Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая и неорганическая химия. Учебно-методическое пособие.pdf
111
2. Определим равновесную концентрацию йодида водорода.
;
)205,0(][
]][[
2
2
2
22
x
x
HI
IH
K
c
−
==
;
42,00025,0
11,0
2
2
xx
x
K
c
+−
==
a
acbb
x
2
4
2
2,1
−±−
=
Согласно уравнению реакции при образовании 1 моль водорода и
1моль йода расходуется 2 моль йодида водорода. Следовательно,
после установления равновесия [I
] = [H2] = х, а равновесная
2
концентрация йодида водорода [HI] будет равна: 0,05 − 2х. Запишем
эти значения в соответствующие строки под уравнением реакции:
2HI(г) ↔Н2(г) + I2 (г),
Начальная концентрация,
моль/л 0,05
Израсходовано, моль/л 2х
Равновесная концен-
трация, моль/л 0,05–2х х х
3. Для нахождения х составим выражение константы равновесия
реакции:
При решении квадратного уравнения типа ах
2
+ 0,022x − 0,000275 = 0.
0,56х
2
+ bх + с = 0
используют формулу
Отсюда получаем x
справедливо значение x
= 0,00982; х2 = -0,049. По условию задачи
1
. Следовательно, равновесные концентрации
1
реагирующих веществ равны: [Н
] = 0,00982 моль/л, [I2] = 0,00982 моль/л,
2
.
[HI] = 0,05 – 2 × 0,00982 = 0,03036 моль/л.
112
Контрольные задания
Задание141. Составьте выражение константы равновесия для
следующих реакций:
а) С(тв) + 2Н
б) С(тв) + СО
в) С(тв) +Н
г) 2СО
д) N
(г) + О2 (г) ↔ 2СО
(г) + О2(г) ↔ 2NO (г).
2
(г) ↔ СН4 (г),
2
(г) ↔ 2СО(г),
2
О(г) ↔ СО(г) + Н2(г),
2
(г),
2
Задание 142. Сформулируйте определение понятия «химическое
равновесие». Приведите выражение константы равновесия
следующих реакций:
а)
N2 (г)+ ЗН
б) 2NO(г) + О
в) SО
(г) + 2H2S(г) ↔ 3S(тв) + 2Н2О(г),
2
S(г) + 3O2(г) ↔ 2SO2 (г) + 2H2O(г),
г) 2H
2
д) NH
Cl(к) ↔ NH3(г) + HCl(г).
4
(г) ↔ 2NH3(г),
2
(г) ↔2NО2(г),
2
Задание 143. Составьте выражение константы равновесия и
вычислите ее значение для реакции
2HI(г) ↔ H
(г) + I2(г),
2
если равновесные концентрации имеют следующие значения:
[H
] = 18,14 моль/л, [I2] = 0,41 моль/л, [HI] = 19,38 моль/л.
2
Ответ: 0, 01980.
Задание 144. Составьте выражение константы равновесия и
вычислите ее значение для реакции
N
(г) ↔ 2NO2(г),
2O4
если равновесные концентрации составляют: [N
[NO
] = 0,0172 моль/л.
2
] = 0,00140 моль/л,
2O4
Ответ: 0,211 моль/л.
Задание 145. Сформулируйте принцип подвижного равновесия
(принцип Ле Шателье). Используя принцип Ле Шателье, укажите
стрелкой направление (прямое или обратное) смещения химического
равновесия в следующих системах:
а) при повышении температуры
(г) + SO2(г) ↔ NO(г) + SO3(г), ΔН < 0
NO
2
NH
Cl(к) ↔ NH3(г) + HCl(г), ΔН > 0
4
SO
(г) + 2H2S(г) ↔ 3S(к) + 2H2O(г), ΔН < 0
2
113
2H2S(г) + 3O2(г) ↔2SO2(г) + 2H2O(г), ΔН < 0;
б) при понижении давления
NO
(г) + SO2(г) ↔ NO(г) + SO3(г)
2
Cl(к) ↔ NH3(г) + HCI(г)
NH
4
SO
(г) + 2 H2S(г) ↔ 3S(тв) + 2 H2O(г)
2
2H
S + 3O2(г) ↔ 2SO2(г) + 2H2O(г).
2
Задание 146. Составьте выражение константы равновесия и
вычислите ее значение для реакции
(г) ↔ PCl3(г) + Cl2(г),
PCl
5
если равновесные концентрации имеют следующие значения:
[РСl
] =0,015 моль/л, [РСl3] = 0,025 моль/л, [Сl2] = 0,025 моль/л.
5
Ответ: 0,04167 моль/л.
Задание 147. Вычислите начальную и равновесную
концентрации азота в системе
(г) + ЗH2(г) ↔ 2NH3(г) ,
N
2
если равновесные концентрации имеют следующие значения:
[H
] =0,3 моль/л, [NH3] = 0,09 моль/л и константа равновесия реакции
2
при 673К составляет 0,1.
Ответ: C(N
) = 3,045 моль/л, [N2] = 3,0 моль/л.
2
Задание 148. Вычислите константу равновесия и равновесные
концентрации СО, Н
если равновесная концентрация [СO
O, Н2 для реакции
2
СО(г) + Н
O(г) ↔ СО2(г) + Н2(г),
2
] = 0,1 моль/л, а исходные
2
концентрации оксида углерода (II) и паров воды соответственно
равны 0,16 моль/л.
Ответ: [СО] = 0,06 моль/л, [Н
] = 0,1 моль/л, K = 2,78.
[Н
2
O] = 0,06 моль/л,
2
Задание 149. Вычислите равновесную концентрацию йода в
системе
2HI(г) ↔ Н
(г) + I2(г),
2
если исходная концентрация йодида водорода равна 0,55 моль/л, а
константа равновесия К = 0,11.
Ответ: [I
] = 0,11 моль/л.
2
114
Задание 150. Укажите стрелкой, в каком направлении сместится
химическое равновесие системы
4HCl(г) + O
(г) ↔ 2Н2O(г) +2Сl2(Г), ΔH < 0
2
при увеличении температуры. При каких условиях (повышение или
понижение температуры) кислород является более сильным
окислителем, чем хлор?
Ответ: при понижении температуры.
Задание 151. Укажите стрелкой, в каком направлении сместится
химическое равновесие следующих систем:
а) при повышении температуры
(г) + 1/2O2(г) ↔ SO3(г), ΔН < 0
SO
2
СО(г) + H
O(г) ↔ СO2(г) + H2(г), ΔН < 0;
2
б) при понижении давления
(г) + 1/2O2(г) ↔ SO3(г)
SO
2
CO(г) + H
O(г) ↔ СO2(г) + H2(г).
2
Напишите выражение константы равновесия для приведенных реакций.
Задание 152. В смеси NO
протекает обратимая реакция 2NO
(бурого цвета) и N2O4 (бесцветен)
2
(г) ↔ N2O4 (г), ΔН < 0. В каком
2
направлении (прямом или обратном) сместится химическое
равновесие: а) при увеличении температуры; б) уменьшении
температуры; в) увеличении давления? Как это отразится на
изменении окраски смеси?
Задание 153. Напишите выражение константы химического
равновесия реакции
(р) + 3KCNS(р) ↔ Fe(CNS)3(р) + 3KCI(р).
FeCl
3
В каком направлении сместится химическое равновесие при
добавлении к системе: а) хлорида железа (III); б) роданида калия; в)
хлорида калия и как это отразится на окраске раствора?
Задание 154. Вычислите начальную концентрацию N
константу равновесия реакции N
концентрации равны: [NО] = 0,05 моль/л, [N
Ответ: C(N
(г) ↔ 2NO(г), если равновесные
2O4
] = 0,05 моль/л.
2O4
) = 0,075 моль/л, К = 0,05 моль/л.
2O4
2O4
и
Задание 155. Оксид азота (III) при температуре ниже 0°С
диссоциирует согласно уравнению N
(г) ↔ NO(г) + NO2(г).
2O3
115
Вычислите начальную концентрацию N2O3 и константу равновесия,
если равновесные концентрации: [NO
] = 0,3 моль/л, [N2O3] = 0,03
2
моль/л.
Ответ: C(N
) = 0,33; Кс= 30 моль/л.
2O3
Задание 156. Используя принцип Ле Шателье, укажите стрелкой
направление (прямое или обратное) смещения химического
равновесия следующих систем:
а) при понижении температуры
(г) + 5O2(г) ↔ 4NO(г) + 6H2O(г), ΔН < 0
4NH
3
(г) ↔ NO(г) + NO
N
2O3
СО(г) + Н
O(г) ↔ СO2(г) + Н2(г), ΔН < 0;
2
(г), ΔН >0
2
б) при повышении давления
4NH
(г) + 5O2(г) ↔ 4NO(г) + 6Н2O(г)
3
N
(г) ↔ NO(г) + NO2 (г)
2O3
СО(г) + H
О(г) ↔ СO2(г) + H2(г).
2
Составьте выражение константы равновесия для приведенных систем.
Задание 157. Используя принцип Ле Шателье, укажите стрелкой
направление (прямое или обратное) смещения химического
равновесия следующих систем:
а) при повышении температуры
3Fe
N
H
(к) + H2(г) ↔ 2Fe3O4 (к) + H2O(г), ΔH < 0
2O3
(г) + O2(г) ↔ 2NO(г), ΔH > 0
2
(г) + Сl2(г) ↔ 2HCl(г), ΔH < 0;
2
б) при изменении давления
3Fe
N
H
(к) + H2(г) ↔ 2Fe3O4(к) + Н2О(г),
2O3
(г) + O2(г) ↔ 2NO(г),
2
(г) + Сl2(г) ↔ 2HCI(г).
2
Составьте выражение константы равновесия для приведенных
систем.
Задание 158. Используя принцип Ле Шателье, укажите стрелкой
направление (прямое или обратное) смещения химического
равновесия следующих систем:
а) при понижении температуры
СО(г) + Сl
2СO
2
2СО(г) + O
(г) ↔ COCl(г), ΔH < 0
2
(г) ↔ 2СО(г) + O2(г), ΔH > 0
(г) ↔ 2СО
2
(Г), ΔH < 0;
2
116
б) при повышении давления
СО(г) + Сl
2СO
2
2СО(г) + O
(г) ↔ СОСl2(г),
2
(Г) ↔ 2СО (г) +O2(г),
(г) ↔ 2СO2(г).
2
Составьте выражение константы равновесия для приведенных
систем и укажите их размерность.
Задание 159. Используя принцип Ле Шателье, укажите стрелкой
направление (прямое или обратное) смещения химического
равновесия следующих систем:
а) при повышении температуры
O (Г) ↔ 2N
2N
2
(NH
4)3РO4
СH
(г) ↔ С(к) + 2H2(г), ΔH > 0;
4
(Г) + O
2
(г), ΔH < 0
2
(к) ↔ ЗNH3(г) + H3РO4 (ж), ΔH > 0
б) при понижении давления
O (г)↔ 2N
2N
2
(NH
4)3РO4
CH
(г) ↔ С(тв) + 2Н2(г).
4
(г)+ O
2
(г),
2
(к) ↔ ЗNH3(г) + H3РO4 (ж),
Задание 160. Вычислите равновесные концентрации СО и О
в
2
системе
(г) ↔ 2СO(г) + O2(г),
2СO
2
если начальная концентрация СO
установлении равновесия концентрация СO
Ответ: [СО] = 1,8 моль/л, [O
составляет 2 моль/л, а при
2
равна 0,2 моль/л.
2
] = 0,9 моль/л.
2
117
Тема 7. РЕАКЦИИ БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ СТЕПЕНЕЙ
ОКИСЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ. ГИДРОЛИЗ
При обдумывании ответов на вопросы предлагаемых заданий
рекомендуем вспомнить:
1. Гидролизом называют реакцию обменного разложения
между веществом и водой
1
.
2. Под гидролизом соли понимают взаимодействие ионов соли
с водой, в результате которого образуются малодиссоциирующие или
малорастворимые соединения.
3. В результате гидролиза вещества в растворе возникает
кислая, щелочная или почти нейтральная среда.
4. Результат гидролиза соли зависит от природы
составляющих ее катионов и анионов. Гидролиз соли вызывают те
ионы, которые вследствие поляризующего воздействия на молекулы
воды приводят к их распаду и образованию малодиссоциирующих
частиц.
5. Классификация ионов по их способности к гидролизу
приведена в табл. 7.1.
6. Гидролиз вызывают катионы слабых оснований, катионы
сильных оснований гидролиз не вызывают. Так, катионы Zn
+2
вступают в гидролитическое взаимодействие с водой, так как
гидроксид цинка (II) Zп(ОН)
NаОН – сильное основание, катионы Na
– основание слабое. Гидроксид натрия
2
+
гидролиз не вызывают.
7. К анионам, вызывающим гидролиз, относятся кислотные
остатки слабых кислот. Кислотные остатки сильных кислот гидролиз
не вызывают. Так, фторид-ион F‾ (кислотный остаток слабой
фтороводородной кислоты НF) способен вызвать гидролиз, тогда как
хлорид-ион Сl‾ (кислотный остаток сильной хлороводородной
кислоты HCl) – слабополяризующий ион, не вызывающий гидролиза.
8. Силу кислот и оснований можно оценить по значениям их
констант ионизации. Сильные кислоты имеют константы ионизации
> 1·101−. Кислоты со значениями Ka1 < 1·102− относятся к
K
a1
кислотам средней силы и слабым.
1
С греческого «гидро» – вода, «лизис» – разложение
118
Таблица 7.1
+
−
−
+
−
−
−+
+⇔
332
HSOHSOH
2
1
1041
−
⋅= ,K
a
−+−
+⇔
2
33
SOHHSO
8
2
1026−⋅= ,K
a
Классификация ионов по их способности к гидролизу
Заряд
ионов
Одно-
зарядные
Двух-
зарядные
Ионы, поляризующие
молекулы воды и
вызывающие гидролиз
Катионы
слабых
оснований
слабых кислот
F−, NO
NH
4
CH
Be+2, Mg+2,
+2
Sn
Pb+2,
+2
, Fe+2
Mn
+2
, Cu+2,
Ni
+2
Zn
AlOH+2,
CrOH
FeOH
+2
+2
S
Te
Анионы
CN
COO−
3
−2
, Se−2,
−2
, CO
−2
SiO
3
−2
SeO
3
−2
TeO
3
HPO
4
HAsO
4
Слабополяризующие ионы,
не вызывающие гидролиза
Катионы
сильных
оснований
,
2
Li
, Na+, K+,
,
Rb+, Cs+
−2
,
3
,
,
,
−2
,
−2
Ca
+2
, Sr+2,
Ba
+2
Анионы
сильных
кислот
−
Cl
, Br−,
−
, NO
I
ClO
ClO
SO
3
−
4
3
−2
4
,
,
Трех-
зарядные
Al+3, Cr+3,
+3
Fe
PO
4
−3
, AsO
−3
4
Так, сернистая кислота H
– кислота слабая. Ее константы
2SO3
ионизации имеют значения:
Серная кислота H
,
,
является сильной кислотой. Значения ее
2SO4
;
.
констант ионизации следующие (см. табл. 4 приложения):
119
−+
+⇔
442
HSOHSOH
,
3
1
101⋅=
a
K
−+−
+⇔
2
44
SOHHSO
2
2
1015,1−⋅=
a
K
2
1
101
−
⋅>
b
K
2
1
101
−
⋅<
b
K
2
)(OHPb
−+
+⇔ OHPbOHOHPb
2
)(
4
1
1055,9
−
⋅=
b
K
−++
+⇔ OHPbPbOH
2
8
2
1003
−
⋅= ,K
b
b
w
гидр
K
K
катионупоK =)(
a
w
гидр
K
K
анионупоK =)(
−−−
+⇔+ OHHSHOHS
2
;104
105,2
10
2
13
14
2
1.
−
−
−
⋅=
⋅
==
a
w
ãèäð
K
K
K
−−
+⇔+ OHSHHOHHS
2
.101
100,1
10
7
7
14
1
2.
−
−
−
⋅=
⋅
==
a
w
ãèäð
K
K
K
;
,
.
Сильные основания имеют константы ионизации
, слабые −
Так, константы ионизации слабого основания гидроксида
свинца (II)
следующие (см. табл. 5 приложения):
,
,
;
.
9. Глубину гидролиза соли (по катиону или аниону) оценивают
значениями констант гидролиза К
. Константы гидролиза К
гидр
рассчитывают по формулам
,
,
– ионное произведение воды; Kw=10
где K
w
-14
(при 25°С).
Рассмотрим пример расчета константы гидролиза,
вызываемого сульфид-анионом S
−2
:
а) рассчитаем константу гидролиза по первой ступени:
,
гидр
б) рассчитаем константу гидролиза по второй ступени:
,
Значение К
значением К
. Это свидетельствует о том, что вторая ступень
гидр.1
пренебрежительно мало по сравнению со
гидр.2
гидролиза практически не протекает.
Рассмотрим примеры гидролиза солей.
120
Пример 1. Гидролиз хлорида цинка (II) ZnCl2:
−+
+⇔ ClZnZnCl 2
2
2
+2
Zn
++
+⇔+ HZnOHHOH
−
Cl
HOH+
HClZnOHClOHZnCl +⇔+
22
4
4
,
42243
KOHHPOKOHPOK +⇔+
KOHPOKHOHHPOK +⇔+
42242
а) электролитическая диссоциация хлорида цинка (II):
б) взаимодействие ионов с водой:
среднеполяризующий
катион
(гидролиз не протекает);
слабополяризующий
анион
в) гидролиз соли:
При гидролизе соли слабого основания и сильной кислоты в
растворе возникает кислая среда.
;
.
Пример 2. Гидролиз фосфата (V) калия К
3РО4
:
а) электролитическая диссоциация фосфата (V) калия:
−+
3
+⇔
3 POKPOK
;
443
б) взаимодействие ионов с водой:
+
К
+ НОН (гидролиз не протекает)
слабополяризующий
катион
−3
+ НОН ⇔ НРО
РО
−2
+ ОН−
среднеполяризующий анион
НРО
−2
+ НОН ⇔ Н
4
2
РО
−
+ ОН−;
4
среднеполяризующий анион
в) гидролиз соли:
– первая ступень:
– вторая ступень:
.