контр. раб.1 МА,НТ ХИМИЯ

11

ЗАДАНИЕ 3 ИОННО-ОБМЕННЫЕ РЕАКЦИИ

Ионно-обменные реакции протекают в том случае, когда в результате взаимодействия ионов образуется: газ, осадок, слабый электролит или комплексное соединение.

Существуют 3 формы записи ионных реакций: молекулярная, полная и сокращенная ионные формы. В ионных формах реакции сильные, хорошо растворимые электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты, малорастворимые и газообразные вещества записывают в виде молекул. В сокращенной ионной форме одинаковые ионы из обеих частей уравнения исключаются. При написании ионных форм следует помнить, что сумма электрических зарядов в левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов правой части уравнения.

Пример

Написать уравнения реакций взаимодействия между водными растворами следующих веществ:

а) НС1 и NaOH; б) Pb(N03)2 и Na2S; в) К2С03 и H2S04; г) СН3СООН и NaOH.

Решение Запишем уравнения взаимодействия указанных веществ в молекулярной форме:

Отметим, что взаимодействие этих веществ возможно, т.к. в результате реакций происходит образование слабого электролита (Н20), осадка (PbS ) и газа (С02).

В тех случаях, когда малорастворимые вещества (или слабые электролиты) имеются как среди исходных веществ, так и среди продуктов реакции, реакции являются обратимыми. Равновесие таких реакций смещается в сторону образования наименее растворимых или наименее диссоциированных веществ. В реакции (г) два слабых электролита – слабая кислота СН3СООН и вода. Равновесие сильнее смещено в сторону образования воды, так как константа диссоциации воды– 1,8·10–16 ,что значительно меньше константы диссоциации СН3СООН = 1,8·10–5.

Запишем соответствующие реакции в ионной форме:

Исключив одинаковые ионы из обеих частей равенства получим сокращенные ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций:

12

Вывод: реакции протекают за счет образования: а) слабого электролита Н20; б)

осадка PbS; в) газа С0 и слабого электролита Н0 ; г) слабых электролитов Н 0 и

2 2 2

СНзСООН.

Контрольные вопросы

Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодей-

53.Какое из веществ: KHCО3, CH3COOH, Na2SО4, Na2S - взаимодействует с раствором серной кислоты? Запишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.

54.Какие из веществ А1(ОН)3, H2SО4, Ва(ОН)2 - будут взаимодействовать с гидроксидом калия? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-

13

60. Какие из веществ: NaCl, NiSO4, Be(OH)2, КНСОз - взаимодействуют с раствором гидроксида натрия. Запишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.

ЗАДАНИЕ 4

ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

При растворении в воде солей, образованных слабой кислотой или слабым основанием, протекает процесс их взаимодействия с водой, в результате чего изменяется кис- лотно-основной характер среды.

+-

Вчистой воде концентрации ионов Ни ОН равны между собой. Произведение

молярных концентраций ионов H+ и ОН- представляет собой ионное произведение воды КH2О = [Н+] [ОН-] = 10-14 (при 25°С). В нейтральной среде [Н+]= [ОН-] = 10-7 моль/л, в кислой среде [Н+]>10-7 моль/л, а в щелочной среде [Н+] < 10-7 моль/л.

Для определения реакции среды удобно пользоваться отрицательным десятичным логарифмом молярной концентрации ионовH+. Эта величина называется водородным показателем - рН.

pH= -lg[H+],

Внейтральной среде рН = 7.

Вкислой среде рН < 7.

Вщелочной среде рН > 7.

Химическое обменное взаимодействие ионов растворенной соли с водой, приводящее к образованию слабодиссоциирующих продуктов и сопровождающееся изменением рН среды, называется гидролизом.

Пример

Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: а)

14

разуют анионы кислой соли НСO3-. В обычных условиях гидролиз идет по первой сту-

пени. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:

СО32- + H20 ↔ HCO3- +ОН-

или в молекулярной форме

Na2CО3 + Н2O ↔ NaHCО3 + NaOH ,

В растворе появляется избыток ионов ОН-, поэтому раствор Na2CО3 имеет щелочную реакцию (рН > 7).

в) Сульфат цинка ZnSО4 - соль слабого многокислотного основания Zn(OH)2 и сильной кислоты H2SО4 . В этом случае катионы Zn2- связывают гидроксильные ионы воды,

образуя катионы основной соли ZnOH+. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза: Zn2+ + Н2O ↔ ZnOH++Н+

или в молекулярной форме

2ZnSО4 + 2Н2О ↔ (ZnOH)2SО4 + H2SО4.

В растворе появляется избыток ионов водорода, поэтому раствор ZnSО4 имеет кислую реакцию (рН < 7).

Вывод: гидролиз протекает за счет образования: а) слабой кислоты HCN; б)слабого электролита HCO3-; в) слабого электролита ZnOH +.

Контрольные вопросы

61. Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнение совместного гидролиза, происходящего при смешивании растворов K2S и СrСl3.

62.К раствору FeCl3 добавили следующие вещества: а) НС1, б) КОН, в) ZnCl2, г) Na2CO3. В каких случаях гидролиз хлорида железа(Ш) усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярное уравнение гидролиза FeCl3.

63.Какие из солей A12(SO4)3, K2S, Pb(NO3)2, КС1 подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

64.При смешивании раствораFeCl3 и Na2CO3 каждая из взятых солей гидролизует необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.

65.К раствору Na2CO3 добавили следующие вещества: а) НС1, б) NaOH, в) Cu(NO3)2, г) K2S. В каких случаях гидролиз карбоната натрия усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнение гидролиза Na2CO3.

66.Какое значение рН(>7<) имеют растворы солейNa2S, А1С13, Na2SO4? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

67.Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза солей Pb(NO3)2, СН3СООК, Fe2(SO4)3. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

68.Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза солей СНСООК, ZnSO ,

3 4

Аl(NO3)3. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

15

69. Какое значение рН (>7<) имеют растворы солей Na3PO4, K2S, CuSO4 ? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

70.Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза солейCuCl2, Cs2CO3, Cu(NO3)3. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

71.Какие из солейRbCl, Cr2(SO4)3, Ni(NO3)2, Na2SO3 подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

72.К раствору A12(SO4)3 добавили следующие вещества: a) H2S04, б) КОН, в) Na2SO3, г) ZnS04. В каких случаях гидролиз сульфата алюминия усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярное уравнение гидролиза соли. A12(SO4)3.

73.Какая из двух солей при равных условиях в большей степени подвергается гидролизу: Na2S или Na2Se, FeCl2 или FeCl3? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

74.При смешивании растворов A12(SO4)3 и Na2CO3 каждая из взятых солей гидролизируется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнение происходящего совместного гидролиза.

76. Какая из двух солей при равных условиях в большей степени подвергается гидролизу: Na2CO3 или Na2SiO3, FeCl2 или FeCl3? Почему? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

77.Составьте ионно-молекулярные реакции гидролиза соли, раствор которой имеет: а) щелочную реакцию; б) кислую реакцию.

78.Какое значение рН(>7<) имеют растворы следующих солей: К3Р04, Pb(N03)2, Na2S? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

79. Какие из солей K2CO3, FeCl3, K2SO4 подвергаются гидролизу? Составьте ионномолекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какие значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

80.При смешивании растворов A12(SO4)3 и Na2SO3 каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.

ЗАДАНИЕ 5

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Окислительно-восстановительными называются реакции, сопровождающиеся изменением степеней атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Под степенью окисления понимают условный заряд атома в соединении, исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов.

16

Окисление-восстановление - это единый, взаимосвязанный процесс. Окисление приводит к повышению степени окисление восстановителя, а восстановление - к ее снижению у окислителя.

Элемент в высшей степени окисления проявляет только окислительные свойства, в низшей - только восстановительные свойства, а в промежуточнойкак окислительные, так и восстановительные свойства.

Пример

Составьте уравнение реакции взаимодействия цинка с концентрированной серной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней.

Решение Цинк, как любой металл, проявляет только восстановительные свойства. В кон-

центрированной серной кислоте окислительную функцию несет сера(+6). Максимальное восстановление серы означает, что она приобретает минимальную степень окисления.

Минимальная степень окисления серы как р-элемента VI группы равна -2. Цинк как металл II группы имеет постоянную степень окисления+2. Отражаем сказанное в электронных уравнениях:

Число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, принятых окислителем, поэтому первое электронное уравнение нужно умножить на коэффициент 4. а второе - на 1.

Составляем уравнение реакции:

4Zn + 5H2S04 = 4ZnS04 + H2S + 4H20 .

Перед H2S04 стоит коэффициент 5, а не 1, так как четыре молекулыH2S04 идут на связывание четырех ионов Zn2+.-

Вывод: реакция протекает за счет окисления Zn серной кислотой.

Контрольные вопросы

81 .Исходя из степени окисления хлора в соединениях НСl, НСlO3, HClO4 определите, какое из них является окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакц:

КВr + КВrO3 + H2SO4→Вr2 + K2SO4 + Н2O.

82.Реакции выражаются схемами:

Р + НIO3 + Н2O → Н3Р04 + НI H2S + С12 + Н2O → H2S04 + НС1 .

Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реак-

N+3 → N-3, S-2 → S0.

17

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

K2SO3 + KMnO4 + H2S04 → K2S04 + MnSO4 + Н2O.

84. Исходя из степени окисления фосфора в соединениях РН, Н РO , Н РО Опреде-

3 3 4 3 3

лите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

PbS + HN03 → S + Pb(NO3 )2 + NO + Н2O. 85. Смотрите условие задачи 82.

Р + HNО3 + Н20 → Н3РO4 + NO,

KMnO4 + Na2SO3 + KOH→ K2MnO4 + Na2SO4 + Н2O,

86.Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс - окисление или вос-

становление происходит при следующих превращениях:

Мn+6 → Мn+2, С1+5 → Сl; N-3 → N+5,

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

Сu2O + НNО3→ Cu(NO3)2 + NO +Н2O. 87.Смотрите условие задачи 82.

HNO3 + Са → NH4NO3 + Ca(NO3)2 + Н2O ,

K2S + KMnO4+ H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + H2O.

88. Исходя из степени окисления хрома, йода и серы в соединениях 2КСг2O7, KI, H2SO3 определите, только какое из них является окислителем, какое восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

NaCrO2 + РbO2 + NaOH → Na2CrO4 + Na2PbO2 + H2O. 89.Смотрите условие задачи 82.

H2S + Cl2 + H2O → H2S04 + HCl,

K2Cr2O7 +H2S + H2SO4 → S + Cr2(SO4)3 +K2SO4 + H2O. 90.Смотрите условие задачи 82.

КСlO3 + Na2SO3 → КС1 + Na2SO4,

KMnO4 + HBr → Br2 + KBr + MnBr2+H2O. 91.Смотрите условие задачи 82.

P + НСlO3+ H2O → Н3РO4+ НС1,

Н3AsO3 + KMnO4 + H2SO4 → Н3AsO4 + MnSO4 + K2SO4 + Н2O. 92. Смотрите условие задачи 82.

NaCrO2 + Br2 + NaOH → Na2CrO4 + NaBr + Н2O, FeS + HNO3 → Fe(NO3)2 + S + NO2 + H2O.

93. Смотрите условие задачи 82. HNO3 + Zn → N2O + Zn(NO3)2 +H2O,

FeSO4 + КСlO3 + H2SO4→Fe2(SO4)3 + KC1 + H2O. 94. Смотрите условие задачи 82.

K2Cr2O7 + HC1 →Cl2 + СrС13 + KC1 + H2O,

Au + HNO3 + HC1 → AuCl3 + NO + H2O.

18

95.Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции междуществами: a)NH3 и KMnO4, 6)HNO2 и HI, в) НСl и H2Se ? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

КМnO4 + KNO, + H2SO4 → MnSO4 + KNO3 + K2SO4 + H2O. 96. Смотрите условие задачи 82.

НС1 + СrО3 → Cl2 +СrС13 +Н20,

Cd + KMnO4 + H2SO4→ CdSO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O. 97 Смотрите условие задачи 82.

Сг2O3 + КСlO3 + КОН → К2СЮ4 + КС1+Н20,

MnSO4 + РbO2 + HNO3 → HMnO4 + Pb(NO3)2 + PbSO4 + Н2O. 98.Смотрите условие задачи 82.

H2SO3 + НСlO3 → H2S04 + НС1,

FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4→ Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O. 99. Смотрите условие задачи 82.

I2 + Cl2 + H2O → HIO3 + HC1,

K2Cr2O7 + H3PO3 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 +H3PO4 + K2S04 + H2O.

100. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции меж веществами: а) РН3 и НВr, б) К2Сr2O7 и Н3РO3, в) Н3РO4 и H2S ? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции:

AsH3 + HNO3 → Н3AsO4 + NO2 + Н2O.

ЗАДАНИЕ 6

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕТЫ

Гальванический элемент - это устройство, позволяющее непосредственно превращать химическую энергию в электрическую.

В основе работы гальванического элемента лежит разница электродных потенциалов, возникающих на границе электродраствор. Абсолютные значения элек-1родных потенциалов неизвестны, поэтому на практике пользуются их относительными значениями по отношению к «водородному» электроду. В случае стандартных условий получают стандартные электродные потенциалы (φ °),значение которых приведены в таблице 1.

Таблица 1. Стандартные электронные потенциалы (φ°) некоторых металлов (ряд напряжений)

20

Одна вертикальная линия обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две линии - границу раздела двух жидких фаз. Магний имеет меньший потенциал (φ°= -2,37 В) является анодом:

Mg0-2e = Mg2+.

Цинк, потенциал которого φ°= -0,763 В - катод, то есть электрод на котором протекает восстановительный процесс:

Zn2+ + 2е = Zn°.

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, характеризующее работу данного гальванического элемента, можно получить сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов:

Mg +Zn2+ = Mg2+ + Zn ,

Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует -вы честь потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 моль/л, то ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов двух его электродов:

ЭДС= φ° (Zn2+/Zn) - φ° (Mg2+/Mg)= -0,763 -(-2,37)= 1,607 В.

Пример 2 Магниевую пластину опустили в раствор её соли. При этом электродный потенциал

магния оказался равен-2,41 В. Вычислите молярную концентрацию ионов магния в растворе.

Решение. Подобные задачи решаются на основании уравнения Нернста.

- 2,41 = -2,37 + 0,059 lg C 2

-0,04 = 0,0295 lg С

lg C - 0,04 = -1,3559 = 2,6441 0,0295

C(Mg2+) = 4,410-2 моль/л.

Ответ: [Mg2+] =4,4-10-2 моль/л.