- •1. Важнейшие классы неорганических соединений (оксиды, гидроксиды, соли)
- •Сложные неорганические соединения
- •Диссоциацию кислой соли можно выразить уравнением
- •Лабораторная работа Получение и свойства оксидов, гидроксидов и солей Цель работы
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •2. Скорость химической реакции. Катализ
- •Катализ
- •Лабораторная работа Химическая кинетика. Катализ
- •Опыт 2. Зависимость скорости гомогенной реакции от температуры
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •3. Химическое равновесие
- •Лабораторная работа Химическое равновесие
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •4. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация
- •Лабораторная работа Электролитическая диссоциация
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •5. Растворы
- •5.1 Растворимость веществ в воде. Свойства растворов
- •Лабораторная работа Растворимость веществ в воде. Свойства растворов
- •5.2 Концентрация растворов. Приготовление водных растворов
- •Приготовление раствора заданной концентрации по правилу смешения из более концентрированного раствора и воды или из двух растворов с известным процентным содержанием
- •Лабораторная работа Приготовление растворов
- •Плотность растворов NaCl и kCl
- •Контрольные вопросы и упражнения
Контрольные вопросы и упражнения
1. Какие вещества называют электролитами и неэлектролитами?
2. В чём заключаются основные положения электролитической диссоциации?
3. Объяснить процесс диссоциации солей, оснований и кислот с точки зрения строения атомов и молекул.
4. Реакции диссоциации электролитов являются обратимыми. Объяснить, что это значит? Как записывают уравнения реакций диссоциации?
5. Какие электролиты называют сильными, а какие слабыми? Привести примеры.
6. Каким образом способность электролитов к диссоциации зависит от вида химической связи?
7. В 1л раствора содержится 0,25 г NaCl. Вычислить концентрацию ионов Na+, Cl и общую концентрацию всех ионов.
8. В 1л 0,01 н раствора муравьиной кислоты HCOOH при комнатной температуре содержится 0,06 г HCOO ионов. Найти константу диссоциации.
9. При какой концентрации CH3COOH в водном растворе = 1% ? При какой концентрации в 2 раза больше, если К = 1,8 . 105 ?
10. Принимая во внимание первую ступень диссоциации H2S, определить (%) для его 0,01 М раствора (см. приложение)
11. Написать следующие молекулярные уравнения реакций в ионном виде:
а) Zn(OH)2 + NaOH = Na2ZnO2 + 2 H2O;
б) Na2ZnO2 + 2 HCl = 2 NaCl + Zn(OH)2.
5. Растворы
5.1 Растворимость веществ в воде. Свойства растворов
Раствором называется термодинамически устойчивая гомогенная (однофазная) система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов (химических веществ). Компонентами, составляющими раствор, являются растворитель и растворенное вещество. Обычно растворителем считается тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является, конечно, вода). Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.
Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.
Жидкие растворы – это растворы солей, сахара, спирта в воде. Кровь, лимфа, моча – тоже жидкие растворы. Жидкие растворы могут быть водными и неводными. Водные растворы – это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы – это растворы, в которых растворителями являются органические жидкости (бензол, спирт, эфир и т.д.). Твёрдые растворы – сплавы металлов. Газообразные растворы – воздух и другие смеси газов.
Процесс растворения. Растворение – это сложный физико-химический процесс. При физическом процессе происходит разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя. Химический процесс – это взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества. В результате это взаимодействия образуются сольваты. Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией, процесс образования гидратов – гидратацией. При упаривании водных растворов образуются кристаллогидраты – это кристаллические вещества, в состав которых входит определенное число молекул воды (кристаллизационная вода). Примеры кристаллогидратов: CuSO4 . 5H2O – пентагидрат сульфата меди (II); FeSO4 . 7H2O – гептагидрат сульфата железа (II).
Физический процесс идёт с поглощением энергии, химический – с выделением. Если в результате гидратиции (сольватации) выделяется больше энергии, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение – экзотермический процесс. Выделение энергии происходит при растворении NaOH, H2SO4, Na2CO3, ZnSO4 и других веществ. Если для разрушения структуры вещества надо больше энергии, чем её выделяется при гидратации, то растворение – эндотермический процесс. Поглощение энергии происходит при растворении в воде NaNO3, KCl, NH4NO3, K2SO4, NH4Cl и других веществ.
Количество энергии, которое выделяется или поглощается при растворении называется тепловым эффектом растворения.
Растворимостью вещества называется его способность распределяться в другом веществе в виде атомов, ионов или молекул с образованием термодинамически устойчивой системы переменного состава. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости, который показы-вает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 или 100 г воды при данной температуре. Растворимость вещества зависит от приро-ды растворителя и вещества, от температуры и давления (для газов). Раствори-мость твердых веществ в основном увеличивается при повышении температу-ры. Растворимость газов с повышением температуры уменьшается, но при по-вышении давления увеличивается.
По растворимости в воде вещества делят на три группы:
1. Хорошо растворимые (р.). Растворимость веществ больше 10 г в 1000г воды. Например, 2000 г сахара растворяется в 1000 г воды, или в 1 л воды.
2. Малорастворимые (м.). Растворимость веществ от 0,01 г до 10 г в 1000 г воды. Например, 2 г гипса (CaSO4 . 2 H2O) растворяется в 1000 г воды.
3. Практически нерастворимые (н.). Растворимость веществ меньше 0,01 г в 1000 г воды. Например, в 1000 г воды растворяется 1,5 . 103 г AgCl.
При растворении веществ могут образоваться насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.
Насыщенный раствор – это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество больше не растворяется.
Ненасыщенный раствор – это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество еще растворяется.
Иногда удается получить раствор, в котором растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном растворе при данной температуре. Такой раствор называется пересыщенным. Этот раствор получают при осторожном охлаждении насыщенного раствора до комнатной температуры. Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Кристаллизацию вещества в таком растворе мож-но вызвать путем потирания стеклянной палочкой стенок сосуда, в котором на-ходится данный раствор. Этот способ применяется при выполнении некоторых качественных реакций.
Растворимость вещества может выражаться и молярной концентрацией его насыщенного раствора (п.2.2).
Константа растворимости. Рассмотрим процессы, возникающие при взаимодействии малорастворимого, но сильного электролита BaSO4 с водой. Под действием диполей воды ионы Ba2+ и SO42 из кристаллической решетки будут переходить в жидкую фазу. Одновременно с этим процессом под влиянием электростатического поля кристаллической решетки часть ионов Ba2+ и SO42 вновь будет осаждаться (рисунок). При данной температуре в гетерогенной системе, наконец, установится равновесие: скорость процесса растворения (V1), будет равна скорости процесса осаждения (V2), т.е. V1 = V2 :
BaSO4 ⇄ Ba2+ + SO42
твердая раствор
фаза
Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой BaSO4, называется насыщенным относительно сульфата бария.
Насыщенный раствор представляет собой равновесную гетерогенную систему, которая характеризуется константой химического равновесия:
a(Ba2+) . a(SO42)
Кх.р. = , (1)
a(BaSO4)
где a(Ba2+) – активность ионов бария; a(SO42-) – активность сульфат-ионов;
a (BaSO4) – активность сульфата бария.
Знаменатель этой дроби – активность кристаллического BaSO4 – является постоянной величиной, равной единице. Произведение двух констант дает новую постоянную величину, которую называют термодинамической константой растворимости и обозначают Кs :
Кs = a(Ba2+) . a(SO42-). (2)
Эту величину раньше называли произведением растворимости и обозначали ПР.
Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита произведение равновесных активностей его ионов есть величина постоянная при данной температуре.
Если принять, что в насыщенном растворе малорастворимого электролита коэффициент активности f ~1, то активность ионов в таком случае можно заме-нить их концентрациями, так как а(X) = f (X) . С(X). Термодинамическая конс-танта растворимости Кs перейдет в концентрационную константу растворимос-ти Кs:
Кs = С(Ba2+) . С(SO42-), (3)
где С(Ba2+) и С(SO42) – равновесные концентрации ионов Ba2+ и SO42 (моль/л) в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита сульфата бария.
Для упрощения расчетов обычно пользуются концентрационной константой растворимости Кs , принимая f (Х) = 1 (приложение 1).
Если малорастворимый сильный электролит образует при диссоциации несколько ионов, то в выражение Кs (или Кs) входят соответствующие степени, равные стехиометрическим коэффициентам:
PbCl2 ⇄ Pb2+ + 2 Cl; Ks = С (Pb2+) . С2 (Cl);
Ag3PO4 ⇄ 3 Ag+ + PO43; Ks = С3 (Ag+) . С (PO43).
В общем виде значение концентрационной константы растворимости для электролита AmBn имеет вид
Ks = Сm (An+) . Сn (Bm).
Величиной Ks принято пользоваться только в отношении электролитов, растворимость которых в воде не превышает 0,01 моль/л.
Условия образования осадков.
Если Сm (An+) . Сn (Bm-) > Ks , произойдет образование осадка, т.к. раствор становится пересыщенным.
Если Сm (An+) . Сn (Bm) < Ks , то раствор является ненасыщенным и осадок не образуется.
Свойства растворов. Если в жидкости растворено нелетучее вещество, то давление насыщенного пара над раствором меньше давления насыщенного пара над чистым растворителем. Одновременно с понижением давления пара над раствором наблюдается изменение его температуры кипения и замерзания; температуры кипения растворов повышаются, а температуры замерзания понижаются по сравнению с температурами, характеризующими чистые растворители.
Относительное понижение температуры замерзания или относительное повышение температуры кипения раствора пропорционально его концентрации:
∆t = K Сm ,
где К – константа (криоскопическая или эбулиоскопическая );
cm – моляльная концентрация раствора.
Так как сm = m/M, где m – масса вещества (г) в 1000 г растворителя,
М – молярная масса, приведенное уравнение можно представить:
∆t = K ( m/M ); M = K ( m/∆t).
Таким образом, зная для каждого растворителя величину К, задав m, экспериментально определив ∆t в приборе, находят М растворенного вещества.
Молярная масса растворенного вещества может быть определена путем измерения осмотического давления раствора (π) и рассчитана по уравнению Вант – Гоффа:
π = ( m/MV ) RT; M = mRT/( πV ).