Энергетика химических процессов и химическое сродство

Пример. Газообразный этиловый спирт можно получить при взаимодействии этилена C₂H₄(г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакцию вступило 10 л этилена (н.у.)?

Решение. Составим термохимическое уравнение реакции:

C₂H₄(г) + H₂O(г) = С₂H₅OH(г) ∆H = ?

Необходимое значение теплового эффекта реакции вычислим, применив следствие из закона Гесса:

∆H_x.p. = ∆H(C₂H₅OH) - ∆H(C₂H₄) - ∆H(H₂O)

Подставим значения ∆Н из справочных данных по стандартным теплотам (энтальпиям) образования ∆Нº₂₉₈ веществ:

∆H_x.p = -235,31 – 52,28 – (-241,84) = -45,76 кДж.

Один моль газообразных веществ при н.у. занимает объем 22,4 л (следствие из закона Авогадро). Составим пропорцию:

22,4 Л с2н4 выделяют 45,76 кДж

10 Л с2н4 выделяют (X) кДж

Отсюда: при вступлении в реакцию 10л этилена выделяется 20,43 кДж теплоты.

Ионно – молекулярные реакции обмена

Пример. Составьте молекулярные уравнения реакций, выраженных следующими ионно – молекулярными уравнениями:

а) Ca ²⁺ + CO ^2-₃ = CaCO₃

б) HCO^-₃ + OH^- = CO^2-₃ + H₂O

в) 2H⁺ + S^2- = H₂S↑

Решение. При составлении молекулярных уравнений для соответствующих ионно – молекулярных необходимо помнить, что формулы слабых электролитов, осадков и газов пишут в ионных уравнениях в молекулярной форме. Следовательно, если в левой части ионно – молекулярных уравнений указаны свободные ионы, которые образуются при диссоциации сильных электролитов, то при составлении молекулярных уравнений следует исходить из соответствующих растворимых сильных электролитов. Например, наличие катионов кальция и карбонат – анионов говорит о том, что взаимодействуют два сильных электролита – растворимые соли, состав которых может быть весьма разнообразным, т.е. одному ионно – молекулярному уравнению может соответствовать несколько молекулярных уравнений.

а) CaCl₂ + K₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2KCl

б) KHCO₃ + KOH = K₂CO₃ + H₂O

в) 2HCl + K₂S = H₂S↑ + 2KCl

Гидролиз солей

Пример. Составьте ионные и ионно – молекулярные уравнения гидролиза солей: a) KNO₂; б) Na₂CO₃; в) NH₄Cl; г) ZnCl₂; д) FeCl₃ + K₂CO₃.

Решение. а) Рассмотрим гидролиз нитрита калия. При растворении в воде KNO₂ диссоциирует на ионы K⁺ и NO^-₂. соль образована слабой кислотой НNO₂ и сильным основанием KOH. Следовательно, гидролиз идет по аниону слабой кислоты HNO₂. Ионы NO^-₂ связывают водородные ионы воды, образуя слабодиссоциирующие молекулы HNO₂. Ионы калия не связывают гидроксильных ионов воды, т.к. KOH – сильное основание:

KNO₂ ↔ K⁺ + NO₂^-

NO₂^- + HOH ↔ HNO₂ + OH^-

KNO₂ + H₂O ↔ HNO₂ + KOH

Накопление гидроксид - ионов обусловливает щелочную реакцию среды (pH>7)

б) Соли, образованные многоосновной слабой кислотой и сильным основанием, также гидролизуются по аниону, но ступенчато, в основном по первой ступени с образованием кислой соли и основания. Практически до образования слабой кислоты гидролиз не доходит. Так, Na₂CO₃ диссоциирует на ионы Na⁺ и CO₃ ^2-. Ионы CO₃ ^2- связываются с водородными ионами воды в ион HCO₃^- , а не в молекулы H₂CO₃, т.к. ионы HCO₃^- диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы H₂CO₃:

Na₂CO₃ ↔ 2Na⁺ + CO₃ ^2-

CO₃ ^2- + HOН ↔ HCO₃^- + OH^- ; pH >7

Na₂CO₃ + H₂O ↔ NaHCO₃ + NaOH.

в) NH₄Cl – соль однокислотного слабого основания и сильной кислоты, следовательно, гидролиз идет по катиону:

NH₄Cl ↔ NH₄⁺ + Cl^-

NH₄⁺ + HОН ↔ NH₄OH + H⁺ ; pH<7

NH₄Cl + H₂O ↔ NH₄OH + HCl

г) ZnCl₂ – соль слабого многокислотного основания и сильной кислоты, гидролизуется ступенчато, в основном, по первой ступени с образованием основной соли и кислоты:

ZnCl₂ ↔ Zn²⁺ +2 Cl^-

Zn²⁺ + HОН ↔ ZnOH⁺ + H⁺ ; pH<7

ZnCl₂ + H₂O ↔ ZnOHCl + HCl

Образование молекулы Zn (OH)₂ не происходит, т.к. ионы ZnOH⁺ являются более слабым электролитом, чем молекулы Zn(OH)₂.

д) Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, гидролизуются по катиону и аниону, их ионы одновременно связывают ионы H⁺ и OH^-. Гидролиз идет глубоко. Реакция среды зависит от относительной силы образующейся кислоты и основания и чаще всего близка к нейтральной. Следовательно, соль FeCl₃ гидролизуется по катиону, а K₂CO₃ – по аниону.

Fe³⁺ + HОН ↔ FeOH²⁺ + H⁺

CO₃ ^2- + HОН ↔ HCO₃^- + OH^-

Если растворы солей находятся в одном сосуде, то идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо ионы H⁺ и OH^- образуют молекулы слабого электролита H₂O. При этом гидролитическое равновесие сдвигается вправо, и гидролиз каждой из взятых солей идет до конца с образованием, соответственно, Fe(OH)₃ и CO₂ (H₂CO₃). Ионно – молекулярное и молекулярное уравнение имеет вид:

2Fe³⁺ + 3CO₃ ^2- + 3H₂O ↔ 2Fe(OH)₃ + 3CO₂

2FeCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O ↔ 2Fe(OH)₃ + 3CO₂ + 6NaCl

Такие соли, как Fe₂S₃, Al₂S₃, Al₂(CO₃)₃, как правило, в водных растворах не существуют – они полностью гидролизуются:

Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S.