Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая химия сборник упражнений. Для студентов-иностранцев. Учебное пособие
.pdf
131
3. Константа диссоциации азотистой кислоты
+
так как с(Н+) = c(NO
+
cc
K
=
×
c
-
).
2
-
)NO()(H
2
=
)(HNO
2
c
2
+
)H(
c
,
)(HNO
2
Концентрацию недиссоциированной (молекулярной) части
кислоты, если пренебречь диссоциированной частью, принимают
равной исходной концентрации электролита с(HNO2) = с
(HNO2).
исх.
Рассчитывают концентрацию ионов водорода
--
cKс
2
=××=×=
325
.моль/дм0007,010101,5)HNO()H(
Степень диссоциации можно также рассчитать по формуле
α = с(Н+) / с
(HNO2) = 0,0007 / 0,01 = 0,07.
исх.
Ответ: α = 0,07, с(Н+) = 0,0007 моль/дм3.
Контрольные задания
1. Составьте глоссарий: сильные и слабые электролиты –;
степень диссоциации –; константа диссоциации –; закон
разбавления Оствальда –; ионообменные реакции –.
2. Определите, какие реакции идут до конца, и напишите
уравнения реакций в молекулярном и ионном виде:
а) CaCl2 + K2SO4→ …; б) FeCl3 + KOH → …;
в) NaNO3 + RbOH → …; г) Zn(NO3)2 + LiCl → …;
д) Na2CO3 + H2SO4→ …; е) (NH4)2SO4 + KOH→ … .
3. Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном
виде между растворами следующих веществ:
а) NaHCO3 и HCl; б) Pb(CH3COO)2 и Na2S;
в) KHS и H2SO4; г) Zn(NO3)2 и KOH.
4. Рассчитайте константу диссоциации циановодородной
кислоты HCN, если степень ее диссоциации равна 2,8∙10-4 в
растворе с молярной концентрацией кислоты 0,01 моль/дм3.
5. Какова концентрация ионов Pb+2 и Cl- в растворе хлорида
свинца (II) с молярной концентрацией 0,1 моль/дм3, если степень
диссоциации соли равна 0,55?
132
5.6. Диссоциация воды. Водородный показатель
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
ионное
произведение воды
водор одный
показатель
нейтральный neutral neutre لﺪﺘﻌﻣ
кислый раствор acid solution une solution aigre ﻲﻀﻤﺣ ﻞﺋﺎﺳ
щелочной alkaline alcalin ﻲﺳﺎﺳأ
индикатор chemical
интервал перехода transition interval intervalle de
ion product
constant for water
hydrogen ion
exponent
indicator
oeuvre ionique de
l'eau
paramètre
hydrogénique
indicateur ﺎﻜﻟاﻒﺷ
transition
ﻲﻨﯿﺟورﺪﯿھ ﻰﻄﻌﻣ
تﺎﺠﺘﻨﻤﻟا نﻮﯾا
ﺔﯿﻟﺎﻘﺘﻧﻻا ةﺮﺘﻔﻟا
ﺔﯿﺋﺎﻤﻟا
Вода является слабым электролитом (K(H2O) = 1,8·10
-16
), ко-
торый диссоциирует на ионы:
H2O H+ + OH- или, точнее, 2H2O H3O+ + OH-.
Константа диссоциации воды имеет вид
K
+
=
c
-
cc
×
)OH()H(
.
)OH(
2
Так как ρ(H2O) = 1 г/см3 при 22оС, поэтому масса 1дм3 воды
равна 1000 г и молярная концентрация воды равна:
O)(H
m
O)H(
c 55,56 моль/дм
2
M
1000
2
O)(H
2
18
===
3
.
Учитывая, что концентрация воды мало меняется при диссоциации и при растворении в воде небольших количеств электролитов, c(H2O) можно считать постоянной величиной и тогда:
Kв = K · c(H2O) = c(H+) · c(OH-).
Это произведение называется ионным произведением воды
(Kв). При 22оС эта константа равна 10
Kв = c(H+) · c(OH-) = 55,56 · 1,8·10
-14
:
-16
= 10
-14
.
Ионное произведение воды – постоянная величина для чистой
воды и для водных растворов различных электролитов. Растворы, в
которых концентрации водород-ионов и гидроксид-ионов одинаковы
и равны 10-7 моль/дм3, называются нейтральными.
133
Растворы, в которых концентрация водород-ионов больше,
чем гидроксид-ионов c(H+) > c(OH-), называются кислыми.
Растворы, в которых концентрация водород-ионов меньше,
чем гидроксид-ионов c(H+) < c(OH-), называются щелочными.
Водородный показатель pH – отрицательный десятичный
логарифм концентрации водород-ионов: pH = - lg c (H+).
В нейтральных растворах: c(H+) = c(OH-) = 10-7моль/дм3,
поэтому pH 7.
В кислых растворах: c(H+) > c(OH-) > 10-7моль/дм3, поэтому
pH < 7.
В щелочных растворах: c(H+) < c(OH-) < 10-7моль/дм3, поэтому pH > 7.
Кислотность раствора, его pH определяют с помощью ин-
дикаторов – веществ, которые изменяют свой цвет в зависимости
от pH раствора. Переход одного цвета индикатора в другой
происходит в определенном интервале значений pH. Так, для
индикатора лакмус интервал перехода находится между pH 6 и 8.
При pH < 6 лакмус имеет красный цвет, а при pH ≥ 8 – синий.
Каждый индикатор характеризуется своим интервалом перехода.
Пример 1. Вычислите концентрации водород-ионов и гид-
роксид-ионов в растворе бромоводородной кислоты с молярной
концентрацией равной 0,001 моль/дм3.
Дано:
c(HBr) = 0,001 моль/дм
Найти:
c(H+)
3
1. Уравнение диссоциации
бромоводородной кислоты:
HBr H+ + Br-.
Решение
c(OH-)
Так как HBr является сильным электролитом (α = 1), то
с(HBr) = c(H+) = 10-3 моль/дм3.
2. Рассчитывают концентрацию гидроксид-ионов по уравне-
нию c(OH-) = 10
Ответ: c(H+) = 10-3 моль/дм3; c(OH-) = 10
-14
/ c(H+) = 10
-14
/ 10-3 = 10
-11
моль/дм3.
-11
моль/дм3.
134
Пример 2. Определите pH раствора, 500 см3 которого содержат хлороводородную кислоту массой 0, 1825 г.
Дано:
V(р-ра HCl) = 500 см
m(HCl) = 0,1825 г
Найти:
3
1. Уравнение диссоциации
хлороводородной кислоты:
HCl H+ + Cl-.
Решение
pH
2. Определяют количество вещества HCl по формуле
HCl)( ===
n
m
M
1825,0
)(HCl
5,36
.моль005,0
(HCl)
3. Рассчитывают молярную концентрацию раствора HCl по
формуле
(HCl)
c
n
V
005,0
===
5,0
)HClра-(р
(HCl)
Так как HCl является сильным электролитом (α = 1), то
c(H+) = с(HCl) = 0,01 моль/дм3.
4. Определяют pH хлороводородной кислоты по формуле
pH = - lg c(H+) = - lg 0,01= 2.
Ответ: pH = 2.
Контрольные задания
3
.моль/дм01,0
1. Составьте глоссарий: водородный показатель –; рас-
творы: кислые –; основные –; нейтральные –; индикаторы –.
2. Определите pH раствора, если в 250 см3 воды растворили
50 г хлороводородной кислоты HCl (плотность раствора кислоты
равна 1,057 г/см3).
3. Концентрация ионов H+ в растворе равна 10-5 моль/дм3.
Определите pH и pOH этого раствора.
4. Водородный показатель раствора равен 8. Чему равны
концентрации ионов H+ и OH- в этом растворе?
5. Определите pH раствора, 250 см3 которого содержат гид-
роксид натрия массой 0,1 г.
6. Определите pH и pOH раствора азотной кислоты с массовой долей HNO3 0,06 (плотность раствора равна 1,031 г/см3).
135
5.7. Гидролиз солей
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
гидролиз hydrolysis hydrolyse
обменная
реакция
exchange
reaction
réaction de
change
ﻲﻓ ﻞﻋﺎﻔﺘﻟا ﺮﯿﻐﺗ
ﺆّﯿﻤﺗ
ﺔﻟدﺎﻌﻤﻟا
Водные растворы кислот имеют pH < 7, а щелочей – pH > 7,
а водные растворы солей имеют различные значения рН. Например, в растворах NaCl, KNO3 pH 7, в растворах CH3COONa, K2CO
pH > 7, в растворах NH4Cl, FeCl3 pH < 7. Это объясняется тем, что
в водных растворах солей, протекают два процесса диссоциации:
1) соли: KatAn Kat+ + An-;
2) воды: H2O H+ + OH-.
Ионы остатков кислот и оснований, на которые диссоциируют соли, могут связываться с водород-ионами и гидроксидионами с образованием малодиссоциируемых или малорастворимых в воде веществ: KatOH и HAn. При этом равновесие диссоциации воды смещается вправо, и реакция раствора становится
кислой или щелочной.
Обменная реакция соли с водой, в результате которой образуется малодиссоциируемое или малорастворимое соединение,
называется гидролизом солей.
Рассмотрим примеры гидролиза.
1. Гидролиз по аниону. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой (CH3COONa, Na2CO3, KCN), подвергаются гидролизу (реакция среды щелочная), например:
CH3COONa + H2O CH3COOH +NaOH;
CH3COO- + Na+ + H2O CH3COOH +Na+ + OH-;
CH3COO- + H2O CH3COOH + OH-.
Как видно, ацетат-анион (CH3COO-) с ионом Н+ образует
молекулу слабого электролита – уксусной кислоты (CH3COOH).
В результате увеличивается концентрация гидроксид-ионов и
раствор становится щелочным (рН > 7).
3
136
Гидролиз солей, образованных сильным основанием и многоосновной слабой кислотой, может происходить ступенчато.
Однако в обычных условиях гидролиз практически ограничивается первой ступенью, например:
Na2CO3 + H2O NaHCO3 + NaOH;
2Na+ + CO
2-
+ H2O Na+ + HCO
3
2-
CO
+ H2O HCO
3
-
+ OH-.
3
-
+ Na+ + OH-;
3
И в этом случае реакция раствора щелочная.
2. Гидролиз по катиону. Соли, образованные слабым осно-
ванием и сильной кислотой (NH4Cl, Fe2(SO4)3, FeCl3), подвергаются гидролизу (реакция среды кислая), например:
NH4Cl + H2O HCl + NH4OH;
+
NH
+ Cl- + H2O H+ + Cl- + NH4OH;
4
+
NH
+ H2O H+ + NH4OH;
4
В результате реакции в растворе накапливаются ионы Н+ и он
становится кислым (рН < 7).
Гидролиз солей, образованных слабым многокислотным основанием и сильной кислотой, как правило, протекает по первой
ступени с участием одной молекулы воды, например:
FeCl3 + H2O FeOHCl2 + HCl;
Fe+3 + 3Cl- + H2O FeOH2+ + 2Cl- + H+ + Cl-;
Fe+3 + H2O FeOH2+ + H+.
И в этом случае реакция раствора кислая.
3. Гидролиз по катиону и аниону (одновременно). Соли, об-
разованные слабым основанием и слабой кислотой (CH3COONH4;
Al2S3, (NH4)2CO3), очень легко подвергаются гидролизу. Однако
реакция раствора зависит от степени диссоциации продуктов
гидролиза – кислоты и основания. Например, CH3COONH4. Ионы
этой соли одновременно связывают ионы Н+ и ОН-:
CH3COONH4 + H2O CH3COOH + NH4OH;
CH3COO- + NH
+
+ H2O CH3COOH + NH4OH.
4
Степени диссоциации CH3COOH и NH4OH примерно равны,
поэтому раствор соли будет нейтральным (pH 7).
Однако реакция водного раствора (NH4)2CO3 – тоже соли
слабой кислоты и слабого основания – слабощелочная:
NH
+
+ CO
4
2-
NH4OH + HCO
3
-
,
3
137
так как степень диссоциации NH4OH больше степени диссоциации гидрокарбонат – аниона HCO
-
.
3
Реакция гидролиза – обратимый процесс. При нагревании
или разбавлении растворов солей гидролиз усиливается. Если
продукты гидролиза удаляются из сферы реакции, то гидролиз
протекает необратимо:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑.
Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой (NaC l, KNO3, Na2SO4) гидролизу не подвергаются. Например,
KNO3 в растворе диссоциирует по уравнению:
KNO3 K+ + NO
Ион калия K+ с гидроксид - ионами ОН- не образует слабого
основания, так же, как и нитрат-анион NO
-
.
3
-
с ионами водорода H
3
не образует слабой кислоты; равновесие диссоциации воды не
нарушается (pH7).
Контрольные задания
1. Составьте глоссарий: гидролиз –; гидролиз по: катиону –;
аниону –; катиону и аниону –.
2. Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: NaCN, KNO3, KOCl, NaNO2, CaCl2, ZnBr2, NaClO4, K2S?
Составьте уравнения гидролиза и укажите реакцию раствора.
3. Напишите уравнения гидролиза по каждой ступени для
следующих веществ: K2CO3; Fe2(SO4)3; AlCl3; CuBr2; Na3PO4.
4. В каких случаях гидролиз сульфата алюминия Al2(SO4)
усиливается, если к его раствору добавили следующие вещества:
а) Н2SО4; б) КОН; в) Na2SO3; г) ZnSO4? Составьте молекулярные и
ионные уравнения гидролиза соответствующих солей.
5. Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнения гидролиза, происходящего при смешивании растворов FeCl3 и
Na2CO3, если каждая из солей гидролизуется необратимо до
образования соответствующих основания и кислоты.
6. Установите соответствие между формулой соли: а) (N H4)2S;
б) Rb2SO4; в) (CH3COO)2Ca; Pb(NO3)2 и типом ее гидролиза:
1) гидролизуется по катиону; 2) гидролизуется по аниону;
3) гидролизуется по катиону и аниону; 4) не гидролизуется.
+
3
138
Оценочные материалы рубежного контроля
(тестовые задания)
1. Определите массу воды в 60 г раствора, содержащем 20 г
растворенного вещества:
1) 20 г; 2) 40 г; 3) 60 г; 4) 80 г.
2. В 40 г воды растворили 10 г соли. Определите массовую
долю полученного раствора
1) 0,20; 2) 0,30; 3) 0,35; 4) 0,4.
3. Определите массовую долю полученного раствора, если в
180 г воды растворили 20 г соли:
1) 0,05; 2) 0,15; 3) 0,10; 4) 0,20.
4. Определите массы соли и воды, необходимые для приго-
товления 150 г раствора с массовой долей соли 0,08:
1) 12 и 138 г; 2) 8 и 142 г; 3) 4 и 146 г; 4) 24 и 126 г.
5. К раствору массой 250 г с массовой долей 0,08 добавили
150 г воды. Рассчитайте массовую долю соли в полученном
растворе.
1) 0,01; 2) 0,03; 3) 0,05; 4) 0,07.
6. Определите массовую долю хлорида натрия в его насы-
щенном растворе при 20оС, если растворимость NaCl при указанной температуре равна 36 г/100 г H2O.
1) 0,16; 2) 0,26; 3) 0,36; 4) 0,56.
7. Сколько необходимо добавить воды к 300 г раствора с
массовой долей соли 0,20 , чтобы получить раствор с массовой
долей соли 0,15?
1) 25 г; 2) 50 г; 3) 75 г; 4) 100 г
8. Определите молярную концентрацию гидроксида натрия в
растворе объемом 4 дм3, содержащем 160 г NaOH.
1) 0,10 моль/дм3; 2) 0,25 моль/дм3;
3) 0,40 моль/дм3; 4) 0,50 моль/дм3.
9. Укажите слабодиссоциирующий гидроксид.
1) Ba(OH)2; 2) NaOH; 3) NH4OH; 4) LiOH.
10. Определите концентрацию гидроксильных ионов в
растворе, рН которого равен 3.
-11
1) 10
моль/дм3; 2) 10-7 моль/дм3; 3) 10-3 моль/дм3; 4) 10-3 моль/дм3.
139
11. Рассчитайте массу соды, необходимую для приготовле-
ния 250 см3 раствора с молярной концентрацией Na2CO3 равной
0,5 моль/дм3.
1) 6,25 г; 2) 13,25 г; 3) 53,00 г; 4) 106,00 г.
12. Какое из перечисленных веществ образует кристалло-
гидраты?
1) Ca(OH)2; 2) CuSO4; 3) CaCO3; 4) AgCl.
13. Укажите слабодиссоциирующую кислоту.
1) CH3COOH; 2) HCl; 3) HNO3; 4) H2SO4.
14. Укажите вещество, которое является электролитом.
1) C6H6; 2) C2H5OH; 3) CH3COOH; 4) C2H2.
15. Укажите сильный электролит.
1) H2SO3; 2) H2S; 3) HCN; 4) H2SO4.
16. Во сколько раз необходимо увеличить концентрацию
ионов водорода, чтобы рН раствора уменьшился на единицу?
1) два; 2) четыре; 3) восемь; 4) десять.
17. При гидролизе какой соли в водном растворе рН < 7?
1) BaF; 2) ZnCl2; 3) Na2S; 4) NaCl.
18. При гидролизе какой соли в водном растворе рН > 7?
1) Ba(NO2)2; 2) Al2(SO4)3; 3) CuSO4; 4) NH4NO3.
19. Какая соль не подвергается гидролизу?
1) NH4Cl; 2) NaNO2; 3) Li2CO3; 4 ) NaCl.
20. Определите рН раствора с молярной концентрацией хло-
роводородной кислоты 0,01 моль/дм3.
1) рН 1; 2) рН 2; 3) рН 7; 4) рН 11.
21. Определите рН раствора с молярной концентрацией
гидроксида натрия 0,01 моль/дм3.
1) рН 1; 2) рН 2; 3) рН 7; 4) рН 12.
22. Какая соль подвергается гидролизу?
1) NH4Cl; 2) NaNO3; 3) Li2SO4; 4) NaCl.
23. Растворимость большинство газообразных веществ при
повышении температуры:
1) увеличивается; 2) уменьшается;
3) не изменятся; 4) изменяется периодически.
24. Какие существуют связи между молекулами воды?
1) ионные; 2) ковалентные;
3) водородные; 4) металлические.
140
25. Из-за разных значений электроотрицательности
.
элементов молекула воды является:
1) полимером; 2) мономером; 3) диполем; 4) катионом.
26. Какой из следующих факторов не влияет на растворимость
вещества?
1) температура; 2) присутствие катализатора;
3) давление; 4) природа растворителя.
27. Укажите нерастворимое в воде основание:
1) NaOH; 2) Mg(OH)2; 3) KOH; 4) Ba(OH)2.
28. Сколько ступеней диссоциации у орто-фосфорной
кислоты?
1) одна; 2) две; 3) три; 4) четыре.
29. Рассчитайте массовую долю кристаллизационной воды
в медном купоросе CuSO4∙5H2O.
1) 0,01; 2) 0,03; 3) 0,05; 4) 0,07.
30. Кто создал гидратную теорию растворов?
1) Менделеев; 2) Ломоносов;
3) Аррениус; 4) Оствальд.
31. Кто автор гипотезы ионизации?
1) Менделеев; 2) Ломоносов;
3) Аррениус; 4) Оствальд.
32. Как называются электролиты, которые при диссоциации
которых в качестве образуют только катионы водорода?
1) оксиды; 2) основания; 3) кислоты; 4) соли.
33. Как называются электролиты, при диссоциации которых
в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы OH-?
1) оксиды; 2) основания; 3) кислоты; 4) соли.
34. Как называются электролиты, которые при диссоциации
образуют катионы остатка основания и анионы кислотного остатка?
1) оксиды; 2) основания; 3) кислоты; 4) соли.
35. Определите рН раствора с молярной концентрацией
азотной кислоты 0,0001 моль/дм
3
1) рН 1; 2) рН 2; 3) рН 3; 4) рН 4.
36. Укажите сильный электролит:
1) H2SO3; 2) H2S; 3) HCN; 4) H2SO4.
37. Укажите электролит:
1) Сa(OH)2; 2) CuSO4; 3) CaCO3; 4) AgCl.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]