Растворы; электролитическая диссоциация; гидролиз солей
Электронное учебное пособие
Растворы; электролитическая диссоциация; гидролиз солей
В результате изучения данной темы вы узнаете:
В результате изучения данной темы вы научитесь:
Учебные вопросы:9.1. Растворы и их классификацияРастворами называют гомогенные системы, в которых одно вещество распределено в среде другого (других) веществ. Растворы состоят из растворителя и растворенного вещества (веществ). Эти понятия условны. Если одним из составляющих растворов веществ является жидкость, а другими — газы или твердые вещества, то растворителем обычно считают жидкость. В других случаях растворителем считают тот компонент, которого больше. Газообразные, жидкие и твердые растворы В зависимости от агрегатного состояния растворителя различают газообразные, жидкие и твердые растворы. Газообразным раствором является, например, воздух и другие смеси газов. Морская вода — наиболее распространенный жидкий раствор различных солей и газов в воде. К твердым растворам принадлежат многие металлические сплавы. Истинные и коллоидные растворы По степени дисперсности различают истинные и коллоидные растворы (коллоидные системы). При образовании истинных растворов растворенное вещество находится в растворителе в виде атомов, молекул или ионов. Размер частиц в таких растворах равен 10 –7 — 10 –8 см. Коллоидные растворы относятся к гетерогенным системам, в которых частицы одного вещества (дисперсная фаза) равномерно распределены в другом (дисперсионная среда). Размер частиц в дисперсных системах находится в пределах от 10 –7 см до 10 –3 и более см. Следует отметить, что здесь и далее везде мы будем рассматривать истинные растворы. Ненасыщенные, насыщенные и пересыщенные растворы Процесс растворения связан с диффузией, т. е. с самопроизвольным распределением частиц одного вещества между частицами другого. Так, процесс растворения твердых веществ, имеющих ионное строение, в жидкостях можно представить следующим образом: под влиянием растворителя разрушается кристаллическая решетка твердого вещества, а ионы распределяются равномерно по всему объему растворителя. Раствор останется ненасыщенным до тех пор, пока в него может переходить еще некоторое количество вещества. Раствор, в котором вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в состоянии равновесия с твердой фазой растворяемого вещества, называется насыщенным. Растворимость данного вещества равна его концентрации в насыщенном растворе. При строго определенных условиях (температура, растворитель) растворимость есть величина постоянная. Если растворимость вещества увеличивается с ростом температуры, то охлаждая насыщенный при более высокой температуре раствор, можно получить пересыщенный раствор, т.е. такой раствор, концентрация вещества в котором выше концентрации насыщенного раствора (при данных температуре и давлении). Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Легкое сотрясение сосуда или введение в раствор кристаллов вещества, находящегося в растворе, вызывает кристаллизацию избытка растворенного вещества, и раствор становится насыщенным. Разбавленные и концентрированные растворы Не следует путать ненасыщенный и насыщенный растворы с разбавленным и концентрированным. Понятия разбавленный и концентрированный растворы – относительные и между ними нельзя провести четкой границы. Они определяют соотношение между количествами растворенного вещества и растворителя. В общем случае, разбавленные растворы – это растворы, содержащие небольшие количества растворенного вещества по сравнению с количеством растворителя, концентрированные – с большим содержанием растворенного вещества. Например, если при 20 o С растворить в 100 г воды 25 г NaCl, то полученный раствор будет концентрированным, но ненасыщенным, поскольку растворимость хлорида натрия при 20 o С составляет 36 г в 100 г воды. Максимальная масса AgI, которая растворяется при 20 o С в 100 г Н2О равна 1,3·10 –7 г. Полученный при этих условиях раствор AgI будет насыщенным, но очень разбавленным. 9.2. Физическая и химическая теория растворов; тепловые явления при растворенииФизическая теория растворов была предложена В. Оствальдом (Германия) и С. Аррениусом (Швеция). Согласно этой теории частицы растворителя и растворенного вещества (молекулы, ионы) равномерно распределяются по всему объему раствора вследствие процессов диффузии. При этом между растворителем и растворенным веществом отсутствует химическое взаимодействие. Химическая теория была предложена Д.И. Менделеевым. Согласно представлениям Д.И. Менделеева между молекулами растворяемого вещества и растворителем происходит химическое взаимодействие с образованием неустойчивых, превращающихся друг в друга соединений растворенного вещества с растворителем – сольватов. Русские ученые И.А. Каблуков и В.А. Кистяковский объединили представления Оствальда, Аррениуса и Менделеева, заложив тем самым основу современной теории растворов. Согласно современной теории в растворе могут существовать не только частицы растворенного вещества и растворителя, но и продукты физико-химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем – сольваты. Сольваты – это неустойчивые соединения переменного состава. Если растворителем является вода, их называют гидратами. Сольваты (гидраты) образуются за счет ион-дипольного, донорно-акцепторного взаимодействий, образования водородных связей и т.д. Например, при растворении NaCl в воде между ионами Na + , Cl – и молекулами растворителя возникает ион-дипольное взаимодействие. Образование гидратов аммиака при его растворении в воде происходит за счет образования водородных связей. Гидратная вода иногда настолько прочно связывается с растворенным веществом, что выделяется вместе с ним из раствора. Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами, а вода, входящая в состав таких кристаллов, называется кристаллизационной. Примерами кристаллогидратов является медный купорос CuSO4·5H2O, алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2·12H2O. Тепловые эффекты при растворении В результате изменения структуры веществ при переходе их из индивидуального состояния в раствор, а также в результате происходящих взаимодействий изменяются свойства системы. На это указывают, в частности, тепловые эффекты растворения. При растворении происходят два процесса: разрушение структуры растворяемого вещества и взаимодействие молекул растворенного вещества с молекулами растворителя. Взаимодействие растворенного вещества с растворителем называется сольватацией. На разрушение структуры растворяемого вещества затрачивается энергия, а взаимодействие частиц растворенного вещества с частицами растворителя (сольватация) – процесс экзотермический (идет с выделением теплоты). Таким образом, процесс растворения может быть экзотермическим или эндотермическим, в зависимости от соотношения этих тепловых эффектов. Например, при растворении серной кислоты наблюдается сильное разогревание раствора, т.е. выделение теплоты, а при растворении нитрата калия – сильное охлаждение раствора (эндотермический процесс) . 9.3. Растворимость и ее зависимость от природы веществРастворимость – наиболее изученное свойство растворов. Растворимость веществ в различных растворителях колеблется в широких пределах. В табл. 9.1 приведена растворимость некоторых веществ в воде, а в табл. 9.2 – растворимость йодида калия в различных растворителях. Таблица 9.1.Растворимость некоторых веществ в воде при 20 o С Урок №8. Диссоциация кислот, оснований и солейДиссоциация кислот, оснований и солей в водных растворах С помощью теории электролитической диссоциации дают определения и описывают свойства кислот, оснований и солей. Диссоциация кислот Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода (H + ) Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато: Н 3 РО 4 ↔ Н + + Н 2 РО — 4 (первая ступень) – дигидроортофосфат ион Н 2 РО — 4 ↔ Н + + НРO 2- 4 (вторая ступень) – гидроортофосфат ион НРО 2- 4 ↔ Н + + PО З- 4 (третья ступень) – ортофосфат ион Диссоциация многоосновной кислоты протекает главным образом по первой ступени, в меньшей степени по второй и лишь в незначительной степени — по третьей. Диссоциация оснований Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы (OH — ) Щёлочи – это основания, растворимые в воде (основания щелочных и щелочноземельных металлов) : LiOH, NaОН, КОН, RbОН, СsОН, FrОН и Са(ОН) 2 , Sr(ОН) 2 , Ва(ОН) 2 , Rа(ОН) 2 , а также NН 4 ОН Примеры уравнений диссоциации щелочей: NH 4 OH ↔ NH + 4 + OH — Многокислотные основания диссоциируют ступенчато: Ba(ОН) 2 → Bа(ОН) + + OH — (первая ступень) Ba(OH) + ↔ Ba 2+ +OH — (вторая ступень) Диссоциация амфотерных оснований (амфолитов) Амфолиты — это электролиты, которые при диссоциации одновременно образуют катионы водорода (H + ) и гидроксид-ионы (OH — ) Диссоциацию амфотерного гидроксида цинка Zn(ОН) 2 можно выразить уравнением: 2ОН — + Zn 2+ + 2Н 2 О ↔ Zn(ОН) 2 + 2Н 2 О ↔ [Zn(ОН) 4 ] 2- + 2Н + Диссоциация солей Солями называются электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов, а также катион аммония (NH + 4 ) и анионы кислотных остатков. Диссоциация средних солей Na 3 PO 4 →3Na + + PO 3- 4 Кислые и основные соли диссоциируют ступенчато. Диссоциация кислых солей У кислых солей вначале отщепляются ионы металлов, а затем катионы водорода. KHSO 4 → K + + HSO — 4 HSO — 4 ↔ H + + SO 2- 4 Диссоциация основных солей У основных солей вначале отщепляются кислотные остатки, а затем гидроксид-ионы. MgOHCl → MgOH + + Cl — MgOH + ↔ Mg 2+ + OH — ЗАДАНИЕ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ Используя таблицу растворимости солей, кислот, оснований напишите уравнения диссоциации следующих веществ: HF, Mg(OH) 2 , CaCl 2 , Zn(NO 3 ) 2 , Ba(OH) 2 , K 2 SO 4 , H 2 SiO 3 , FeI 3 , NiCl 2 , H 3 PO 4 , Ca(OH) 2 , Na 2 CO 3 , Na 3 PO 4 , HNO 3 , KOH, Ba(OH) 2 , H 2 SO 3 , Ca(NO 3 ) 2 , Ca 3 (PO 4 ) 2 , H 2 S, NaOH, HBr Уравнение электролитической диссоциации основных солейС помощью теории электролитической диссоциации дают определения и описывают свойства кислот, оснований и солей. I. Электролитическая диссоциация кислот Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода (H + ) 1. Электролитическая диссоциация одноосновных кислот Кислоты состоят не из ионов, а из молекул. Возникает вопрос – как же тогда кислота диссоциирует, т. е как в кислотах образуются свободные заряженные частицы? Оказывается, ионы образуются в растворах кислот именно при растворении. Рассмотрим процесс электролитической диссоциации хлороводорода в воде, но для этого запишем строение молекул хлороводорода и воды. Обе молекулы образованы ковалентной полярной связью. Электронная плотность в молекуле хлороводорода смещена к атому хлора, а в молекуле воды – к атому кислорода. Молекула воды способна оторвать катион водорода от молекулы хлороводорода, при этом образуется катион гидроксония Н3О + . В уравнении реакции электролитической диссоциации не всегда учитывают образование катиона гидроксония – обычно говорят, что образуется катион водорода. Тогда уравнение диссоциации хлороводорода выглядит так: HCl⇄H + + Cl — При диссоциации одного моля хлороводорода образуются один моль катиона водорода и один моль хлорид — анионов. 2. Электролитическя диссоциация многоосновных кислот Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато. Рассмотри процесс электролитической диссоциации серной кислоты. Серная кислота диссоциирует ступенчато, в две стадии. I–я стадия диссоциации На первой стадии отрывается один катион водорода и образуется гидросульфат-анион. II — я стадия диссоциации На второй стадии происходит дальнейшая диссоциация гидросульфат — анионов. Эта стадия является обратимой, то есть, образующиеся сульфат — ионы могут присоединять к себе катионы водорода и превращаться в гидросульфат — анионы. Это показано знаком обратимости. Существуют кислоты, которые даже на первой стадии диссоциируют не полностью – такие кислоты являются слабыми. Например, угольная кислота Н2СО3. Н3РО4 ↔ Н + + Н2РО4 — (первая ступень) – дигидроортофосфат ион Н2РО — 4 ↔ Н + + НРO4 2- (вторая ступень) – гидроортофосфат ион НРО 2- 4 ↔ Н + + PО4 З- (третья ступень) – ортофосфат ион Диссоциация многоосновной кислоты протекает главным образом по первой ступени, в меньшей степени по второй и лишь в незначительной степени — по третьей. II. Электролитическая диссоциация оснований Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы (OH — ) Диссоциация амфотерных оснований (амфолитов) Щёлочи – это основания, растворимые в воде Это основания щелочных и щелочноземельных металлов : LiOH, NaОН, КОН, Rb ОН, С s ОН, Fr ОН и Са(ОН)2, Sr(ОН)2, Ва(ОН)2, R а(ОН)2, а также NН4ОН Амфолиты — это электролиты, которые при диссоциации одновременно образуют катионы водорода (H + ) и гидроксид-ионы ( OH — ) Примеры уравнений диссоциации щелочей Многокислотные основания диссоциируют ступенчато: Ba(ОН)2 -> Bа(ОН) + + OH — (первая ступень) Ba(OH) + ↔ Ba 2+ +OH — (вторая ступень) Примеры уравнений диссоциации амфолитов Диссоциацию амфотерного гидроксида цинка Zn(ОН)2 можно выразить уравнением: Нерастворимые в воде основания практически не подвергаются электролитической диссоциации, так как в воде они практически нерастворимы, а при нагревании – разлагаются, так что расплав их получить не удается. III. Электролитическая диссоциация солей Солями называются электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов а также катион аммония (NH + 4) и анионы кислотных остатков. Например, диссоциация средних солей : Кислые же и основные соли диссоциируют ступенчато: Диссоциация кислых солей Диссоциация основных солей У кислых солей вначале отщепляются ионы металлов, а затем катионы водорода. У основных солей вначале отщепляются кислотные остатки, а затем гидроксид-ионы. Mg(OH)Cl -> Mg(OH) + + Cl — Mg (OH) + ↔ Mg 2+ + OH — IV. Тренажеры Тренажёр №2 — Катионы и анионы Интерактивное задание LearningApps.org по теме: “Химические свойства растворов кислот» V. Памятки Памятка – Определение солей VI. Задания для закрепления Задание №1. Используя таблицу растворимости солей, кислот, оснований напишите уравнения диссоциации следующих веществ: Задание №2. Используя таблицу растворимости солей, кислот, оснований напишите уравнения диссоциации следующих веществ: Ca(OH)2, Na2CO3, Na3PO4, HNO3, KOH, Ba(OH)2, H2SO3, Ca(NO3)2, Ca3(PO4)2, H2S, NaOH, HBr источники: http://www.sites.google.com/site/himulacom/%D0%B7%D0%B2%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%BA-%D0%BD%D0%B0-%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BA/9-%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%81-%D0%B2%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B9-%D0%B3%D0%BE%D0%B4-%D0%BE%D0%B1%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F/%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BA-8-%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%BE%D1%86%D0%B8%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F-%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82-%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B9-%D0%B8-%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B9 http://kardaeva.ru/89-dlya-uchenika/9-klass/138-elektroliticheskaya-dissotsiatsiya-kislot-shchelochej-i-solej |