Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая, неорганическая и аналитическая химия. Учебное пособие для студентов очной и заочной формы обучения направления подготовки 35.03.07 - «Технологи
.pdf
- краткое ионное уравнение:
Fe3+ + 3OH− → Fe(OH)3↓
Ионообменные реакции протекают без изменения сте-
пени окисления.
Условиями необратимости ионообменных реакций явля-
ются образование в результате реакции:
- малорастворимого вещества (осадок);
- газообразного вещества;
- слабодиссоциирующего вещества (вода, комплексные соеди-
нения и др.).
ДИССОЦИАЦИЯ ВОДЫ. ВОДРОДНЫЙ
ПОКАЗАТЕЛЬ
Вода – слабый амфотерный электролит. В незначитель-
ной степени подвергается электролитической диссоциации по
схеме (без учёта гидратации ионов Н+):
Н2О Н+ + ОН–
Применяя закон действующих масс можно записать вы-
ражение константы диссоциации:
КД = [H+]·[OH–] / [H2O].
Из экспериментальных данных при 250С КД = 1,86∙10
Так как концентрация ионов воды очень мала, концентрацию
недиссоциированной части молекул воды можно считать постоянной величиной равной:
[H2O] = 1000/18 = 55,56 моль/л, где 18 – молярная масса
воды, т.е. в 1л (массой 1000г) содержится 55,56 молей воды.
Подставив эту величину в выражение КД, получим, так называемое, ионное произведение КW:
КW= Кд·[H2O] = [H+]·[OH–] = 1,86·10
–16
·55,56 = 1·10
Произведение концентраций ионов водорода и гид-
роксид-ионов называется ионным произведением воды
КW = [H+]·[OH–].
–14
–16
.
91
KW – величина постоянная, и при температуре 25оС КW
ШКАЛА ЗНАЧЕНИЙ pH
–14
= 10
. С повышением температуры ионное произведение
воды возрастает, т.к. процесс диссоциации воды эндотермический (например, при 100оС КW = 74·10
–14
). Ионное произ-
ведение воды даёт возможность вычислить концентрацию
гидроксид-ионов для любого водного раствора, если известна концентрация ионов водорода, и наоборот.
Из уравнения электролитической диссоциации воды
видно, что концентрации водородных и гидроксильных
ионов в чистой воде равны: [H+] = [OH–] = 10–7 моль/л –
среда нейтральная; если [H+] > 10–7 – среда кислая и при
[H+] < 10–7 – среда щелочная.
Водородным показателем рН называется отрица-
тельный десятичный логарифм концентрации ионов
водорода: pH = – lg [H+].
Например, если [H+] = 10–3 моль/л, то рН = 3,
среда раствора – кислая;
если [H+] = 10
–12
моль/л, то рН = 12,
среда раствора – щелочная.
Рис.13
92
Качественно реакцию среды и рН водных растворов элек-
2
2
4
2
хххCС
SOPb
2
4
2
SOPb
CС
8102,2
тролитов определяют с помощью индикаторов – веществ, ко-
торые изменяют свой цвет в зависимости от среды растворов, т.е. рН раствора.
На практике применяют индикаторы: лакмус, метило-
вый оранжевый, фенолфталеин и универсальный. Они из-
меняют свою окраску в малом интервале рН: лакмус – в интервале от 5,0 до 8,0; метилоранж – от 3,1 до 4,4 и фенолфталеин
– от 8,2 до 10,0; универсальный индикатор можно использовать
для качественного определения рН в широком интервале от 0
до 14.
РЕАКЦИИ ИОНОГО ОБМЕНА
Примеры решения задач
Пример 1. ПР(РbSО4) = 2,2.10-8. Чему равна концентра-
ция ионов Рb2+ и SО
2-
в насыщенном растворе сульфата свинца
4
и его растворимость, выраженная молярной и массовой концентрациями?
Решение.
В насыщенном растворе сульфата свинца существует ге-
терогенное равновесие: РbSО
4 (т)
↔ Рb
2+
(р-р)
+ SО
42-(р-р)
х х х
ПР(РbSО4) =
Растворимость бинарного электролита равна молярной
концентрации каждого из его ионов:
s=х =
=
1,5*10-4 моль/л.
Растворимость соли, выраженная массовой концентра-
цией, равна: s∙М= 1,5 ·10-4 моль/л ·303 г/моль = 0,0455 г/л.
Пример 2. Составьте уравнения реакций, протекающих
в водных растворах, в молекулярной, ионной и сокращенной
93
ионной формах: 1) между сульфидом натрия и сульфатом меди
(II), 2) между гидроксидом железа (III) и соляной кислотой.
Решение.
Решение задачи разобьем на этапы:
а) составляем уравнение реакции в молекулярной форме:
Na2S + CuSO4 = CuS↓ + Na2SO4
б) составляем уравнение реакции в ионной форме, изобразив формулы растворимых сильных электролитов в виде
ионов, на которые они диссоциируют практически полностью,
а формулы остальных веществ (например, выпадающих в осадок или слабых электролитов) оставим без изменения:
2 Na+ +S2- + Cu2+ + SO
2-
= CuS↓ + 2Na+ + SO
4
2-
4
в) исключаем из правой и левой частей одинаковые количества одноименных ионов (они подчеркнуты);
г) записываем уравнение в сокращенной ионной форме:
S2- + Cu2+ = CuS↓
2. а) составляем уравнение реакции в молекулярной
форме:
Fe(OH)
+ 3 HCl = FeCl3 + 3H2O
3
б) составляем уравнение реакции в ионной форме, оставляя в виде молекул труднорастворимый гидроксид железа и
воду, являющуюся слабым электролитом:
Fe(OH)3 ↓+ 3 H+ + 3 Cl- = Fe3+ + 3 Cl- + 3H2O
в) исключаем из правой и левой частей одинаковые количества одноименных ионов (они подчеркнуты);
г) записываем уравнение в сокращенной ионной форме:
Fe(OH)3 ↓+ 3 H+ + = Fe3+ + 3H2O
Пример 3. Вычислите концентрацию ионов СН3СОО- в
растворе, 1 л которого содержит 0,1 моль СН3СООН и 0,2 моль
НCl, считая диссоциацию HCl полной.
Решение.
1. Напишем уравнение диссоциации уксусной кислоты:
СН3СООН↔СН3СОО- + Н
+
94
2. Напишем выражение константы диссоциации уксус-
][
]][[
3
3
COOHCH
HCOOCH
К
1,0
2,0][
108,1
3
5
COOCH
M
VM
m
С
М
17,0
10060
100011000
][
]][[
3
3
COOHCH
HCOOCH
К
ной кислоты:
3. Соляная кислота является сильной и диссоциирует
полностью, поэтому [H+]=0,2
HCl↔H+ + Cl-
4. Подставим все значения в выражение константы дис-
социации уксусной кислоты:
[CH3COO-] = 9.10
-6
Пример 4. Вычислите рН 1%-ного раствора уксусной
кислоты. Плотность раствора принять равной 1.
Решение.
Вычислим молярную концентрацию уксусной кислоты,
учитывая, что плотность раствора равна 1, тогда объем раствора равен массе и равен 100 мл:
Напишем уравнение диссоциации уксусной кислоты:
х х
СН3СООН↔СН3СОО- + Н
+
1 моль 1 моль
Напишем выражение константы диссоциации уксусной
кислоты:
Подставим все значения в выражение константы диссо-
циации уксусной кислоты:
95
17,0
108,1
5
хх
х = [H+] = 1,7.10
-3
Вычислим значение рН:
рН = -lg[H+] = - lg 1,7.10-3= - (lg1,7 + lg10-3) = 2,8
Контрольные задания
101. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные
уравнения реакций взаимодействия в растворах между:
а) K3BO3 и HNO3;
б) K3PO4 и CaCl2.
102.Сильные и слабые электролиты. Составьте молеку-
лярные уравнения реакций, которые выражаются следующими
ионно-молекулярными уравнениями:
а) 3Bа2+ + 2РО
б) NH
+
+ OH- = NH4OH.
4
3-
= Bа3(РО4)2↓;
4
103. Какое из веществ: Zn(ОН)2, CuSO4 или K2CrO4 будет
взаимодействовать с КОН? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.
104. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:
а) SO
2-
+ 2H+ = H2O + SO2↑;
3
б) Hg2+ + 4Br- = [HgBr4]2-.
105. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:
а) Cu2+ + CO
б) 2Н+ + 2NO
2-
= CuCO3↓;
3
-
= NO↑ + NO2↑ + H2O.
2
96
106. Какое из веществ (KHCO3, CdSO4 или K3PO4) будет
взаимодействовать с KOH? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.
107. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные
уравнения реакций взаимодействия в растворах между:
а) CdCl2 и K2S;
б) КНSiО3 и НСl.
108. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные
уравнения реакций взаимодействия в растворах между:
а) KHCO3 и H2SO4;
б) MgSO4 и Na3PO4.
109.Когда идет ионный обмен в растворе? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между:
а) HCOONaи H2SO4;
б) Bi(NO3)3и K3PO4.
110. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные
уравнения реакций взаимодействия в растворах между:
а) CH3COOLi и H2SO4;
б) Na2S и CoSO4.
111. Какое вещество: ZnSO4, ZnCl2 или К2СrO4 будет взаимодействовать с Pb(NO3)2? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.
112. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:
а) Сr3+ + 4OH- = [Cr(OH)4]-;
б) 2Ag+ + CO
2-
= Ag2CO3↓.
3
97
113. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:
а) Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓;
б) Н+ + НСОО- = НСООН.
114. Какое вещество: H2SO4, Mg(NO3)2 или Na2CO3 будет
взаимодействовать с K2SiO3? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.
115. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:
а) Cd2+ + 4NH4OH = [Cd(NH3)4]2+ + 4 H2O;
б) СО
2-
+ 2H+ = CO2↑ + H2O.
3
116. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные
уравнения реакций взаимодействия в растворах между:
а) AgNO3 и ВаСl2;
б) MnCl2 и NH4OH.
117. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные
уравнения реакций взаимодействия в растворах между:
а) ZnCl2 и Na2CO3;
б) NaNO2 и H2SO4.
118. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:
а)Pb2+ + 2IO
б) NH4OH + H+ = NH
-
= PbIO3↓;
3
+
+ H2O.
4
98
119. Какое из веществ: KHCO3, Cu(NO3)2 или Ca(OH)2 будет взаимодействовать с HCl? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.
120. Какое из веществ: Na2CO3, BaCl2 или Cu(NO3)2 будет
взаимодействовать с H2SO4? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.
Лабораторная работа №3
ИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ОБМЕННЫЕ
РЕАКЦИИИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ
Задания №1. Получение труднорастворимых соединений
а) Налить в отдельные пробирки по 0,5 - 1 мл растворов
хлорида бария BaCl2 и ацетата свинца Pb(CH3COO)2, добавить
в каждую из них по несколько капель раствора сульфата
натрия Na2SO4. Что наблюдается? Написать молекулярные и
ионные уравнения реакций. В каком случае происходит более
полное выпадение осадка, если растворимость сульфата бария
(ПРBaSO4 = 1,1*10
-10
) значительно меньше растворимости
сульфата свинца (ПР PbSO4= 1,6*10-8)?
б) Налить в отдельные пробирки по 0,5-1 мл растворов
солей FeCl3, CuSO4, NiSO4, в каждую из них добавить по несколько капель раствора щелочи NaOH. Что наблюдается?
Написать молекулярные и ионные уравнения реакций. Указать
цвет осадков и дать названия этим веществам.
в) Налить в отдельные пробирки по 0,5-1 мл растворов
солей Hg(NO3)2 и Pb(CH3COO)2, добавить в каждую по несколько капель иодида калия KI. Что наблюдается? Написать
уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Указать
цвет осадков и назвать труднорастворимые вещества.
99
г) Налить в отдельные пробирки по 0,5-1 мл растворов
солей BaCl2 и Hg2(NO3)2, добавить в каждую по несколько капель хромата калия K2CrO4. Что наблюдается? Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах, указать цвет
осадков и назвать труднорастворимые вещества.
Задание №2. Получение газообразного вещества
а) К 0,5-1 мл раствора хлорида аммония NH4Cl добавить
такой же объём раствора щелочи. Обратить внимание на появление запаха при встряхивании. Написать ионно-молекулярные уравнения реакции, протекающей в растворе. Нагреть содержимое пробирки и поднести к её отверстию влажную красную лакмусовую бумагу (не касаясь стенок пробирки). Что
наблюдается? Почему? Написать уравнение реакции.
Сделать вывод по выполненным заданиям.
V.IX ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Водные растворы солей имеют разные значения рН и показывают различную реакцию среды – кислую, щелочную или
нейтральную.
Например, водный раствор нитрата алюминия Al(NO3)3
имеет кислую среду (рН<7), раствор карбоната натрия Na2CO3
– щелочную среду (рН > 7), растворы хлорида натрия NaCl и
нитрита свинца Pb(NO2)2 – нейтральную среду (рН = 7). Эти
соли не содержат в своем составе ионы водорода Н+ или гидроксид-ионы ОН¯, которые определяют среду раствора. Изменение рН объясняется тем, что в водных растворах соли подвергаются гидролизу.
Гидролизом соли называется взаимодействие ионов
соли с водой, в результате которого образуются слабые
электролиты.
Например, раствор ацетата натрия CH3COONa имеет щелочную реакцию среды. Эта соль, как сильный электролит, при
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]