УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ
ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10 КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ
УЧЕБНИК
ЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ
Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22,23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5/2004
§ 7.3. Соли. Гидролиз
Взаимодействие ионов солей с водой – явление, широко распространенное в природе и играющее огромную роль как в технологии, так и в быту. От чего зависит рН океанских и речных вод, крови человека, газированной воды? Почему пекарные добавки поднимают тесто? Много других ответов поможет вам найти чтение этого раздела.
Водные растворы солей в зависимости от природы образующих их кислот и оснований могут быть кислотными, щелочными и нейтральными. Так, растворы хлорида аммония, хлорида железа или сульфата алюминия имеют кислотную среду. Растворы ацетата натрия, карбоната натрия (сода), ацетата кальция имеют основную (щелочную) реакцию. А растворы ацетата аммония, хлорида натрия (поваренная соль), сульфата натрия почти нейтральные. Почему? Кислотность раствора хлорида железа настолько велика, что в этом растворе цинк «растворяется» с выделением водорода, как в растворе соляной кислоты.
Кислотность или основность водных растворов солей объясняется протеканием в них реакций гидролиза. В широком понимании гидролиз – это любое взаимодействие вещества с водой. Сейчас мы будем изучать гидролиз как реакцию иона соли с водой.
Гидролиз – процесс, обратный нейтрализации (реакция между кислотой и основанием с выделением воды), а константа гидролиза записывается выражением, обратным выражению константы равновесия нейтрализации.
Большинство солей – сильные электролиты и находятся в водном растворе в виде ионов, поэтому уравнения реакции гидролиза следует записывать сокращенным молекульно-ионным способом, как реакцию между ионом и молекулами воды.
Характер протекания гидролиза, т. е. природа образующихся продуктов реакции, и среда получающегося раствора зависят от сочетания силы кислоты и силы основания, образующих соль. Возможны четыре варианта взаимодействия ионов соли в зависимости от ее природы.
1. Соль образована сильной кислотой и слабым основанием, например хлорид железа FeCl3, хлорид аммония NH4Cl, хлорид цинка ZnCl2, сульфат меди CuSO4.
Когда вас попросят написать уравнение реакции гидролиза соли (правильнее – гидролиз иона), обязательно напишите уравнение диссоциации соли на ионы. Например, обсудим гидролиз хлорида железа FeCl3. Уравнение диссоциации:
Далее следует (в уме) посмотреть, какой из ионов может реагировать с молекулой воды, помня, что молекула воды состоит из иона водорода Н + и гидроксид-иона ОН – . Возможна ли реакция иона железа с ионом водорода и хлорид-иона с гидроксид-ионом? Конечно, нет – ведь эти пары ионов имеют одинаковые заряды!
Возможна ли реакция между хлорид-ионом и молекулой воды (ее ионом водорода)? Реакция невозможна, т. к. образовалась бы молекула хлороводорода, которая в водном растворе является сильным электролитом и находится в состоянии исходных ионов.
Остается единственная возможность – реакция между ионом железа Fe 3+ и молекулой воды (ее гидроксид-ионом) с образованием слабого электролита – гидроксо-иона железа FeОН 2+ :
Fe 3+ + Н2О = FeОН 2+ + Н + .
Образующиеся ионы водорода обусловливают кислотную среду раствора (рН 2+ реагирует по второй ступени с еще одной молекулой воды:
Наконец, реакция проходит и по третьей ступени:
В водном растворе гидролиз по третьей ступени не проходит – из раствора хлорида железа не выпадает осадок гидроксида железа(III) Fe(ОН)3 из-за накопления ионов водорода Н + по первым двум ступеням, что смещает равновесие третьей ступени реакции гидролиза влево.
Чтобы реакция гидролиза прошла по третьей ступени, следует равновесие третьей ступени сместить вправо. Это можно сделать удалением ионов водорода Н + из сферы реакции, для чего достаточно ввести гидроксид-ионы приливанием раствора гидроксида натрия, что приводит к образованию слабого электролита – воды Н2О:
Таким образом, известная вам реакция образования осадка гидроксида железа(III) по реакции между хлоридом железа и гидроксидом натрия в водном растворе, обычно записываемая в других школьных учебниках уравнением
есть реакция гидролиза, смещенная вправо гидроксид-ионами. В тех же учебниках эта реакция называется реакцией обмена, что правильно только в том случае, если она проходит в кристаллическом состоянии (или в особых условиях в газовой фазе). В водном растворе нет хлорида железа, гидроксида натрия и хлорида натрия, а есть только составляющие их ионы.
Следовательно, реакцию гидролиза иона железа можно представить тремя уравнениями:
Fe 3+ + Н2О = FeОН 2+ + Н + ,
Реакцию гидролиза хлорида аммония NH4Cl, точнее иона аммония, записывают одним уравнением:
+ Н2О = NH4ОН + Н + .
Образующийся ион водорода обусловливает кислотную среду раствора, т. е. рН + ]. Концентрацию иона аммония можно считать равной концентрации его соли, т. е. [] = ссоли.
Тогда Кгидр = 
= 
.
Второе преобразование. Умножим числитель и знаменатель на концентрацию того из ионов [Н + ] или [ОН — ], который с имеющейся в числителе концентрацией другого иона дает ионное произведение воды Кв. В данном случае умножим числитель и знаменатель на концентрацию гидроксид-ионов и получим новое выражение константы гидролиза:
Кгидр = = 
= 
Выражение есть не что иное, как обратная константа диссоциации гидроксида аммония:
NH4ОН = + ОН — ,
Косн = 
Учитывая это, получаем новое выражение константы гидролиза:
Кгидр = 
Это выражение показывает, что чем меньше константа диссоциации основания (или кислоты), тем больше константа гидролиза, тем сильнее смещено равновесие реакции гидролиза вправо и тем выше кислотность (основность) раствора, т. е. меньше (больше) значение рН.
Объединяем результаты двух преобразований выражения константы гидролиза:
=
Откуда [Н + ] = 
.
Пример. Рассчитать рН 0,01М раствора хлорида аммония. Константа диссоциации гидроксида аммония равна Косн = 1,79•10 -5 .
Воспользуемся приведенной выше формулой:
[Н + ] = = 
= 2, 36 • 10 -6
pН = 5,6 (среда раствора кислотная).
Какой должна быть концентрация соляной кислоты, чтобы ее раствор имел такое же значение рН? Можно дать приближенный ответ.
Please wait.
We are checking your browser. gomolog.ru
Why do I have to complete a CAPTCHA?
Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.
What can I do to prevent this in the future?
If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.
If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.
Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.
Cloudflare Ray ID: 6e272daa7c6c7b73 • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare
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 источники: http://gomolog.ru/reshebniki/9-klass/zadachnik-kuznecova-2020/2-2.html http://chemege.ru/rastvory-el-diss-gidroliz-solej/ |