Билет № 28

1. Что такое «растворы» и какие они бывают (классификация)?

Растворы – это гомогенные (однофазные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ (компонентов).

По характеру агрегатного состояния растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Обычно компонент, который в данных условиях находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, считают растворителем, остальные составляющие раствора – растворенными веществами. В случае одинакового агрегатного состояния компонентов растворителем считают тот компонент, который преобладает в растворе. Подробнее остановимся на жидких растворах, в которых растворитель – жидкость. По исходному состоянию растворяемого вещества (г, ж или т) жидкие растворы можно разделить на 3 группы: (ж + г), (ж + ж) и (ж + т). К первой из них относятся такие системы, как соляная, сероводородная, сернистая кислоты, представляющие собой водные растворы газообразных HCl, H₂S, SO₂. К системе (ж + ж) относятся растворы спиртов, эфиров, серной и азотной кислот в воде. При этом растворенным веществом считается тот компонент, который сообщает системе специфические свойства. Третья группа растворов является самой многочисленной, т.к. к ней относятся водные растворы большинства солей, щелочей, твердых кислот (например, борной, лимонной). По типу взятого растворителя различают водные (Н₂О) и неводные растворы (бензол, хлороформ, ацетон и др.)

Движущими силами образования растворов являются энтропийный и энтальпийный факторы. При растворении газов в жидкости энтропия всегда уменьшается ΔS < 0, а при растворении кристаллов возрастает (ΔS > 0). Чем сильнее взаимодействие растворенного вещества и растворителя, тем больше роль энтальпийного фактора в образовании растворов. Знак изменения энтальпии растворения определяется знаком суммы всех тепловых эффектов процессов, сопровождающих растворение, из которых основной вклад вносят разрушение кристаллической решетки на свободные ионы (ΔH > 0) и взаимодействие образовавшихся ионов с молекулами растворителя (сольтивация, ΔH < 0). При этом независимо от знака энтальпии при растворении (абсолютно нерастворимых веществ нет) всегда ΔG = ΔH – T∙ΔS < 0, т. к. переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочиванию. Для жидких растворов (расплавов) процесс растворения идет самопроизвольно (ΔG < 0) до установления динамического равновесия между раствором и твердой фазой.

В зависимости от размеров частиц растворы делятся на истинные (гомогенный) и коллоидные (гетерогенные). В истинных растворах мельчайшие частицы растворенного вещества равномерно распределены между молекулами растворителя; в коллоидных растворах не растворившиеся до конца частицы равномерно распределены между молекулами растворителя. Истинные растворы термодинамически устойчивы, время жизни стремится к бесконечности.

Растворы с меньшей концентрацией называются ненасыщенными, насыщенными – концентрация растворенного вещества максимальна при данной температуре и давлении.

Растворы имеют чрезвычайно большое практическое значение, в них протекают многие химические реакции, в том числе и лежащие в основе обмена веществ в живых организмах.

2. Формула связи константы гидролиза со степенью гидролиза.

Связь константы гидролиза со степенью гидролиза выводится подобно закону разбавления Оствальда и записывается так:

C – концентрация соли в моль/л.

Для малых значений α_r

(Индекс везде «r»)

3. Напишите варианты реакций получения кислот при взаимодействии солей и других кислот (условия протекания таких реакций).

Кислоты вступают во взаимодействие с растворами солей, если выполняется одно из условий протекания реакции ионного обмена до конца ( выпадает осадок или выделяется газ), например: при взаимодействии серной кислоты с раствором силиката натрия образуется осадок кремниевой кислоты. H₂SO₄ + Na₂SiO₃ = H₂SiO₃ + Na₂SO_4. Реакция протекает за счёт связывания катионов водорода с силикат-ионами. При взаимодействии соляной кислоты с раствором карбоната натрия выделяется углекислый газ и образуется вода: 2HCl + Na₂CO₃ = 2NaCl + CO₂ + H₂O. Реакция протекает за счёт связывания катионов водорода и карбонат-ионов.

AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3

2NaNO3 + H2SO4 = Na2SO4 + 2HNO3

CaCl2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + 2HCl

Билет № 29

1. Дайте определение электролитам и неэлектролитам, в чем разница свойств их растворов.

Электролит-вещество, которое в расплаве или растворе диссоциирует на ионы (неорганические и органические кислоты, соли, основания – KBr, CH3COOH, NaOH). Неэлектролит-вещество, которое в растворе не диссоциирует на ионы (кислород, водород, многие органические вещества - сахара, эфиры, бензол и др.). В молекулах этих веществ существуют ковалентные не полярные или малополярные связи, которые не распадаются на ионы. Растворы электролитов проводят ток, растворы же неэлектролитов не способны проводить ток.

2. Формула произведения растворимости в системе «труднорастворимый электролит - его насыщенный раствор».

К равновесным системам следует отнести также и систему труднорастворимый электролит - его насыщенный раствор. В этом случае мы имеем дело с динамическим гетерогенным равновесием осадок насыщенный раствор, например,

В этом растворе концентрация ионов очень мала и вследствие этого взаимодействие их друг с другом практически отсутствует. Константу равновесия для гетерогенной системы можно записать так:

концентрацию твердой фазы АgСlk можно считать постоянной, тогда

С другой стороны,

Так как постоянные величины, то

В общем виде для уравнения

В насыщенном растворе труднорастворимого сильного электролита произведение концентрации его ионов в степенях стехиометрических коэффициентов при данной температуре есть величина постоянная, называемая произведением растворимости (ПР). Произведение растворимости характеризует растворимость труднорастворимого электролита при данной температуре. Из двух однотипных солей, например, СаSО4 с ПР = 2,5*10-5 и ВаSО4 с ПР = 1,1*10-10, большей растворимостью обладает та соль, у которой ПР больше. Концентрация каждого иона в насыщенном растворе электролита может быть изменена, но при этом изменяется и концентрация другого иона так, что произведение концентраций сохраняет прежнюю величину. Поэтому, если в насыщенный раствор электролита ввести некоторое количество одного из ионов, входящих в состав электролита, то концентрация другого иона должна уменьшиться и часть растворенного электролита выпадет в осадок, то есть растворимость электролита понижается от введения в раствор одноименных ионов. В общем виде растворимость L труднорастворимого электролита AnBm определяется соотношением

3. Напишите варианты реакций получения оснований при взаимодействии металлов с водой.

2Na + 2H2O = 2 NaOH + H2

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + H2

2K + 2H2O = 2 KOH + H2

Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2