Лабораторная работа 3. Реакции в водных растворах электролитов
Цель работы
Ознакомление с условиями лабораторного практикума и формирование умений самостоятельно проводить экспериментальную работу на примере изучения основных закономерностей протекания реакций ионного обмена.
Пояснения к работе
Реакции ионного обмена – это реакции в растворах электролитов, при которых ионы одного вещества обмениваются с ионами другого вещества.
Электролитами называют вещества, которые в расплавах или в растворах при взаимодействии с растворителем распадаются на ионы (диссоциируют).
Ионы – это заряженные частицы, образованные из одного или нескольких атомов. Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные – анионами.
Растворы сильных электролитов в результате полной диссоциации содержат в основном ионы, а растворы слабых электролитов содержат в основном нераспавшиеся (недиссоциированные) молекулы и небольшую часть ионов. Сила электролита характеризуется степенью диссоциации, которая показывает соотношение между числом распавшихся(диссоциированных) молекул и общим числом молекул: α = Nдис/Nобщ
К сильным электролитам (α > 30%) относят:
а) практически все растворимые соли;
б) кислоты: H2SO4, HNO3, HCl, HBr, HI, HClO4, HMnO4 и некоторые другие;
в) растворимые основания (щелочи) – гидроксиды металлов IA и IB групп периодической системы
К слабым электролитам относят остальные кислоты и основания, воду и другие вещества.
В реакциях ионного обмена наряду с растворимыми сильными электролитами участвуют (образуются или расходуются) нерастворимые вещества, газы, малодиссоциированные соединения (слабые электролиты). Уравнения ионообменных реакций записывают в трех формах: 1) молекулярной, 2) полной ионной и 3) сокращенной ионной. В качестве примера составим уравнение для реакции между растворами нитрата бария и сульфата натрия.
Молекулярное уравнение
Ba(NO3)2 + Na2SO4 = BaSO4$ + 2NaNO3
Полное ионное уравнение
Ba2+ + 2NO3-+ 2Na+ + SO42- = BaSO4$ + 2Na+ + 2NO3-
Сокращенное ионное уравнение
Ba2+ + SO42- = BaSO4$
При составлении ионных уравнений сильные растворимые электролиты записывают в виде ионов: катионов (положительно заряженных ионов) и анионов (отрицательно заряженных ионов). Нерастворимые вещества, газы и слабые электролиты записывают в виде молекул. Внимательно изучите таблицу растворимости – она не только подскажет, какие вещества нерастворимы, но и поможет вам правильно определить заряды катионов и анионов для сильных электролитов.
Сокращенное ионное уравнение наиболее ясно выражает сущность реакции. В нашем примере видно, что реакция свелась к образованию нерастворимого вещества (осадка) сульфата бария.
Реакции в растворах электролитов практически необратимы и идут до конца в случаях, когда образуется: а) осадок, б) газ, в) слабый электролит.
Примеры уравнений реакций с образованием осадка
Взаимодействие растворов кислоты и соли
H2SO4 + Pb(NO3)2 = PbSO4$ + 2HNO3
2H+ + SO42- + Pb2++2NO3- = PbSO4$ + 2H++ 2NO3-
Pb2+ + SO42- = PbSO4$
Взаимодействие растворов сильного основания (щелочи) и соли
2NaOH +MgSO4 = Mg(OH)2$ + Na2SO4
2Na+ + 2OH- + Mg2+ + SO42- = Mg(OH)2$ + 2Na+ + SO42-
Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2$
Взаимодействие растворов двух солей
AgNO3 + NaCl = AgCl$ + NaNO3
Ag+ NO3- + Na+ + Cl- = AgCl$ + Na+ + NO3-
Ag+ + Cl- = AgCl$
Взаимодействие газа (кислотного оксида) с сильным основанием
SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3$ + H2O
SO2 + Ca2+ + 2OH- = CaSO3$ + H2O
Примеры уравнений реакций с образованием газа
Взаимодействие кислоты и соли
H2SO4 + K2SO3 = K2SO4 + H2O + SO2#
2H+ + SO42- + 2K+ + SO32- = 2K+ + SO42-+ H2O + SO2#
2H+ + SO32- = H2O + SO2#
Взаимодействие сильного основания и соли
NaOH + NH4NO3 = NaNO3 + NH3# + H2O
Na+ + OH- + NH4+ + NO3- = Na+ + NO3- + NH3# +H2O
NH4+ + OH- = NH3# +H2O
Примеры уравнений реакций с образованием слабого электролита
Реакция нейтрализации
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O
2Na+ + 2OH- + 2H++ SO42- = 2Na++ SO42-+ 2H2O
OH- + H+ = H2O
Взаимодействие нерастворимого основания и кислоты
Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O
Cu(OH)2 + 2H+ + SO42- = Cu2+ + SO42- + H2O
Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + H2O
Образование слабой кислоты
2NaCH3COO + H2SO4 = Na2SO4 + CH3COOH
2Na+ + CH3COO- + 2H+ + SO42-= 2Na+ + SO42- +CH3COOH
CH3COO- + H+ = CH3COOH
Задание для самопроверки и получения допуска к работе в лаборатории
При домашней подготовке необходимо:
1. Самостоятельно изучить методические рекомендации к данной лабораторной работе, конспект и литературу по теме.
2. Подготовить ответы на контрольные вопросы.
3. Решить экспериментальную задачу.
Контрольные вопросы
1. Какие реакции называют реакциями ионного обмена?
2. Что такое ионы? В результате какого процесса они образуются?
3. Какие вещества называют сильными электролитами?
4. Какие вещества называют сильными электролитами? Назовите некоторые из них.
5. Какие вещества называют слабыми электролитами?
6. В каких случаях реакции ионного обмена необратимы?
7. Как записываются уравнения реакций ионного обмена?
Экспериментальная задача.
Даны растворы:
серной кислоты,
гидроксида натрия,
хлорида бария,
cульфата меди(II).
Пользуясь таблицей растворимости, определите, при сливании каких растворов будут образовываться нерастворимые вещества (осадки). Составьте уравнения соответствующих реакций в молекулярной, ионной и сокращенной ионной формах.
Работа в лаборатории
Реактивы: Оборудование:
раствор карбоната натрия (Na2CO3) штатив
раствор серной кислоты (H2SO4) шесть пробирок
раствор гидроксида натрия (NaOH)
раствор хлорида бария (BaCl2)
раствор сульфата меди (CuSO4)
измельченный мел (CaCO3 с примес.)
индикатор фенолфталеин
Порядок работы:
1. Реакции обмена, сопровождающиеся выделением газа.
Подготовить две пробирки.
Опыт 1.1. В первую пробирку налить раствор карбоната натрия и добавить по каплям раствор кислоты.
Опыт 1.2. Во вторую пробирку положить кусочек мела и добавить по каплям раствор кислоты.
2. Реакции обмена с образованием слабого электролита.
Подготовить одну пробирку.
Опыт 2.1. В пробирку налить раствор гидроксида натрия и добавить две-три капли индикатора. К полученному раствору добавить по каплям раствор кислоты до исчезновения окраски индикатора.
3. Реакции обмена, сопровождающиеся образованием осадка.
Пользуясь таблицей растворимости солей и оснований в воде, подберите из имеющихся реактивов такие растворы, которые при взаимодействии между собой привели бы к образованию нерастворимого соединения (осадка).
Подготовьте необходимое число пробирок.
Осуществите на практике эти реакции.
В ходе работы все наблюдения необходимо заносить в отчет.
По окончании эксперимента необходимо записать в отчете уравнения всех проведенных реакций в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.
На основании сокращенных ионных уравнений объяснить свои наблюдения и сущность происходящих превращений.
Лабораторная работа 3