- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Программа дисциплины
- •3. Растворы. Электрохимические процессы.
- •3.1. Растворы.
- •3.2. Окислительно-восстановительные процессы. Электрохимия.
- •3.3. Коррозия и защита металлов и сплавов от коррозии.
- •5. Химия и охрана окружающей среды.
- •I. Контрольные задания
- •1.1. Основные понятия химии и единицы их измерения
- •1.2. Строение атома. Периодическая система химических элементов д.И. Менделеева. Периодичность свойств элементов и их соединений.
- •Примеры решения типовых задач.
- •1.3. Химическая связь и строение молекул.
- •Энергия химической связи (d) – количество энергии, которое выделяется при образовании данной химической связи из атомов.
- •Метод валентных связей
- •При наложении двух π-связей на одну σ-связь возникает тройная связь, например, в молекулах азота, ацетилена, синильной кислоты:
- •Метод молекулярных орбиталей
- •Примеры решения типовых задач.
- •1.4. Энергетика химических реакций.
- •Примеры решения типовых задач
- •1.5. Химическая кинетика и равновесие
- •Примеры решения типовых задач.
- •Растворы
- •Способы выражения концентрации растворов
- •1.6.1. Ионно-молекулярные (ионные) реакции обмена
- •В кислой среде и.
- •Гидролиз соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием.
- •Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием.
- •1.6.2. Жесткость природных вод и ее устранение
- •Примеры решения типовых задач.
- •Задача 1. Сколько граммов содержится в воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна ?
- •1.7. Окислительно-восстановительные реакции
- •Примеры решения типовых задач.
- •Задача 1. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции между перманганатом калия и сульфитом натрия в среде серной кислоты.
- •Переходим к молекулярной форме уравнения:
- •1.8. Электрохимические процессы
- •Определить абсолютные значения электродных потенциалов невозможно. Их можно только сравнивать.
- •1.8.2. Электролиз
- •Примеры электролиза растворов электролитов с нерастворимыми анодами.
- •Примеры электролиза растворов электролитов с растворимыми анодами.
- •Законы Фарадея. Выход продукта по току
- •Для расчетов используют математическое выражение обобщенного закона Фарадея:
- •Примеры решения типовых задач.
- •1.9. Коррозия и защита металлов и сплавов от коррозии
- •Кинетика коррозионного процесса
- •Методы защиты металлов от коррозии
- •Примеры решения типовых задач
- •1.10. Комплексные соединения
- •Методы получения комплексных соединений.
- •Примеры решения типовых задач.
- •1.11. Задачи к контрольной работе №1
- •1.12. Задачи к контрольной работе №2
- •Определите рН 0,001 м раствора кон, считая диссоциацию полной.
- •Подберите по два уравнения в молекулярном виде к каждому из кратких ионных уравнений:
- •При сливании растворов иобразуется осадок гидроксида хрома (III). Объясните причину этого явления и напишите соответствующие уравнения в молекулярном и ионном виде.
- •Водородный показатель (рН) 0,003н раствора гипохлорита калия равен 9,5. Вычислите степень гидролиза этой соли и напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярном и ионном виде.
- •Определите степень гидролиза (для первой ступени) и рН в 0,001м растворе и. Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.
- •II. Варианты контрольной работы № 1
- •Варианты контрольной работы № 2
- •III. Приложение
- •IV. Содержание
- •Основные понятия химии и единицы их измерения………..………..6
Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием.
Рассмотрим пример гидролиза подобной соли:
В общем виде эта реакция может быть представлена уравнением:
(23)
Отдельно гидролиз по катиону и по аниону следует уравнениям:
Можно видеть, что в результате гидролиза образуются и катионы водорода, и анионы гидроксида. Нетрудно показать, что константа гидролиза является функцией констант диссоциации продуктов гидролиза – слабого основания (МОН) и слабой кислоты (НА):
(24)
Степень гидролиза и концентрация в этом случае не зависят от исходной концентрации соли:
(25)
(26)
(27)
Из выражений (26), (27) видно, что в зависимости от соотношения между кислотностью и основностью продуктов гидролиза ( и ) среда может приобретать либо кислую, либо щелочную реакцию.
Ионно-молекулярные реакции обмена имеют важное значение в аналитической химии, в препаративном неорганическом анализе, а также при получении ряда ценных неорганических соединений. В то же время эти реакции занимают заметное место в процедуре подготовки воды, являющейся важной стадией во многих технологических процессах. Целью этой процедуры является снижение содержащихся в природных водах солей кальция, магния и железа.
1.6.2. Жесткость природных вод и ее устранение
Мерой содержания в природных водах солей является жесткость воды.Природная вода, содержащая большое количество растворённых солей кальция, магния и железа, называется жёсткой. Различают общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жёсткости.
Общей жёсткостью называется суммарная концентрация ионов Ca2+, Mg2+ и Fe2+ в воде, выраженная в ммоль экв/л. Общая жёсткость воды равна сумме постоянной и временной жёсткости.
Постоянной жёсткостью называется часть общей жёсткости, остающаяся после кипячения воды при атмосферном давлении в течение определённого времени. Постоянную жёсткость воды называют также некарбонатной жёсткостью, т.к. она обусловлена наличием сульфатов, хлоридов, силикатов кальция, магния и железа.
Временной жёсткостью называется часть общей жёсткости, удаляющаяся кипячением воды при атмосферном давлении в течение определённого времени. Она равна разности между общей и постоянной жёсткостью. Временную жёсткость также называют карбонатной жёсткостью, т.к. она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния.
По величине жёсткости воду делят на 6 классов.
Классы |
Жёсткость воды (ммоль экв/л) |
1 (очень мягкая) 2 (мягкая) 3 (средней жёсткости) 4 (довольно жёсткая) 5 (жёсткая) 6 (очень жёсткая) |
0 – 1,5 1,5 – 3,0 3,0 – 4,5 4,5 – 6,0 6,0 – 10,0 свыше 10,0
|
Жёсткая вода оказывает вредное действие на технологические процессы и вызывает неприятные явления при использовании её в быту.
Обработка воды, приводящая к снижению жесткости воды, называется умягчением воды.
Существующие способы умягчения можно разделить на 3 группы:
реагентные (химические) методы умягчения воды. Химическая обработка воды основана на переводе растворимых солей кальция и магния в труднорастворимыее соли; В качестве реагентов–осадителей применяют известь, соду, едкий натр, фосфаты натрия и др. Чаще применяется сода в смеси с известью или едким натром;
умягчение воды методом ионного обмена (пропускание воды через ионообменные смолы);
термическое умягчение воды (кипячение).
Для устранения временной жёсткости воды применяют:
– термическое умягчение (кипячение):
– реагентное умягчение гашёной известью:
Известь нейтрализует углекислоту, которая является одной из причин коррозии металлов, осаждает железо и способствует коагуляции коллоидов, например, кремниевой кислоты.
Для устранения общей жёсткостиметодом осаждения используют:
– карбонат натрия (соду):
– фосфат натрия (тринатрийфосфат):
В последнее время для очистки воды стали широко применять иониты (ионообменные смолы). Метод ионного обмена–катионирование основан на фильтровании через слой катионита, при котором происходит замещение ионов Ca2и Mg2+, содержащихся в воде, на катионы Na+, K+или NH+4, содержащиеся в твёрдой фазе катионита. В качестве катионитов в основном применяют иониты КУ-I и КУ-2.
В некоторых случаях требуется удалить из воды не только катионы Ca2+ и Mg2+, но и другие катионы и анионы. В таких случаях воду пропускают последовательно через катионит, содержащий в обменной форме водородные ионы (Н+-катионит) и анионит, содержащий гидроксильные ионы (ОН––анионит). В итоге вода освобождается как от катионов, так и от анионов солей. Такая обработка воды называется обессоливанием:
Обменная ёмкость катионита определяется из соотношения:
(ммоль экв/г),
где: V- объём воды, пропущенный через катионит, л;
m – масса катионита, г.
Общая жёсткость воды может быть рассчитана по формуле:
(ммоль экв/л)
где: m1, m2, m3 –массы содержащихся в воде катионов кальция, магния (или соответствующих им солей), мг;
Мэкв.1 ,Мэкв.2 , Мэкв.3– молярные массы эквивалентов металлов (или соответствующих им солей), г/моль экв;
V – объём воды, л.