17.2. Приклади розв’язування типових задач

Задача1.Для отримання вапна використовуються реакція розкладу карбонату кальція. Визначити, при якій температурі починається ця реакція.

Розв`язок: Температура початку реакції визначається за формулою:T=ΔH/ΔS.

Розв’язок. Розрахуємо для реакції:CaCO₃CaO+CO₂ значення ΔHiΔS. Згідно з наслідком із закону Гесса, ΔНх.р. = (ΔН_СаО + ΔН_СаСО3 ) – ΔН_СаСО3 .

ΔH_х._р.= (-635,1 + (-393,5)) - (-1206,0) = 177,39кДж/моль. Аналогічно знаходимо ΔS_х.р. :

ΔS_х.р.= (39,7 + 231,6) - 92.9 = 160,4 Дж/моль·K= 0,1604 kДж/моль·K.

Температура початку реакції має значення:

T=177,39 / 0,1604 ≈ 1106K( ≈833°C)

Задача2: Розрахуйте pH0,01 м розчину К₂ СО_3.

Розв`язок : Калій карбонат – сіль, яка утворена сильною основою і слабкою кислотою. У водному розчині вона гідролізується за схемою:

К₂ СО₃ + 2HOH↔ 2KOH+H₂CO₃

Для солей такого типу pH розраховують за формулою:

рH= 7 + 1/2(pK_к-ти + рС_солі) .

Для H₂CO₃ (двохосновної кислоти) К₁ = 4,5·10^-7 (рК =6,35),К₂ = 4,7·10^-11 (рК = 10,33). Отже, К₂ - дуже мала величина і нею можно знехтувати.

Таким чином, рH= 7 + 1/2(6,35 + 2)≈ 11,2 .

Задача 3. Чому при додавані розчину соди до солей алюмінія випадає білий осад Al(ОH)_3, а не карбонат алюмінію.

Розв`язок: Внаслідок гідролізу Na₂CO₃ утворюється NaOH (лужне середовище).

Na₂CO₃ + 2HOH  2NaOH +H₂CO_3.

Солі алюмінію також гідролізуються, але розчини Al³⁺ слабокислі. З іншого боку, карбонат алюмінія Al₂(CO₃)₃ – сіль утворена слабою основою і слабою кислотою; солі такого типу підлягають повному гідролізу. Отже, при взаємодії солей алюмінію з розчином Na₂СO₃ фактично відбувається реакція:

Al³⁺+ 3OH^- → Al(OH)₃ ↓

Або: 2Al³⁺ + 3CO₃^2- + 6H₂O → Al(OH)₃↓ + 3H₂CO₃

17.3. Задачі для самостійного розв`язку: № 944, 949, 964.

17.4. Лабораторна робота

Необхідні прилади, устаткування, реактиви: сухі реактиви – цукрова пудра, стружка деревини, деревне вугілля, CuO, CaCO_3; розчини – H₂SO₄ (конц.), KOH, AgNO₃, NH₃, мурашина кислота (конц.), розчини хлоридів або сульфатів кальцію, магнію, барію, цинку, кадмію, купруму, феруму (2+), Na₂CO₃, NaHCO₃, K₂CO₃, KHCO₃, Na₂SiO₃, HCl (1:1 конц.). Апарат Кіппа, штатив з лапкою, пробірка з газовідвідною трубкою, ступка, стаканчики, універсальний папір.

Дослід 1. Одержання аморфного вуглецю і деревного вугілля (витяжна шафа!)

а) В стаканчик на 50 мл насипати 20-25 г цукрової пудри, змочити її ≈2 мл води і додати 10-12мл концентрованої сірчаної кислоти. Обережно перемішати скляною палочкою.Через 1-2 хв починається енергійна екотермічна реакція з виділенням газуватих продуктів:

С₁₂ H₂₂ O₁₁ + 2H₂SO₄ = 13H₂O↑ + 2SO₂↑ + 11C + CO₂ ↑

б)“суха перегонка деревини“: пробірку з газовідвідною скляною (!) трубкою заповнюють на ¾ дрібно нарізаною деривиною і закріплюють горизонтально в штативі з лапкою.Закривають пробірку с пробкою зі скляною трубкою і рівномірно прогрівають пробірку невеликим полум’ям, стежачи за перетворенням деревини. Підпаліють газ, що виділяється через трубку. Після охолодження пробірки чорний продукт (вугілля) збирають для виконання наступного досліду.

Дослід 2. Відновні властивості вугілля

Деревне вугілля ≈1-2 г розтирають у ступці з 1-2 г CuO і переносять суміш у пробірку. Закривають пробірку пробкою з газовідвідною трубкою і закріпляють горизонтально в штативі з лапкою. Пробірку сильно нагрівають; газ, що виділяється пропускають через насичиний розчин Ca(OH)₂. Спостерегають за перетворенням, що відбувається у пробірці з сумішшю CuO з вугіллям і в пробірці с розчином Ca(OH)₂. Написати рівняння відповідних реакцій, зробити висновки.

Дослід 3. Одержання і визначення властивостей оксиду карбона (2+) (сильна тяга!!!)

У колбу Вюрца наливають 10–15 мл концентрованої H₂SO₄, а уділильну лійку 5-6 мл мурашиної кислоти HCOOH. Газовідводну трубку занурюють у пробірку з аміачним розчином оксида арґентуму Ag₂O (готують розчин Ag₂O в NH₃ із розчину AgNO₃, добавляючи до нього по краплям концентрований розчин NH₃ до повного розчинення первісного осаду Ag₂O). Із ділильної лійки краплинами додають HCOOH до сірчаної (сульфатної) кислоти. Через деякий час спостерігають утворення у пробірці з аміачним розчином аргентум оксида металічного срібла у вигляді чорного порошку. Написати рівняння відповідних реакцій.

Дослід 4. Одержання і властивості оксида карбона (4+)

В апарат Кіппа кладуть кусочки мармуру, наливають розчин HCl(1:4) і відкривають кран. Спостерігають реакцію CaCO₃зHCl.

а) Пропускають газ, що утворюється, через насичиний розчин (CaOH)₂. Спостерігаютьвипадіння осаду, а через деякий час його розчинення. Написати рівняння реакцій, що відбуваються.

б) Пропускають CO₂ через воду, в яку попередньо добавлено кілька крапель нейтрального розчину лакмусу. Спостерігають зміну забарвлення розчину. Пробірку з розчином CO₂ у воді і лакмусом підігрівають до кипіння, спостерігають зміну забарвлення. Записати рівняння рівноваги, що існує у водному розчину оксида карбона (4+), знайти у таблиці значення константи дисоціації H₂CO₃ (K₁ і К₂)

Дослід 5. Одержання карбонатів і гідрокарбонатів

У пробірку наливають 1-2 мл розчинів солей металів: Ca²⁺, Mg²⁺, Ba²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, додають до них краплями розчин Na₂CO_3. Спостерігають випадіння осадів карбонатів. Повторюють дослід з розчинами цих же металів, додаючи до них розчин гідрокарбонату NaHCO_3. Порівнюють результати першого і другого дослідів.

Дослід 6. Гідроліз карбонатів і силікатів

У пробірку наливають 1-2 мл розчинів NaHCO₃, Na₂CO₃, KHCO₃, K₂CO_3, Na₂SiO₃ і додають 1-2 краплі розчину універсального індикатору. Порівнюють забарвлення розчинів зі шкалою рH, записують рівняння реакцій гідролізу солей.

Дослід 7. Одержання силікатної кислоти

а) Гідрогель силікатної кислоти : у пробірку наливають 1-2 мл розчину Na₂SiO₃, по краплям додають розчин HCl (1:1), премішують суміш. Спостерігають утворення драглистого осаду.

б) Гідрозоль силікатної кислоти: до 2-3 мл розчину Na₂SiO₃ добовляють 2-3 мл концентрованої HCl. Утворюється колоїдний розчин силікатної кислоти. Підігрівають його до кипіння. Спостерігають зміни що відбуваються.

в) В розчин силіката Na₂SiO₃ пропускають СО₂ із апарата Кіппа. Через деякий час утворюється драглистий осад Н₂SiO₃. Записують рівняння реакції. Знаходять у таблиці значення констант дисоціації Н₂СО₃ і Н₂SiO₃, роблять висновок щодо сили кислот.