Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1327 вузов, 5495 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Башкирский Государственный Аграрный Университет
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

А ты хочешь знать химию. Учебно-справочное пособие для старшеклассников и абитуриентов

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
06.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
предыдущих теориях. Так например, в понятие «основание» входят не только гидроксиды металлов, но и аммиак и вода. В объём этих понятий входят не только вещества, взаимо­действующие в растворах.
В качестве примера рассмотрим образование хлорида
аммония в газовой фазе из аммиака и хлороводорода:
NH
+ НCl = NH4Cl
3
В молекуле аммиака у азота имеется свободная неподелён­ная электронная пара. В момент соударения с молекулой НCl от неё может отщепиться на мгновение протон Н
+
, имеющий свободную орбиталь. Если протон сталкивается с молекулой NH
, возникает донорно-акцепторное взаимодействие. Сво-
3
бодная электронная пара атома азота превращается в общую электронную пару, связывающую столкнувшиеся частицы в единый сложный ион NH разуется NH
Cl — хлорид аммония. Следовательно, амми-
4
+
. Этот ион притягивает ион Cl– и об-
4
ак — донор электронной пары — основание, а хлороводо­род — кислота, так как отщепившийся от кислоты протон — акцептор электронной пары. Здесь приведены и рассмотрены в упрощённой форме лишь наиболее распространённые из извест­ных теорий кислот и оснований. Как видим накопление знаний заставляло химиков не единожды пересматривать представле­ние о кислотах и основаниях и уточнять их. Этот процесс не за­кончился и сейчас, да вряд ли когда-нибудь кончится. Позна­ние окружающего мира — процесс бесконечный.
Посмотрим, как менялись наши представления о кисло­тах и об основаниях, по мере накопления знаний, получен­ных в процессе изучения школьного курса химии. В первый год обучения химии мы знакомились с кислотами и основа­ниями на основе атомно-молекулярного учения и с этой точки зрения давали определение, уделяя внимание, главным обра­зом, составу вещества:
Кислота — это сложное вещество, молекулы которого состоят из водорода, способного замещаться и обмениваться на металл, и кислотного остатка.
Основание — это сложное вещество, молекулы которого состоят из атомов металла, соединённых с одной или несколь­кими гидроксогруппами в зависимости от валентности ме­талла.
Затем узнали, что вещества имеют не только молекуляр­ное строение, но и ионное, и атомное строение. Ознакомились с теорией электролитической диссоциации (ТЭД), и с точки
191
зрения ТЭД понятия кислоты и основания определяются сле­дующим образом:
Кислота — это электролит, который при диссоциации в водном растворе образует ион водорода как единственный вид катиона.
Основание — это электролит, который при диссоциации в водном растворе образует гидрксид-ион как единственный вид аниона.
С точки зрения протолитической теории:
Кислота — это протолит, который отщепляет от себя протон.
Основание — это протолит, который присоединяет к себе протон.
И, наконец, с точки зрения электронной теории кислот и оснований:
Кислота — это вещество-акцептор, которое способно при­нять электронную пару для образования химической связи.
Основание — это вещество-донор, которое способно от­дать электронную пару для образования химической связи.
Вывод: любое понятие по мере накопления знаний о нём меняется постоянно как по объё­му, так и по содержанию. Так, мы увидели, что после появления протолитической и электронной теорий кислот и оснований к понятию «основание» относят не только веще­ства, содержащие гидроксогруппу, но и такие вещества, как аммиак и ему подобные соединения, и даже ионы (например, гидроксид-ион в реакции нейтрализации).
Вопросы и задания по теме «Теории кислот и оснований»:
1. Что такое кислота с точки зрения атомно-молекулярного учения?
2. Что такое основание с точки зрения атомно-молекулярного учения?
3. Что такое кислота с точки зрения теории электролитической
диссоциации?
4. Что такое основание с точки зрения теории электролитической
диссоциации?
5. В каком году и кем была предложена теория электролитиче-
ской диссоциации?
6. Что собой представляет ион водорода? ( В чём заключается особен-
ность строения иона водорода? Что такое «голый» протон и почему
его так называют? Чем отличается ион водорода от других ионов?)
7. В каком году и кем была предложена протолитическая теория?
8. В чём состоит суть протолитической теории?
192
Таблица 17
–
–
2
Основание – это сложное вещество, в состав молекул которого
входит одна или несколько гидроксогрупп в зависимости от ва-
лентности металла.
NaOH, Cu(OH)
Теории кислот и оснований
С точки зрения атомно-молекулярного учения
+ OH
+
Основание – это электролит, который при диссоциации в водном
растворе образует гидроксид-ионы как единственный вид анио-
на.
NaOH Na
С точки зрения протолитической теории
С точки зрения теории электролитической диссоциации
–
+ OH
+
4
O NH
2
+ H
3
+ OH
+
.. ...... ..
Основание – это вещество-донор, которое способно отдать элек-
аммония
NH
основание кислота ион гидроксид-ион
веществом и только по отношению к другому веществу
–
+ Cl
+
О
3
Протолитическая теория предложена датским учёным И.Н. Бренстедом в 1923 году
С точки зрения электронной теории кислот и оснований
тронную пару для образования химической связи.
H H
H:N: + :O:H H:N:H
аммиак вода
H H H
донор акцептор ион гидроксид-ион
основание кислота аммония
–
+ Сl
+
..
..
Н
–
Теория электролитической диссоциации предложена шведским учёным Сванте Аррениусом в 1887 году
4
SO
2
Кислоты Основания
Кислота – это сложное вещество, в состав молекул которых вхо-
дит водород, способный замещаться или обмениваться на металл,
и кислотный остаток.
HCl, H
+ Cl
+
H
Кислота – это электролит, который при диссоциации в водном
растворе образует ионы водорода как единственный вид катио-
на.
HCl
О + HCl Н
2
основание кислота ион хлорид-ион
Кислота – это протолит, который отщепляет от себя протон Основание – это протолит, который присоединяет к себе протон
гидроксония
Н
193
Электронная теория кислот и оснований предложена американским учёным Г.Н. Льюисом в 1923 году
Вода – амфотерное соединение. Любое вещество становится кислотой или основанием только при взаимодействии с другим
..
Кислота – это вещество-акцептор, которое способно принять
электронную пару для образования химической связи
вода хлороводород
Н:О: + HCl Н:О:Н
донор акцептор ион хлорид-ион
основание кислота гидроксония
H
9. Что такое кислота с точки зрения протолитической теории?
10. Что такое основание с точки зрения протолитической теории?
11. Что такое протолиты?
12. Что можно сказать о воде с точки зрения протолитической тео-
рии?
13. Какой важный вывод можно сделать о свойствах веществ с
точки зрения протолитической теории?
14. Когда и кем была предложена электронная теория кислот и
оснований?
15. В чём состоит суть электронной теории кислот и оснований?
16. Что такое донор в свете электронной теории кислот и оснований?
17. Что такое акцептор в свете электронной теории кислот и осно-
ваний?
18. Что такое кислота в свете электронной теории кислот и осно-
ваний?
19. Что такое основание в свете электронной теории кислот и
оснований?
20. Какой важный вывод можно сделать о понятиях «кислота» и
«основание» на основании того материала, который вы изучили в
школьном курсе химии?
21. Напишите уравнение реакции между аммиаком и азотной
кислотой. Докажите, что аммиак — это основание с точки зрения
протолитической теории и электронной теории Льюиса.
§ 8. Гидролиз солей
Известно, что индикаторы — лакмус, метилоранж явля­ются реактивами на ион водорода и гидроксид-ион. Испыта­ние растворов солей индикаторами показывает, что растворы таких солей, как например, хлорид натрия и нитрат калия — нейтральные и не изменяют окраску индикаторов, а раствор карбоната натрия — щелочной, т. е. в растворе есть гид­роксид-ионы, тогда как раствор сульфата алюминия — кис­лый, т. е. в растворе есть ионы водорода. Объясняется это тем, что соли не только растворяются в воде и диссоциируют на ионы, но и взаимодействуют с водой. Это явление получило название гидролиза.
Гидролиз (от греческих слов «гидро» — вода, «лизис» — разложение) — разложение вещества водой.
Гидролиз солей — один из важных примеров гидролиза веществ.
194
Причиной гидролиза солей является электролитическая диссоциация соответствующих солей и воды. Вода незначи­тельно диссоциирует на ион Н
+
и ОН-, и в процессе гидролиза один или оба из этих ионов могут «связываться» ионами соли, образуя слабые электролиты.
Гидролиз солей — это взаимодействие ионов соли с во-
дой, которое приводит к образованию слабого электролита.
При рассмотрении гидролиза солей необходимо прини-
мать во внимание следующее:
1. Сильный электролит — это электролит, который легко распадается на ионы; следовательно, связь между ионами слабая (непрочная); слабый электролит — это электролит, который с трудом распадается на ионы; следовательно, связь между ионами сильная (прочная).
2. Растворы бывают: нейтральные, кислые и щелочные — классификация растворов на основании соотношения ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе.
Растворы
нейтральные кислые щелочные
[Н+] = [ОН–]
концентрация ионов во­дорода равна концентра­ции гидроксид-ионов
[ Н+] > [ ОН–]
концентрация ионов во­дорода больше концен­трации гидроксид-ионов
[ Н+] < [ ОН–]
концентрация ионов водо­рода меньше концентра­ции гидроксид-ионов
3. Диссоциация веществ — процесс обратимый. К обра­тимым процессам применим принцип Ле Шателье: если на
систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо внешнее воздействие, то в системе усиливается та из двух обратимых реакций, которая оказывает действие, противоположное оказываемому воздействию.
Вода, хоть и в малой степени, но диссоциирует по
уравнению: Н
О Н+ + ОН–.
2
Как в любой обратимой реакции, в реакции диссоциации воды устанавливается химическое равновесие, которое может быть смещено в сторону разложения воды за счёт уменьшения концентрации ионов воды (ионов водорода или гидроксид­ионов). Уменьшение концентрации ионов воды может про­исходить в результате связывания ионов воды какими-нибудь ионами, находящимися в растворе как результат.
Если из системы будут каким-то образом выводиться гидроксид-ионы, например, в результате «связывания» их ионами соли, т. е. в растворе количество гидроксид-ионов будет уменьшаться, то в соответствии с принципом Ле Шателье
195
система будет увеличивать количество гидроксид-ионов за счёт смещения равновесия в сторону диссоциации воды — это значит, что всё больше и больше молекул воды будет разлагаться до ионов, но при этом гидроксид-ионы будут связываться ионами соли, а ионы водорода накапли ваться в растворе. Раствор будет кислым —
[ Н+] > [ ОН–], так как
концентрация ионов водорода будет больше, чем концентра­ция гидроксид-ионов. Концентрации веществ или ионов при химическом равновесии обычно обозначаются формулами, заключёнными в квадратные скобки.
Связывание ионов водорода также приводит к смещению равновесия в сторону диссоциации молекул воды, но в этом случае произойдёт накопление в растворе гидроксид-ионов, и раствор будет щелочным —
[ Н+] < [ ОН–], так как концентра-
ция гидроксид-ионов будет больше, чем концентрация ионов водорода.
Если в растворе присутствует соль, ионы которой не взаимодействуют с ионами воды, т. е. не происходит связы­вания ионов, то химическое равновесие не изменяется, кон­центрация ионов водорода равна концентрации гидроксид­ионов, и раствор — нейтральный —
[Н+] = [ОН–].
Для лучшего понимания данной темы будем рассматривать соль как продукт взаимодействия кислоты (источник кислотного остатка для образования соли) и основания (источник металла для образования соли).
На основании состава солей с указанием их происхожде­ния рассмотрим следующую классификацию солей:
1. Соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием. Например, сульфат меди CuSO ния AlCl
Сульфат меди CuSO
.
3
рассматриваем как соль, образован-
4
, хлорид алюми-
4
ную в результате взаимодействия сильной серной кислоты Н
, так как соль содержит кислотный остаток серной
2SO4
кислоты — сульфат SO
, и слабого основания Cu(ОН)2, так
4
как соль содержит металл Cu.
2. Соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием. Например, сульфид натрия Na
Сульфид натрия Na
ванную слабой сероводородной кислотой Н
S, карбонат калия К2СО3.
2
S рассматриваем как соль, образо-
2
S, так как соль
2
содержит кислотный остаток сероводородной кислоты — сульфид S, и сильного основания NaОН, так как соль содержит металл Na.
196
3. Соли, образованные сильной кислотой и сильным
основанием. Например, нитрат калия КNО
, хлорид натрия
3
NaCl.
Нитрат калия КNО сильной азотной кислотой НNО кислотный остаток азотной кислоты — нитрат NО
рассматриваем как соль, образованную
3
, так как соль содержит
3
, и сильно-
3
го основания KОН, так как соль содержит металл калий K.
4. Соли, образованные слабой кислотой и слабым
основанием. Например, сульфид алюминия Аl
Сульфид алюминия Аl
рассматриваем как соль,
2S3
образованную слабой сероводородной кислотой Н
.
2S3
S, так как
2
соль содержит кислотный остаток сероводородной кислоты — сульфид S, и слабого основания Аl(ОН)
, так как соль содержит
3
металл Аl.
Гидролиз солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием. Рассмотрим гидролиз таких солей на примере гидролиза хлорида алюминия AlCl
. Хлорид алюминия AlCl3 рассматриваем как
3
соль, образованную в результате взаимодействия сильной соляной кислоты НCl, так как соль содержит кислотный остаток соляной кислоты — хлорид Cl, и слабого основания гидроксида алюминия Al(ОН)
, так как соль
3
содержит металл Al.
Хлорид алюминия — растворимая соль, и при попадании в воду она диссоциирует по уравнению: AlCl
Al3+ + 3Cl–.
3
В результате диссоциации хлорида алюминия в растворе имеются ионы алюминия Al
3+
и хлорид-ионы Cl–. И в дальнейшем при рассмотрении гидролиза солей, поскольку рассматриваем тему в упрощённом варианте, будем указы­вать только виды ионов и не будем расставлять коэф­фициенты.
Так как гидроксид алюминия — слабый электролит, то связь между ионом алюминия и гидроксид-ионом — прочная, а это значит, что в процессе гидролиза происходит постепенное присоединение гидроксид-ионов к ионам алюминия — «связывание» гидроксид-ионов, и химическое равновесие в реакции диссоциации воды смещается в сторону образования ионов воды и идёт накопление ионов водорода.
3+
Al
+ НОН AlОН2+ + Н+; следовательно: [ Н
+
] > [ ОН–].
Итак, анионы соли в процессе не участвуют, происходит гидролиз по катиону.
Раствор хлорида алюминия и растворы подобных ей со­лей — кислые.
197
Соли, образованные слабой кислотой и
сильным основанием.
Рассмотрим гидролиз таких солей на примере карбоната калия K образованную слабой угольной кислотой Н содержит кислотный остаток — карбонат СО
Карбонат калия K2СО3 рассматриваем как соль,
2СО3.
, так как соль
2СО3
, и сильного
3
основания KОН, так как соль содержит металл калий K. Карбонат калия диссоциирует по уравнению:
K
2СО3
2K+ + СО
2–
.
3
Так как угольная кислота — слабый электролит, то связь между карбонат-ионом и ионом водорода — прочная; в процессе гидролиза происходит присоединение ионов водо­рода к кислотному остатку слабой кислоты — «связывание» ионов водорода и, следовательно, уменьшение их концент­рации и как результат — происходит дальнейший распад воды на ионы и накопление гидроксид-ионов в растворе.
2–
CО
+ НОН НCО
3
–
+ ОН–; следовательно:
3
[ Н+] < [ ОН–].
В данном случае происходит гидролиз по аниону, а катио­ны соли в процессе не участвуют.
Раствор карбоната калия и растворы подобных ей солей —
щелочные.
Следует обратить внимание, что гидролиз в 2-х рассмо­тренных случаях — обратимый процесс.
Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подверга- ются. Примером такой соли может быть хлорид натрия NaCl.
Хлорид натрия NaCl рассматриваем как соль, образован­ную сильной соляной кислотой, так как соль содержит кислотный остаток соляной кислоты — хлорид Cl, и сильного основания NaОН, так как соль содержит металл Na. В этом случае не происходит связывания ионов воды Н
+
, ОН– ни катионами и ни анионами соли, а значит и не нарушается химическое равновесие в реакции диссоциации воды, и концентрация ионов водорода остаётся равной концентрации гидроксид-ионов.
Na + Cl
–
+ НОН Na + Cl– + НОН; следовательно: [ Н
+
] =[ ОН–].
Раствор такой соли и ей подобной — нейтральный.
Соли, образованные слабой кислотой и сла-
бым основанием.
Сульфид алюминия Аl
— пример такой соли.
2S3
198
Сульфид алюминия Аl2S3 рассматриваем как соль, образо-
ванную слабой сероводородной кислотой Н
S, так как соль со-
2
держит кислотный остаток сероводородной кислоты — суль­фид S, и слабого основания Аl(ОН)
, так как соль содержит
3
металл Аl.
Сульфид алюминия диссоциирует в растворе по уравне-
нию:
Аl
2Al3+ + 3S2–.
2S3
Так как связь между ионом алюминия и гидроксид-ионом прочная, и связь между сульфид-ионом и ионом водорода тоже прочная, то происходит уменьшение концентраций, как ионов водорода, так и гидроксид-ионов, а это значит, что сме­щение химического равновесия происходит в сторону распада молекул воды на ионы. Происходит постоянное взаимодей­ствие обоих ионов воды с обоими ионами соли до тех пор, пока все ионы соли не провзаимодействуют с ионами воды.
3+
Al
+ S2– + НОН = Al(ОН)3 + Н2S Полный необратимый гидролиз идёт мгновенно и «до конца». Какой раствор (кислый или щелочной) образуется в ре-
зультате такого гидролиза зависит в этом случае от того, ка­кой из электролитов, образующих соль, сильнее. В таблице растворимости для подобных солей записана чёрточка, кото­рая говорит о том, что в растворе такая соль не существует — она подвергается гидролизу.
Вопросы и задания:
1. Что такое гидролиз соли?
2. Что является причиной гидролиза соли?
3. На какие ионы диссоциирует вода?
4. Что такое сильный электролит и какова в нём прочность связи между ионами?
5. Что такое слабый электролит и какова в нём прочность связи между ионами?
6. Какова классификация растворов на основании соотношения ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе?
7. Как читается принцип Ле Шателье?
8. Как можно сместить химическое равновесие диссоциации воды в сторону распада её молекул?
9. Какова классификация солей на основании их состава и проис­хождения? Приведите примеры солей на каждый тип соли, ука­занной вами классификации.
10. Какой раствор образуется в результате гидролиза сульфата меди?
199
11. Какой раствор образуется в результате гидролиза сульфида натрия?
12. Будет ли изменяться окраска индикатора в растворе нитрата калия? Почему?
13. Что будет происходить в растворе с сульфидом алюминия? По­чему?
14. Какого цвета будет лакмус (метилоранж) в растворе карбона­та натрия? Почему?
15. Какого цвета будет лакмус (метилоранж) в растворе сульфида калия? Почему?
16. Какого цвета будет лакмус (метилоранж) в растворе нитрата калия? Почему?
200
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности