7.9. Насыщенный раствор углекислого газа прокипятили. Из менится ли (да, нет) при этом содержание растворенного вещества? Если Ваш отйет положительный, то укажите, увеличится содержание или уменьшится. ,
7.10.Почему для получения прохладительного напитка-«га зированной воды» используют баллоны, в которых давление уг лекислого газа значительно выше атмосферного?
7.11.Можно ли насыщенный раствор любой соли считать концентрированным,* а ненасыщенный раствор-разбавленным? Дайте мотивированный ответ, приведите примеры.
7.12.Какой раствор может находиться в контакте с кристаллами, растворенного вещества: а) ненасыщенный; б) насыщенный; в) пе ресыщенный?
7.13.Выпаривают растворы Си804, Ка2С 0 3 и КА1(804)2 до образования осадков. Укажите их состав.
7.14.В 1 л водного раствора содержится 0,5 моль растворенного вещества. Определите (устно) число гидратированных'частиц ве щества в растворе. Ответ: 3 \1023 частиц.
7.15.Из раствора (см. упражнение 7.14) отобрали пробу объемом 250 мл. Определите (устно) число гидратированных частиц вещества в пробе. Ответ: 7,5*1022 частиц.
7.16.Можно ли приготовить: а) 10%-й, б) 0,1М раствор любой соли? Дайте мотивированный ответ, приведите примеры.
7.17.УкажитеДустно), можно ли приготовцть 0,408%-й раствор сульфата калия, смешивая 0,305%-й и г0,103%-й растворы этого
вещества?
7.18. Смешали равные массы 10%-го и 30%-го растворов азотной кислоты. Получится ли 40%-й раствор?
7.19'. Если Ваш ответ в упражнении 7.18 отрицательный, то определите (устно) массовую долю азотной кислоты в конечном растворе. Ответ: 20%.
7.20.Укажите (устно), можно ли приготовить 0,83М раствор хлорида аммония, смешивая 0,ЗМ и 0,53М растворы этого вещества.
7.21.Смешали 1 л 1М раствора и 1 л ЗМ раствора серной
кислоты. Получится ли 4М раствор?
7.22. Если Ваш ответ в упражнении 7.21 отрицательный, то определите (устно) молярную концентрацию серной кислоты в
конечном растворе. Ответ: 2 моль/л. * |
" |
||
7.23. По таблице (Приложение 3) рассмотрите растворимость |
|||
в воде: |
^ |
, |
ч |
а) солей натрия и калия; |
|
|
|
б) галогенидов лития и натрия; в) сульфатов и карбонатов щелочных и щелочноземельных
металлов; ^ |
, |
г) нитратов металлов; |
|
д) гидроксидов металлов; |
|
е) соединений свинца(П) и серебра(Г).
У каких катионов все указанные в таблице соли хорошо растворимы, а у каких-многие соли малорастворимы (или прак тически нерастворимы)? У каких анионов болыпийство солей хо рошо растворимо в воде? Гидроксиды каких металлов хорошо растворимы в воде? , *
60
8. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ. РЕАКЦИИ ОБМЕНА В ВОДНОМ РАСТВОРЕ.
ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Теория электролитической диссоциации. Неэлектролиты и элект ролиты. Гидратация ионов.. Диссоциация в воде веществ с ионными и ковалентными связями. Сильные и слабые электролиты.
Электролитическая диссоциация кислот, оснований и солей в
. водном растворе (кислотная, нейтральная и щелочная среда). Электролитическая, диссоциация воды. Водородный и гидро
ксильный показатели. Степень диссоциации слабых электролитов. Расчет рН в растворах слабых кислот и оснований.
Реакции обмена в водномрастворе /с участием электролитов. Условия необратимости реакций обмена. Ионные /уравнения реак ций. -
Общее понятие о гидролизе. Обратимый гидролиз солей-гид ролиз по катиону и гидролиз по аниону. Изменение ^нейтральности среды в растворах гидролизующихся солей.
Степень гидролиза различных анионов и катионов. Увеличение и уменьшение степени гидролиза солей.
Необратимый гидролиз бинарных соединений.
Электролитическая диссоциация. Растворение любого вещества в воде сопровождается образованием гидратов. Если при этом в растворе не происходит формульных изме нений у частиц растворенного вещества, то такие вещества относят к неэлектролитам. Ими являются, например, газ азот N2, жидкость хлороформ 4СН013, твердое вещество сахароза С ^ Н ^ О ц , которые в водном растворе существуют в виде гидратов их молекул N2-лН20 , СНС13*яН20 и
^12^22^11*^^2^* |
- |
Известно, однако, много |
веществ (в общем виде МА),‘ |
которые после раствррения в воде и образования гидратов молекул МА лН20 претерпевают существенные* формуль-
. ные изменения. Результатом, является появление в растворе гидратированны х ионов-катионов М + яН20 и анионов А“ лН20 . Такие вещества относят к электролитам.
Процесс появления гидратированных ионов в водном
растворе называется |
электролитической |
диссоциацией |
(С. Аррениус, Г887 г.). |
диссоциация ионных- |
кристалличе- |
Электролитическая |
„ских веществ (М+)(А“) в воде является необратимой реакцией:
(М+)(А“) = М+ -К А- .
Такие вещества относят к сильным электролитам; ими являются многие основания и соли, например:.
Ва(ОН)2 = Ва2+ + 20Н ",
К2804 = 2К+ 4- 8 0 4~,
Иа28 = 2 Иа+ + 8 2' Л
В разбавленном водном растворе сильного электролита мы обнаружим гидратированные ионы этого вещества.
Электролитическая диссоциация для веществ МА, состоя щих из полярных ковалентных молекул, является обра тимой реакцией:
МА ^ М + + А " .
Такие вещества относят к слабым электролитам\ ими являются многие кислоты и некоторые основания, например:
а) НЖ ) 2 |
Н + + |
Ж > ;; |
|
|
б) СН3СООН |
|
|
Н + + СН3СОО -; |
> ' |
в) Н2С 0 3 «=> Н + |
+ НСО"(1 -я ступень), |
|
||
Н С 03" |
Н + |
4 - СО2* (2-яступень); |
|
|
г) ын3 • н2о |
<=± |
ин; + он~. |
|
|
В разбавленных водных растворах слабых электролитов мы всегда обнаружим как исходные молекулы, так и продукты диссоциации-гидратированные ионы.
Некоторые кислоты диссоциируют в водном растворе почти полностью и их также относят к сильным электро литам:
НСЮ4 = Н + _+СЮ",
НЖ ) 3 = Н+ + N0,3 »
НВг = Н + + Вг".
Приведем в соответствии с теорией электролитической диссоциации определения кислот, оснований и солей.
Кислоты-это электролиты, которые при диссоциации поставляют в водный раствор катионы водорода и никаких других положительных ионов не образуют:
НСЮ |
Н \ + СЮ", |
Н2804 = 2Н+ + 8 0 2".
Клеильным кислотам относятся НС1, НВг, Н1, НСЮ4, НСЮ3, НВЮ3, НЮ3, Н2804, Н28е04, НМ п04 и некоторые другие. Слабые кислоты -это Н3Р 0 4, Н>Ю2, Н Р/Н 2С 0 3, Й28, НСЮ, НСИ и др. (подробнее см. ниже).
Основания-это электролиты, которые при диссоциации поставляют в водный раствор гйдроксид-ионы и никаких
62
других отрицательных ионов не образуют: -
КОН = К + + ОН". ^
(диссоциация малорастворимых оснований практического значения не имеет-см. ниже).
К сильным основаниям {щелочам)/относятся КаОН,КОН, Ва(ОН)2 и некоторые другие. Самым известным слабым основанием является гидрат аммиака КН3 • Н20.
Средние соли-это электролиты, которые при диссоциации поставляют § водный раствор любые катионы, кроме Н +, и любые анионы, кроме ОН“:
А12(804)3 = 2А13+ + 3 8 0 ^ . _ „
‘ Однако избыток катионов Н + или анионов ОН“ (по сравнению с их количеством в чистой воде, см. ниже) может появиться в водных растворах многих средних солей в результате обратимого гидролиза либо по катиону, либо по аниону (о гидролизе подробнее см. ниже):,
а) диссоциация 2п(Ж)3)2 = 2п2+ + 2Ж )3 , |
|
|
|||
гидролиз 2п2+ + Н20 |
2пОН+ 4- Н +, |
|
.рН < 7; |
||
< б) диссоциация К2СОэ = |
2К+ + |
СО2 -, |
х |
|
|
гидроЛиз СО2- '+ Н20 |
3=^ |
НС03 + ОН- , |
рН > 7 |
||
(о записях рН < 7 и рН > 7 см. ниже). |
|
|
|||
Кислые, соли диссоциируют полностью, |
как и средние |
||||
соли: |
\ |
|
. |
|
|
а) КН2Р 0 4 = К + + Н2Р О ;;
б) КНС03 = К + + НСО3 .
Далее^ либо ее гидроанион (анион кислоты, содержащий водород) диссоциирует как кислота, т.е. протекает как бы очередная ступень диссоциации слабой кислоты (если сте пень диссоциации по этой ступени достаточно большая, как у иона Н2Р 0 4, см. ниже) и тогда в водном растворе появляется избыток ионов Н +
а) Н2РО~ ч=± Н + + НРО2", рН < 7,
либо гидроанион подвергается обратимому гидролизу (см. ниже) и тогда появляется избыток ионов ОН“:
б) НСО" 4- Н20 ч=± Н2СОэ 4- ОН", рН > 7.
63
Поэтому название этой группы солей-кислые вовсе не чпредполагает, что все кислые соли будут вести себя в растворе как кислоты .(подобно КН2Р 0 4, К Н 803, КНСг64 '
и др.), некоторые кислые соли' проявляют свойства! ос нований (как соли К2Н Р04, КНСОэ, каН 8 и др.).
Основные соли, : например, М§С1(ОН) и Си2С 0 3(0Н)2 в своем большинстве практически нерастворимы в воде
иобсуждать их поведение в водном растворе невозможно. Двойные соли-это электролиты, которые при диссоциа
ции, , в отличие от средних солей, поставляют в водный ~раствор два любых типа катионов^ кроме Н*:
Ре^Н ^ЗО *), = Ре2+ + 2ИН; + 230*". *
Конечно, если катионы или анион таких солей подвергаются обратимому гидролизу, то в растворе появится некоторый избыток ионов Н + или ОН” . В нашем примере двойной соли оба катиона гидролизуются и создают избыток ионов Н +:
Ре2+ + Н20 |
РеОН+ + Н \ |
рН < 7, |
и н ; + н 2о ^ |
н н 3 н 2о + н +, |
р н < 7 . |
Водные растворы кислот, вследствие их электролити ческой диссоциации, содержат избыточную концентрацию катионов водорода Н + и окрашивают специальные вещест ва - индикаторы в характерный цвет. Так, лакмус окра шивается в растворе сильной кислоты в красный цвет. Другими словами, красная окраска лакмуса свидетельствует о кислотной среде. , ; -
- Водные растворы оснований, вследствие их электроли тической диссоциации, содержат избыточную концентрацию анионов ОН” й окрашивают лакмус в синий цвет. Поэтому при добавлении лакмуса к щелочному раствору он при-^ обретает синюю окраску, что доказывает наличие щелочной среды в данном растворе.
Водны^ растворы нейтральны, если не содержат боль шого избытка катионов Н 4^ или анионов ОН". Нейтральная среда отвечает всегда чистой воде, а^ также встречается в растворах негидролизующихся солей, например КЖ>3 и Ка28 0 4 (см. ниже).
Сама вода является электролитом, хотя и очень слабым; при ее электролитической диссоциации образуются равные количества катионов водорода Н + и гидроксид-ионов ОН":
Н20 ч=± Н+ + о н -
( 6 4