Решение типовых задач

Задача 1. Составьте уравнение электролитической диссоциации веществ: H₂CO₃, Mg(OH)₂ и Mg(HCO₃)₂. Для слабых электролитов напишите выражение констант диссоциации.

Решение. Количественной мерой силы электролита является константа диссоциации и чем она меньше, тем слабее электролит. Угольная кислота и гидроксид магния – слабые электролиты, диссоциируют в две ступени. Каждая ступень диссоциации характеризуется своей константой (см. табл. 4.2.1)

Для Н₂СО₃:

1. H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^- , = 4,5 · 10^-7

2. HCO₃^- ↔ H⁺ + CO₃^2- , = 4, 7 · 10^-11

Таблица 4.2.1

Константы диссоциации некоторых слабых электролитов при 25оС

Вещество	Формула	КI	КII		КIII
Вода	H2O	1,82 · 10-16		-	-
Кислоты
Азотистая	HNO2	5,1 · 10-4		-	-
Борная	H3BO3	5,8 · 10-10		1,8 · 10-13	1,6 · 10-14
Кремниевая	H2SiO3	2,2 · 10-10		1,6 · 10-12	-
плавиковая	HF	6,8 · 10-4	-		-
Сернистая	H2SO3	1,7 · 10-2	6,2 · 10-8		-
Сероводородная	H2S	1,0 · 10-7	1,0 · 10-14		-
Синильная	HCN	6,2 · 10-10	-		-
Угольная	H2CO3	4,5 · 10-7	4,8 · 10-11		-
Уксусная	CH3COOH	1,8 · 10-5	-		-
Фосфорная	H3PO4	7,6 · 10-3	6,2 · 10-8		4,2 · 10-13
Основания
Гидроксид
аммония	NH4OH	1,79 · 10-5	-		-
алюминия	Al(OH)3	-	-		1,38 · 10-9
железа (II)	Fe(OH)2	-	1,82 · 10-11		-
кальция	Ca(OH)2	-	4,3 · 10-2		-
магния	Mg(OH)2	-	2,6 · 10-3		-
марганца	Mn(OH)2	-	5,0 · 10-4		-
меди (II)	Cu(OH)2	-	3,4 · 10-7		-
никеля	Ni(OH)2	-	2,5 · 10-5		-
свинца (II)	Pb(OH)2	9,6 · 10-4	3,0 · 10-8		-
хрома (III)	Cr(OH)3	-	-		1,02 · 10-10
цинка	Zn(OH)2	-	4,0 · 10-5		-

Таблица 4.2.2

Растворимость некоторых солей и оснований в воде

(р – растворимое вещество, м – малорастворимое, н – практически нерастворимое; прочерк означает, что вещество не существует или разлагается водой.)

КАТИОНЫ

А Н И О Н Ы

Cl-

Br-

I-

NO3-

S2-

SO32-

SO42-

CO32-

SiO32-

CrO42-

PO43-

CH3COO-

OH-

Li+

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

н

р

р

NH4+

р

р

р

р

-

р

р

р

-

р

р

р

-

Na+,K+

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

Mg2+

р

р

р

р

р

н

р

н

н

р

н

р

н

Ca2+

р

р

р

р

м

н

м

н

н

м

н

р

м

Ba2+

р

р

р

р

р

н

н

н

н

н

н

р

р

Zn2+

р

р

р

р

н

н

р

н

н

н

н

р

н

Cr3+

р

р

р

р

-

-

р

-

н

р

н

р

н

Fe2+

р

р

р

р

н

н

р

н

н

-

н

р

н

Fe3+

р

р

р

р

н

н

р

н

н

-

н

р

н

Cu2+

р

р

р

р

н

н

н

н

н

н

р

н

Ag+

н

н

н

р

н

н

м

н

н

н

н

р

-

Sn2+

р

р

р

-

н

-

р

-

-

-

н

р

н

Pb2+

м

м

н

р

н

н

н

н

н

н

н

р

н

Bi3+

-

-

-

р

н

н

-

н

-

н

н

-

н

Al3+

р

р

р

р

-

-

р

-

н

-

н

м

н

Mn2+

р

р

р

р

н

н

р

н

н

н

н

р

н

Для Mg(OH)₂:

1. Mg(OH)₂ ↔ MgOH⁺ + OH^- , ;

2. MgOH⁺ ↔ Mg²⁺ + OH^- , = 2,5 · 10^-3

Соли – сильные электролиты, в воде полностью распадаются на основной и кислотный остаток, константы диссоциации для них не имеют смысла:

Mg(HCO₃)₂ ↔ Mg²⁺ + 2 HCO₃^- .

Задача 2. Степень диссоциации сульфата алюминия в его I M растворе 0,75. Найдите молярную концентрацию ионов алюминия и сульфат-ионов в растворе.

Решение. Степень электролитической диссоциации (α) – отношение числа продиссоциированных молекул сульфата алюминия к общему числу его молекул. В нашем примере:

α = [Al₂ (SO₄)₃]_дисc./ [Al₂ (SO₄)₃]_общ.;

0,75 = [Al₂ (SO₄)₃]_дисc. / 1 ;

следовательно [Al₂ (SO₄)₃]_дисс. = 0,75 моль.

Из уравнения диссоциации сульфата алюминия

Al₂(SO₄)₃ ↔ 2 Al³⁺ + 3 SO₄^2-

видно, что I моль соли распадается на 2 моль ионов Al³⁺ и 3 моль ионов SO₄^2-. Следовательно, при диссоциации 0,75 моль Al₂(SO₄)₃ образуется 1,5 моль ионов Al³⁺ и 2,25 моль ионов SO₄^2-.

Задача 3. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между BaCl₂ и Na₂SO₄, Na₂CO₃ и H₂SO₄, CH₃COONa и HCl, Fe(OH)₃ и HNO₃.

Решение. В растворах электролитов реакции происходят между ионами и только в том случае, если в результате взаимодействия образуют труднорастворимые (см. табл.4.2.2), газообразные соединения или слабые электролиты. При составлении ионно-молекулярных уравнений эти соединения записывают в молекулярной форме, сильные растворимые электролиты – в виде ионов.

В нашем случае:

BaCl₂ + Na₂SO₄ →BaSO₄ + 2 NaCl

Ba²⁺ + 2 Cl^- + 2 Na⁺ + SO₄^2- →BaSO₄↓ + 2 Na⁺ + 2 Cl^-,

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓.

Реакция возможна, так как она сопровождается образованием труднорастворимого соединения BaSO₄.

Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑

2 Na⁺ + CO₃^2- + 2 H⁺ + SO₄^2- → 2 Na⁺ + SO₄^2- + H₂O + CO₂↑

2 H⁺ + CO₃^2- → H₂O + CO₂↑.

Реакция протекает, так как сопровождается образованием газообразного соединения CO₂.

CH₃COONa + HCl → CH₃COOH + NaCl,

CH₃COO^- + Na⁺ + H⁺ + Cl^1- → CH₃COOH + Na⁺ + Cl^1-,

CH₃COO^- + H⁺ → CH₃COOH.

В результате этой реакции образуется слабый электролит CH₃COOH.

Fe(OH)₃ + 3 HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3 H₂O

Fe(OH)₃ + 3 H⁺ + 3 NO₃^- → Fe³⁺ + 3 NO₃^-+ 3 H₂O

Fe(OH)₃ + 3 H⁺ → Fe³⁺ + 3 H₂O.

Реакция обратима, так как и среди исходных веществ, и среди продуктов реакции есть слабые электролиты, связывающие ионы ОН^1-.