Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия (Для студентов-иностранцев). Учебное пособие
.pdf
4. Реакции с образованием комплексных соединений:
CuSO4·5H2O + 4NH3 = [Cu(NH3)4]SO4 + 5H2O,
[Cu(H2O)4]2+ + SO
2-
+ H2O + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+ + SO
4
2-
+ 5H2O,
4
[Cu(H2O)4]2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O.
Ионообменные реакции в растворах электролитов идут в
направлении связывания ионов. Они идут до конца, если в результате реакции образуются:
- малодиссоциированные соединения;
- практически нерастворимые вещества (осадки);
- газообразные вещества;
- комплексные соединения.
Если эти условия не выполняются, то при смешивании растворов электролитов не наблюдается никаких признаков реакции.
В этом случае образуется смесь ионов, например:
KCl + NaNO3 KNO3 + NaCl;
K+ + Cl- + Na+ + NO
-
K+ + NO
3
-
+ Na+ + Cl-.
3
Пример. Рассчитайте степень диссоциации и равновесную
концентрацию ионов водорода азотистой кислоты HNO2 в растворе с молярной концентрацией 0,01 моль/дм3, если константа
диссоциации кислоты Kд = 5,1·10-5.
Решение
Дано:
с
(HNO2) = 0,01 моль/дм
исх.
Kд = 5,1·10
-5
Найти:
3
1. Уравнение диссоциации
азотистой кислоты:
HNO2 H+ + NO
-
.
2
α, с(Н+)
2. Азотистая кислота является слабым электролитом и концентрация кислоты (c(HNO2) / Kд = 10-2 /5,1·10-5= 196) больше
константы диссоциации более, чем в 100 раз, поэтому следует
воспользоваться пользоваться приближенным уравнением закона
разбавления Оствальда K = α2с:
5
-
101,5
10
×
2
-
.07,0
=
141
K
a
==
c
3. Константа диссоциации азотистой кислоты
K
так как с(Н+) = c(NO
+
cc
=
×
c
-
).
2
-
)NO()(H
2
=
)(HNO
2
c
2
+
)H(
c
,
)(HNO
2
Концентрацию недиссоциированной (молекулярной) части
кислоты, если пренебречь диссоциированной частью, принимаем
равной исходной концентрации электролита с(HNO2) = с
(HNO2).
исх.
Рассчитываем концентрацию ионов водорода
+ --
cKс
2
25
=××=×=
моль/дм0007,010101,5)HNO()H(
3
.
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.
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
ion product
constant for water
hydrogen ion
exponent
indicator
oeuvre ionique de
l'eau
paramètre
hydrogénique
indicateur ﻒﺷﺎﻜﻟا
تﺎﺠﺘﻨﻤﻟا نﻮﯾا
ﻲﻨﯿﺟورﺪﯿھ ﻰﻄﻌﻣ
ﺔﯿﺋﺎﻤﻟا
Вода является слабым электролитом (K(H2O) = 1,8·10
который диссоциирует на ионы:
H2O H+ + OH- или, точнее, 2H2O H3O+ + OH-.
Константа диссоциации воды имеет вид
-
cc
×
)OH()H(
.
)OH(
2
142
K
+
=
c
-16
),
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 гидроксидионов одинаковы и равны 10-7 моль/дм3, называются нейтральными. Если к нейтральному раствору прибавить кислоту, то концентрация ионов водорода увеличится, а концентрация гидроксид-ионов уменьшится в той же степени.
Растворы, в которых концентрация водород-ионов больше,
чем гидроксид-ионов c(H+) > c(OH-), называются кислыми. Аналогично, если к нейтральному раствору прибавить щелочь, то
концентрация ионов водорода уменьшится в той же степени, в
какой увеличится концентрация гидроксид-ионов.
Растворы, в которых концентрация водород-ионов меньше,
чем гидроксид-ионов c(H+) < c(OH-), называются щелочными.
Чтобы избежать неудобств, связанных с применением чисел
с отрицательными показателями степени, концентрацию водородных ионов принято выражать через водородный показатель,
обозначаемый символом pH ( читается «пэ-аш»).
Водородный показатель pH – отрицательный десятичный
логарифм концентрации водород-ионов: pH = - lg c(H+).
The pH val ue is th e n egati ve decima l logar ithm of th e concen trati on
of hydrogen ions: pH = - lg c(H+).
La valeu r du pH est le logari thme décimal négat if de la con centration
en ions hydrogène : pH = - lg c(H+).
:نﻮﯾأ ﻦﯿﺟورﺪﯿﮭﻟا ﺰﯿﻛﺮﺗ ﻦﻣ ﻲﺒﻠﺴﻟا يﺮﺸﻌﻟا mtiragol ﻮھ pH ﻦﯿﺟورﺪﯿﮭﻟا ﺮﺷﺆﻣ
.pH = - lg c(H+)
143
Зная концентрацию водород-ионов, можно определить pH
раствора и наоборот, например, если c(H+) = 10-2 моль/дм3, то pH
равен 2.
В нейтральных растворах: c(H+) = c(OH-) = 10-7моль/дм3,
поэтому p H 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 зависимо-
сти 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.
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 урав-
нению 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.
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:
pH
3
1. Уравнение диссоциации
хлороводородной кислоты:
HCl H+ + Cl-.
Решение
2. Определяют количество вещества HCl по формуле
144
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
3
.моль/дм01,0
(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.
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,
K2CO3 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.
145
Обменная реакция соли с водой, в результате которой образуется малодиссоциируемое или малорастворимое соединение,
называется гидролизом солей.
The exchange reaction of a salt with water, as a result of which a
poorly dissociated or slightly soluble compound is formed, is called salt
hydrolysis.
La réa ction d' échange d 'un sel avec l' eau, qui abouti t à la form ation
d'un composé peu dissocié ou peu soluble, est appelée hydrolyse du sel.
نﺎﺑوﺬﻠﻟ ﻞﺑﺎﻗ وأ ﺮﯿﻐﺻ ﺐﻛﺮﻣ ﻞﯿﻜﺸﺗ ﻢﺘﯾ ﻚﻟﺬﻟ ﺔﺠﯿﺘﻧو ،ﺀﺎﻤﻟﺎﺑ ﺢﻠﻤﻟا لدﺎﺒﺗ ﻞﻋﺎﻔﺗ ﻰﻋﺪﺗ
.حﻼﻣﻸﻟ ﻲﺋﺎﻤﻟا ﻞﻠﺤﺘﻟا ،ﺮﯿﻐﺻ
Рассмотрим примеры гидролиза.
1. 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).
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. Соли, образованные слабым основанием и сильной ки-
слотой (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).
146
Гидролиз солей, образованных слабым многокислотным
основанием и сильной кислотой, может происходить ступенчато.
Однако, как правило, он 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. Соли, образованные слабым основанием и слабой кисло-
той (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-, смещая равновесие диссоциации воды:
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
так как степень диссоциации NH4OH больше степени диссоциации гидрокарбонат – аниона HCO
+
+ CO
4
2-
NH4OH + HCO
3
-
.
3
-
,
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).
+
+
147
Задачи и упражнения для самостоятельной работы
1. Какая масса хлорида аммония растворится в воде массой
250 г при 90оС, если растворимость соли при данной температуре равна 70 г/100 г воды?
2. Определите массу медного купороса Cu SO4∙5H2O, необходимую для приготовления 500 г насыщенного раствора сульфата меди (II) при 30оС, если растворимость соли при данной
температуре равна 25 г/100 г воды,
3. Какая масса осадка сульфата калия из 100 г насыщенного
при 100оС раствора, охлажденного до 0оС, если известно, что в
100 г раствора при температурах 100 и 0оС содержится соответственно 15,40 и 6,85 г соли.
4. При охлаждении 300 г раствора с массовой долей соли
0,15 часть растворенной соли выпала в осадок, и массовая доля
соли стала 0,08. Чему равна масса выпавшего осадка?
5. Определите массовую долю полученного раствора, если
в 450 г воды растворили 50 г соли.
6. К раствору массой 250 г с массовой долей соли 0,1 добавили 150 г воды. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе.
7. Сколько необходимо добавить воды к 200 г раствора с
массовой долей соли 0,10, чтобы получить раствор с массовой
долей соли 0,05?
8. К раствору массой 150 г с массовой долей соли 0,06 добавили 750 г воды. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе.
5. Рассчитайте массу гипса CaSO
.
2H2O, необходимую для
4
приготовления 300 г раствора с массовой долей CaSO4 0,15.
9. К 500 cм3 исходного раствора азотной кислоты с массовой долей HNO3 0,30 (ρ = 1,70 г/см3) прибавили 1 дм3 воды. Найдите массовую долю HNO3 в полученном растворе.
10. Рассчитайте объем исходного раствора серной кислоты
с массовой долей H2SO4 0,20 (ρ = 1,14 г/см3) для приготовления
0,5 дм3 раствора серной кислоты с массовой долей H2SO4 0,08
(ρ = 1,05 г/см3).
148
11. К 1 дм3 исходного раствора серной кислоты с массовой
долей H2SO4 0,80 (ρ = 1,70 г/см3) прибавили 3 дм3 воды. Определите массовую долю H2SO4 в полученном растворе
12. К 500 cм3 исходного раствора азотной кислоты с массовой долей HNO3 0,30 (ρ = 1,70 г/см3) прибавили 1 дм3 воды. Найдите массовую долю HNO3 в полученном растворе.
13. Cмешали 800 г раствора гидроксида натрия с массовой
долей NaOH 0,20 и 400 г раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH 0,05. Рассчитайте массовую долю NaOH полученного раствора.
14. Определите молярную концентрацию раствора AgNO3,
если в 800 см3 этого раствора содержится 34,0 г AgNO3.
15. Определите массу хлорида кальция, необходимую для
приготовления 250 см3 раствора CaCl2 с молярной концентрацией
0,3 моль/дм3.
16. Какой объем воды необходимо добавить к 300 г раствора с массовой долей соли 0,20, чтобы получить раствор с массовой долей соли 0,15?
17. Какой объем воды необходимо добавить к 200 г раствора с массовой долей соли 0,10, чтобы получить раствор с массовой долей соли 0,05?
18. Определите массу карбоната натрия, необходимую для
приготовления 500 см3 раствора Na2CO3 с молярной концентрацией 1,5 моль/дм3.
19. Определите массу гидроксида калия в 800 г раствора
КОН с молярной концентрацией 3 моль/дм3 (ρ = 1,13 г/см3).
20. Рассчитайте объем исходного раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH 0,40 (ρ = 1,43 г/см3), необходимый
для приготовления 250 см3 раствора NaOH с молярной концентрацией 2 моль/дм3.
21. Рассчитайте массу сульфата калия, необходимую для
приготовления 100 см3 раствора K2SO4 c молярной концентрацией 0,4 моль/дм3.
22. 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.
149
ГЛАВА 6. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ
6.1. Оксиды
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
номенклатура nomenclature nomenclature ﺔﯿﻤﺴﺘﻟا
классификация classification classification ﻒﯿﻨﺼﺗ
графическая
формула
оксид oxide oxyde ﺪﺴﻛﺄﺗ
солеобразующий salt-forming soleobrazuyuschy ﺢﻠﻤﻠﻟ ﻞﻜﺸﻣ
амфотерный amphoteric amphotère ﺖﯿﻟﻮﻔﻣﻷا
graphic
formula
formule
graphique
ﻲﺳﺪﻨھ ﻞﻜﺷ
Оксидами называются вещества, состоящие из двух эле-
ментов, один из которых кислород в степени окисления -2.
Oxides are called substances c onsist ing of two el em ents, one of which
is oxygen in the -2 oxidation state.
Les oxydes sont a ppelés substa nces composé es d e deux éléments, d ont
l'un est l'oxygène à l'état d'oxyda tion -2.
.2 ةﺪﺴﻛﻷا ﺔﺟرد ﻰﻟإ ﻦﯿﺠﺴﻛﻷا ﺎﮭﻨﻣ ةﺪﺣاو ،ﻦﯾﺮﺻﺎﻨﻋ ﻦﻣ نﻮﻜﺘﺗ داﻮﻣ ﻲھ ﺪﯿﺴﻛﻷا
В оксидах атомы кислорода соединяются только с атомами
других элементов и не связаны между собой.
Графические формулы:
MgO Al2O
Mg = O
оксид
магния
150
3
O
Al
O
Al
O
оксид
алюминия
CO
2
O
C
O
оксид
углерода (IV)
N2O
O
N = O
O
N = O
O
оксид
азота (V)
5
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]