов, степени и константы диссоциации электролитов. Обратимость окислительно-восстановительных реакций на электродах. Аккумуляторы. Поляризация электродов и перенапряжение. Электролиз. Порядок протекания электродных реакций при электролизе.

Коррозия. Виды коррозии. Химическая коррозия. Термодинамика химической коррозии. Биохимическая коррозия. Электрохимическая коррозия и электрокоррозия. Способы защиты от коррозии. Химические и электрохимические методы.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Курс химии / Под ред. Н.В.Коровина, 2-е изд. М.: Высш. шк., 1990.

2. Романцева Л.М., Лещинская З.Л., Суханова В.А. Сборник задач и упражнений по общей химии. М.: Высш. шк., 1991

3. Лучинский Г.П. Курс химии. - М.: Высш. шк., 1985

4. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. - Л.: Химия, 1985.

Дополнительная

1. Зайцев О.С. Общая химия. Направление и скорость химических процессов. Строение вещества. М.: Высш. шк., 1983.

2. Зайцев О.С. Общая химия. Состояние веществ и химические реакции. М.: Химия, 1990.

При написании данных методических указаний частично использованы программа, методические указания и контрольные задания под ред. И.Л. Шимановича. М.: Высш. шк., 1986.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билета (шифра). Например, номер студенческого билета 86524, две последние цифры 24, им соответствует вариант контрольного задания 24.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ СООТНОШЕНИЯ ХИМИИ

Любое вещество состоит из формульных (структурных) единиц или частиц (ФЕ). Формульные единицы в химии – это реально существующие частицы, такие как атомы, молекулы, ионы, радикалы, условные молекулы или другие частицы вещества. Количество вещества n_В – физическая величина, пропорциональная числу формульных единиц этого вещества (N_ФЕ);

где N_A – постоянная Авогадро. Единица количества вещества – моль.

Моль – это количество вещества, содержащее столько формульных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода .

Кроме формульных единиц в химии применяют такое понятие, как “эквиваленты”. В некоторых химических реакциях условно принимает участие не целая формульная единица, а лишь ее часть, называемая эквивалентом. Эквиваленты – условные частицы вещества, в Z_B раз меньше, чем соответствующие или формульные единицы: . Число Z_B называют эквивалентным числом, Z_B1. Число Z_B является безразмерным и определяется химической реакцией, в которой данное вещество участвует.

Эквивалент (Э) – это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образом эквивалентна одному иону водорода в обменных реакциях или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции. Эквивалент – безразмерная величина.

Количество вещества эквивалентов В, символ n_эк(В): . Единица измерения – моль. Так как в одной формульной единице вещества В может содержаться Z_B эквивалентов этого вещества, то N_эк(B)= Z_BN_ФЕ. Отсюда n_эк(B)= Z_Bn_В.

Масса атома любого элемента равна произведению его относительной атомной массы на атомную единицу массы:

m_Э=A_r(а.е.м.) (см. табл. П1)

m_{(молекулы)}=М_r(а.е.м.).

Молярная масса вещества В (символ М_В, единица измерения г/моль) – это масса одного его моля или масса вещества В (символ m_B), деленная на количество вещества, n_B: M_B=m_B/n_B. Термин “молярная масса” относится не только к массе моля молекул, но и к массе моля атомов, ионов, радикалов.

Молярная масса эквивалентов вещества В (символ М_ЭК(В), единица измерения – г/моль) – это отношение массы вещества В(m_B) к количеству вещества эквивалентов В(n_эк(B)): M_ЭК(В)=m_B/n_ЭК(B).

Так как n_эк(B)=Z_Bn_В, то M_эк(B)=M_B/Z_В.

Молярная масса эквивалентов вещества В в конкретной химической реакции всегда в Z_B раз меньше молярной массы этого же вещества.

Для решения практических задач в химии молярные массы эквивалентов можно рассчитывать по следующим формулам:

В – валентность.

Если молекула простого вещества состоит из n атомов, то .

Z – основность кислоты;

Z – кислотность основания;

Z=nB (n – число атомов металла, В – его валентность);

Z=nB (n – число атомов элемента, В – его валентность).