тема 5. суміші Речовин. РоЗчини

Тема 5. Суміші речовин. Розчини

Перевірте свої знання

Виконайте тест 9. На його виконання відводиться 15 хвилин. Під час роботи над тестом не можна користуватися словниками, підручниками, посібниками, довідниками тощо.

тест 9 (вступний)

1. Укажіть правильне закінчення твердження – «Електронегативність елементів у підгрупах знизу вгору…»

Бзростає Г спочатку зростає, а потім зменшується

2.Укажіть електроліти:

3. Укажіть правильне закінчення речення: «Для того щоб ненасичений водний розчин солі зробити насиченим, необхідно…»:

А додати води В профільтрувати його Б додати солі Г додати солі й води

4. Установіть відповідність між формулами речовин і їхніми продуктами дисоціації у водному роз-

6. Обчислити, яку масу солі необхідно взяти для приготування 400 г розчину з масовою часткою солі 5%.

теоретична частина

Речовин в індивідуальному стані в природі практично не існує. Вони змішані одна з одною й утворюють суміші та розчини. Сумішами є морська й газована вода, молоко й сік, граніт і сталь.

Уявлення про суміші й чисті речовини мали ще давньогрецькі вчені. Згідно із цими уявленнями,

чиста речовина складається із часток одного виду, а суміші складаються з різних частинок. Отже, чиста речовина складається з однакових молекул, а суміші — з різних.

Навіть ті речовини, які називають чистими, містять сторонні частинки інших речовин —

домішки.

Суміші в яких компоненти неможливо виявити спостереженням називаються однорідними.

35

www.e-ranok.com.ua

тема 5. суміші Речовин. РоЗчини

Суміші, я яких компоненти можна виявити спостереженням називаються неоднорідними. Деякі суміші цього типу мають загальні назви. Неоднорідну суміш рідини газу називають піною. Добро струшену суміш двох рідин, які не розчиняються одна в одній називають емульсією. Якщо перемішати рідину і з нерозчинною в ній, добро подрібненою твердою речовиною отримаємо суспензією. Туман – дисперсна система де середовище повітря, а роздроблені частинки – дрібні каплі рідини, ця система відноситься до аерозолів. У суміші всі речовини (компоненти) зберігають свої властивості.

методи розділення сумішей

Розчини — це однорідні (гомогенні) суміші змінної структури, що складаються з кількох компонентів та продуктів їхньої взаємодії.

Компонент розчину, що перебуває в тому ж агрегатному стані, що й розчин, називають розчинником (або дисперсійним середовищем), а інші компоненти називають розчиненими речовинами (або дисперсійною фазою). Якщо розчин складається із суміші двох рідин, то розчинником називають ту речовину, якої більше. А якщо одним із компонентів є вода, то, незалежно від її вмісту, зазвичай у таких випадках розчинником називають воду.

Розчинність — це властивість речовини розчинятися у воді або в якомусь іншому розчиннику.

За розчинністю речовини поділяють на розчинні, малорозчинні й нерозчинні. Однак слід зазначити, що абсолютно нерозчинних речовин не існує.

Розрізняють концентровані і розбавлені розчини. У розбавленому розчині міститься значно більше розчинника ніж розчиненої речовини, а в концентрованому – навпаки. Насичений розчин – це розчин у якому за певних умов порція речовини більше не розчиняється, а якщо ще можна розчинити порцію речовини – ненасичений.

Дуже часто при кристалізації деякі речовини не встигають (або їм це енергетично невигідно) позбуватися своєї оболонки з молекул води й кристалізуються разом з водою. Такі речовини називають кристалогідратами. Існування кристалогідратів є одним з доказів існування процесу сольватації.

36

www.e-ranok.com.ua

тема 5. суміші Речовин. РоЗчини

Кристалічні речовини, до складу яких входить певне число молекул кристалізаційної води, називають кристалогідратами.

Багато кристалогідратів мають власні назви. Наприклад, п’ятиводний купрум(ІІ) сульфат CuSO4 5H2O називають мідним купоросом, десятиводний натрій сульфат Na2SO4 10H2O — глауберовою сіллю, семиводний ферум(ІІ) сульфат FeSO4 7H2O — залізним купоросом, двохводний каль-

цій сульфат CaSO4 2H2O — гіпсом тощо.

Розчинність твердих і рідких речовин з підвищенням температури збільшується, а зі зниженням — зменшується. Для газуватих речовин характерна зворотна залежність: із підвищенням температури їхня розчинність зменшується, а зі зниженням — збільшується.

На розчинність речовин також впливає й зовнішній тиск. Оскільки при розчиненні твердих і рідких речовин загальний об’єм суттєво не змінюється, то зміна тиску на розчинність таких речовин майже не впливає. А при розчиненні газів загальний об’єм змінюється істотно, унаслідок чого при підвищенні тиску розчинність газів збільшується, а при зниженні — зменшується.

Масова частка розчиненої речовини (w) — це величина, що дорівнює відношенню маси розчиненої речовини до маси розчину.

Масова частка — величина безрозмірна й зазвичай виражається у відсотках.

Усі речовини можна розділити на електроліти та неелектроліти. Електроліти — це речовини, роз чини або розплави яких проводять електричний струм. Розчини й розплави неелектролітів електрич-

ний струм не проводять.

До електролітів відносять речовини з йонною будовою, а також речовини з полярним ковалентним зв’язком: більшість солей, кислот, основ та деякі оксиди. До неелектролітів відносять багато органічних сполук, зокрема цукор, спирти тощо.

Електролітична дисоціація йонних сполук є фактично процесом руйнування кристалічної ґратки, який можна описати таким рівнянням:

{Na+ Cl− }n крист → nNaр+ р + nClр– р .

Утім, для спрощення електролітичну дисоціацію описують так:

NaCl → Na+ + Cl−.

Електролітична дисоціація — це процес розпаду молекул на йони (позитивно заряджені катіони й негативно заряджені аніони) при розчиненні за рахунок додаткової поляризації ковалентного полярного зв’язку під дією молекул розчинника.

При дисоціації кислот утворюються катіони Гідрогену й аніони кислотних залишків. Рівняння електролітичної дисоціації кислот має такий вигляд:

HCl H+ + Cl−,

H3PO4 3H+ + PO34−.

Таким чином, з погляду теорії електролітичної дисоціації Арреніуса, кислотами називають сполуки, під час дисоціації яких утворюються йони Гідрогену.

Наявність йонів Н+ у водний розчинах зумовлює спільні хімічні властивості кислоти. Наприклад, однакову дію на індикатори лакмус-червоний; метилоранж – рожевий, фенолфталеїн – безбарвний; універсальний індикатор – помаранчево-червоний.

37

www.e-ranok.com.ua

тема 5. суміші Речовин. РоЗчини

Слід також зазначити, що дисоціація багатоосновних кислот відбувається ступінчасто, тобто йони Гідрогену відщеплюються від молекул багатоосновних кислот по одному:

H2SO4 H+ + HSO4−,

HSO4− H+ + SO24−.

При дисоціації основ утворюються катіони металів і гідроксид-аніони. Рівняння електролітичної дисоціації основ має такий вигляд:

Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH−,

NaOH Na+ + OH−.

Наявність йонів ОН– у водний розчинах лугів зумовлює спільні хімічні властивості цих сполук. Луги однаково діють на певні індикатори: фенолфталеїн – малиновий; фенол фталеїн – жовтий; лакмус – синій, універсальний індикатор – синьо-зелений.

Дисоціація багатокислотних основ (окрім гідроксидів Барію, Стронцію й Кальцію) також відбувається ступінчасто, тобто гідроксид-іони відщеплюються по одному:

Mg(OH)2 MgOH+ + OH−,

MgOH− Mg2+ + OH− .

При дисоціації солей утворюються катіони металів та аніони кислотних залишків. Рівняння електролітичної дисоціації солей має такий вигляд:

Na2SO4 → 2Na+ + SO24− ,

Cr(NO3 )3 → Cr3+ + 3NO3− .

В нейтральному середовищі колір індикаторів: лакмус – фіолетовий; метилоранж – жовтогарячий, фенол фталеїн – безбарвний. Універсальний індикатор – жовто-зелений.

Окрім середніх солей, дисоціація яких описана вище, ще існують кислі та основні солі. При дисоціації кислих солей у розчинах також з’являються йони Гідрогену, а при дисоціації основних солей — гідроксид-іони. Наприклад,

NaHCO3 → Na+ + HCO3− → Na+ + H+ + CO23− ,

Mg(OH)Br → MgOH+ + Br− → Mg2+ + OH− + Br− .

Усі електроліти поділяють на сильні та слабкі. Сильні електроліти в розчинах дисоціюють повністю, а слабкі — частково, тобто частина молекул залишається в недисоційованому стані. До сильних електролітів відносять усі солі (за незначним винятком), луги (гідроксиди лужних металів, а та-

кож Барію, Стронцію й Кальцію) та деякі кислоти (HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4(розб) ). Інші електроліти відносять до слабких.

Силу електролітів можна пояснити ступенем йонності зв’язку, що підлягає розриву при дисоціації. Ступенем дисоціації α називають відношення числа молекул, що розпалися на йони (продисоційо-

ваних), до загального числа розчинених молекул.

Ступінь дисоціації також є характеристикою, за якою можна визначити, є електроліт сильним чи слабким. Так, якщо ступінь дисоціації електроліту в 0,1 М розчині більший 30%, то його відносять до сильних електролітів, а якщо менший 3% — до слабких. Електроліти, в яких ступінь дисоціації має проміжні значення, відносять до електролітів середньої сили.

38

www.e-ranok.com.ua

тема 5. суміші Речовин. РоЗчини

Йонні рівняння реакцій

При складанні йонних рівнянь реакцій слід дотримуватися такого алгоритму:

1.Скласти молекулярне рівняння реакції (усі речовини — реагенти й продукти — записують у вигляді молекул) і розставити в ньому коефіцієнти:

H2SO4 +2KOH → K2SO4 +2H2O.

2.Скласти повне йонне рівняння реакції. Для цього замість запису молекул усіх речовин, які є сильними електролітами, слід записати йони, у вигляді яких вони існують у розчинах, з урахуванням розставлених коефіцієнтів. Так, у даному разі сильними електролітами є всі речовини, окрім води. Тому замість молекули сульфатної кислоти записуємо йони, на які вона дисо-

ціює в розчині, тобто H+ і SO24− , замість калій гідроксиду — K+ та OH —, замість калій сульфату — K+ і SO24− . Вода є дуже слабким електролітом, тому її записують у молекулярній формі. Одержуємо:

2H+ + SO24− + 2K+ + 2OH− → 2K+ + SO24− + 2H2O .

3.Скласти скорочене йонне рівняння реакції (іноді його називають йонно-молекулярним рівнянням реакції). Для цього в повному йонному рівнянні необхідно скоротити в лівій і правій частинах рівняння однакові йони. У нашому випадку однаковими є йони SO24− та K+. Одержуємо:

2H+ + 2OH− → 2H2O.

У разі потреби можна ще скоротити кратні коефіцієнти в рівнянні:

H+ + OH− → H2O.

Згідно із теорією дисоціації, можливі два варіанти протікання реакцій обміну в розчинах:

а) утворювані речовини — сильні електроліти, добре розчинні у воді й повністю дисоціюються на йони;

б) одна (або кілька) з утворюваних речовин — газ, осад (речовина, яка погано розчиняється у воді) або слабкий електроліт (добре розчинний у воді).

BaCl2 + H2SO4 → BaSO4 ↓ + 2HCl.

У йонній формі рівняння матиме такий вигляд:

Ba2+ + 2Cl− + 2H+ + SO24− → BaSO4 ↓ +2H+ + 2Cl−

Ba2+ + SO24− → BaSO4 ↓.

Таким чином, якщо в результаті реакції одна з речовин вилучається зі сфери реакції, то реакція обміну відбувається повністю. Це можливо, якщо одним із продуктів реакції є: 1) слабкорозчинний газ, який виділяється з розчину; 2) слабкорозчинна речовина, що випадає в осад; 3) слабкодисоційована речовина (слабкий електроліт) — слабкі кислоти, вода. У іншому разі реакція не відбувається, а утворюється суміш йонів.

Розглянемо, як виконують завдяння по складанню молекулярного рівняння, яке відповідає скороченому йонно-молекулярному.

Н+ + ОН– = Н2О.

Оскільки в лівій частині записані формули йонів, то їм відповідають сильні електроліти. Підбираємо до цих йонів протилежні за знаком йони, і в праву і в ліву частину рівняння

Н+ + Сl– + Na+ + OH = H2O + Сl– + Na+.

З´єднаємо йони у формули відповідних сполук

HCl + NaOH = NaCl + H2O.

39

www.e-ranok.com.ua

тема 5. суміші Речовин. РоЗчини

Приклади розв’язання задач

Задачі на розчини

Задача 5.1. Визначте масу натрій хлориду та води, необхідних для приготування 200 г розчину з масовою часткою солі 20%.

m(NaCl) = w(NaCl) ∙ m(розчину); m(NaCl) = 0,2 ∙ 200 г = 40 г .

2. Визначаємо масу води:

m(H2O) = m(розчину) – m(NaCl); m(H2O) = 200 г – 40 г = 160 г.

Відповідь: для приготування розчину необхідно взяти 40 г натрій хлориду та 160 г води.

Задача 5.2. У воді об’ємом 450 мл (густина 1 г/мл) розчинили сіль масою 15 г. Визначте масову частку солі в отриманому розчині.

Відповідь: масова частка солі в цьому розчині складає 3,23%

Задача 5.3. Визначте об’єм води, в якій слід розчинити 75 г мідного купоросу для одержання розчину з масовою часткою купрум(ІІ) сульфату 2%.

40

www.e-ranok.com.ua

3. Визначимо масу води:

m(H2O) = m(розчину) – m(CuSO4 ∙ 5H2O); m(H2O) = 2400 г – 75 г = 2325 г.

4. Визначимо об’єм води:

Відповідь: V(H2O) – 2,325 л.

виконайте контрольний тест

На його виконання відводиться 15 хвилин. Під час роботи над тестом не можна користуватися слов никами, підручниками, посібниками, довідниками тощо.

тест 10 (контрольний)

1. Позначте йон, який змінює забарвлення лакмусу на червоне:

2. Укажіть правильне закінчення речення: «Для того щоб концентрований водний розчин солі зро-

4. Установити відносність між хімічним елементом та зарядом йону, який він може утворити:

5. Розташуйте речовини в порядку зростання масової частки солі, якщо взяти співвідношення маси

6. Змішали 100 г розчину з масовою часткою солі 0,2 та 50 г розчину з масовою часткою цієї ж солі 0,32. Визначити масову частку речовини в добутому розчині.

41

www.e-ranok.com.ua