Реакции ионного обмена в растворах электролитов

1 Основные положения теории электролитической диссоциации. Степень диссоциации.

2 Диссоциация слабых электролитов. Закон разбавления Оствальда.

3 Особенности диссоциации сильных электролитов. Основные положения теории Дебая-Гюккеля. Коэффициент активности, ионная сила раствора.

4 Электролиты в свете теории электролитической диссоциации. Основы протолитической теории кислот и оснований.

5 Реакции ионного обмена. Молекулярные и ионные уравнения реакций.

6 Произведение растворимости. Условия образования и растворения осадка.

7 Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель.

Задачи:

1) Раствор, содержащий 0,8718 моль/л тростникового сахара, при 291 К изоосмотичен с раствором хлорида натрия, содержащим 0,5 моль/л хлорида натрия. Определите кажущуюся степень диссоциации и коэффициент Вант-Гоффа для хлорида натрия.

2) Константа диссоциации NH₄OH равна 1,79^.10^-5. Определить концентрацию гидроксида аммония, при которой степень диссоциации будет равна 0,01.

3) Чему равна константа диссоциации гидроксида аммония, если степень диссоциации в 0,1 М растворе NH₄OH равна 0,425%?

4) Определите ионную силу раствора, содержащего 0,001 моль серной кислоты и 0,002 моль сульфата магния в 1000 г воды при 298 К.

5) Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно: Ba(OH)₂ и HCl; CaCl₂ и Na₂CO₃; NaCl и AgNO₃; KCl и NaNO₃? Объясните Ваши предположения, составьте необходимые уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.

6) Растворимость йодида серебра равна 1,22^.10^-8 моль/л при 25^оС. Вычислите произведение растворимости этой соли.

7) Сколько воды потребуется для растворения при комнатной температуре 1 г карбоната бария? ПР(ВаСО₃) = 1,9^.10^-9.

8) рН раствора равен 3,0. Определите концентрацию ионов водорода в этом растворе.

9) Определите концентрацию ионов водорода и рН раствора, в котором концентрация гидроксогрупп равна 2,5^.10^-5.

10) Определите концентрацию ионов водорода и рН в 0,1 М растворе уксусной кислоты, если К_д (СН₃СООН) = 1,82^.10^-5.

Тестовые задания:

1) В растворе объемом 1 л, содержащем 0,15 моль Mg(NO₃)₂, суммарное число молей ионов Mg²⁺ и NO₃^- равно:

а) 0,15; б) 0,30; в) 0,45; г) 0,60.

2) Растворимость Na₂CO₃ при 20^оС равна 218 г на 1000 г воды. Массовая доля (%) вещества в насыщенном растворе составляет:

а) 8,7; б) 10,6; в) 17,8; г) 21,8.

3) Чему равна концентрация ионов водорода (моль/л) в 0,01 М растворе HCl при полной диссоциации кислоты:

а) 2; б) 2^.10^-1; в) 1^.10^-2; г) 2^.10^-2?

4) Наиболее сильной из хлорсодержащих кислот является:

а) HClO; б) HClO₂; в) HClO₃; г) HClO₄.

5) Какие вещества необходимо взять, чтобы осуществить переход

Cr³⁺ + 3OH^- → Cr(OH)₃:

а) Cr₂(SO₄)₃, H₂O; б) Cr₂O₃, HCl; в) CrCl₃, NaOH; г) Cr₂O₃, NaOH?

Лабораторная работа

Реакции, протекающие с образованием осадка

Опыт 1.

В три пробирки порознь налейте по 1-2 мл растворов солей: сульфата натрия Na₂SO₄, сульфата цинка ZnSO₄ и сульфата аммония (NH₄)₂SO₄. В каждую пробирку добавьте по такому же объёму раствора хлорида бария BaCl₂. Что наблюдается? Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций. Запишите выражение ПР для труднорастворимого соединения и приведите его численное значение из таблицы.

Опыт 2.

Проделайте реакцию, которая выражается следующим ионно-молекулярным уравнением:

Fе³⁺ + 3ОН^- = Fе(ОН)₃.

Напишите молекулярное уравнение реакции, приведите численное значение ПР гидроксида железа. Укажите цвет осадка.

Опыт 3.

В две пробирки порознь налейте по 1-2 мл растворов сульфата никеля NiSO₄ и сульфата меди CuSO₄. В каждую прилейте по 1 мл раствора сульфида натрия Na₂S. Что наблюдается? Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций. Укажите цвет осадков. Сравните растворимость полученных соединений на основе их ПР.

Реакции, протекающие с образованием газообразных и слабодиссоциирующих веществ

Опыт 4.

Налейте в пробирку 2-3 мл раствора соляной кислоты и бросьте в нее кусочки мела или мрамора CaCО₃. Какой газ выделяется? Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнение реакции. Запишите выражение константы диссоциации угольной кислоты по первой ступени и приведите ее численное значение из таблицы.

Опыт 5.

К 1-2 мл раствора соляной кислоты добавьте 1 микрошпатель кристаллического уксуснокислого натрия CH₃COONa. Один из продуктов реакции определите по запаху. Составьте молекулярное и ионно-молекулярное уравнения реакции. Напишите выражение и значение константы диссоциации полученного слабого электролита.

Вымойте посуду, приведите в порядок рабочее место.

Задачи для самостоятельного решения:

1) Определить концентрацию водного раствора глюкозы, если этот раствор при 291 К изоосмотичен с раствором, содержащим 0,5^.10³ моль/м³ хлорида кальция, причем кажущаяся степень диссоциации последнего при указанной температуре составляет 65,4%. (Ответ: 1,154 М)

2) Определите концентрацию ионов водорода в 1 л 0,1 н. раствора серной кислоты, степень диссоциации которой 0,6. (Ответ: 0,06 моль/л)

3) Рассчитайте степень диссоциации 0,01 н. раствора синильной кислоты HCN, если К_д(HCN) = 7^.10^-10. (Ответ: 2,6^.10^-4)

4) В растворе содержится 0,5 моль сульфата магния, 0,1 моль хлорида алюминия и 0,2 моль сульфата аммония на 1000 г воды. Найти ионную силу раствора. (Ответ: 3,2 моль/л)

5) Сколько ионов получится в растворе при полной электролитической диссоциации молекул следующих веществ: NaCl, (NH₄)₂SO₄, H₃PO₄, CrCl₃, Al₂(SO₄)₃, SnCl₄. Составьте уравнения диссоциации.

6) Составьте молекулярные уравнения для реакций, протекающих между следующими ионами:

а) Mn²⁺ + 2OH^- = Mn(OH)₂;

б) HCO₃^- + OH^- = CO₃^2- + H₂O;

в) Pb²⁺ + SO₄^2- = PbSO₄;

г) Fe²⁺ + S^2- = FeS.

7) Растворимость хлорида серебра при 25^оС составляет 0,0018 г/л. Вычислите произведение растворимости AgCl, М(AgCl) = 143,5 г/моль. (Ответ: 1,56^.10^-10)

8) Произведение растворимости хлорида серебра 1,56^.10^-10. Сколько граммов этой соли содержится в 100 мл насыщенного раствора? (Ответ: 2,18^.10^{-4 г)}

9) Определите, выпадет ли (да, нет) осадок после сливания равных объемов 0,0023 М растворов реагентов при 25^оС: AgNO₃ и KI; Pb(NO₃)₂ и K₂C₂O₄; FeCl₂ и Na₂S. Необходимые значения ПР труднорастворимых соединений возьмите в справочнике.

10) Вычислите рН раствора, если концентрация ионов водорода равна 2,5^.10^-3 моль/л. Как изменится в таком растворе окраска индикаторов (лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый)? (Ответ: 2,6)

11) рН раствора равен 4. Вычислите концентрацию гидроксогрупп и рОН данного раствора. Определите характер среды. (Ответ: [OH^-] = 10^-10, рОН = 10)

12) Вычислите рН 0,052 М раствора соляной кислоты. (Ответ: 1,28)

13) Определите, в каком из растворов больше величина рН: в 0,01 М растворе соляной кислоты или в 0,1 М растворе синильной кислоты? К_д(HCN) = 4,9^.10^-10. (Ответ: 2; 5,15)

14) В каком случае рН имеет большую величину: в 0,0001 М растворе азотной кислоты или в 0,01 М растворе сероводородной кислоты? К₁ (Н₂S) = 5,7^.10^-8. (Ответ: 4; 4,6)

Занятие № 11

Гидролиз солей

1 Понятие гидролиза. Процессы гидролиза в природе.

2 Гидролиз солей:

· гидролиз по аниону;

· гидролиз по катиону;

· гидролиз по катиону и аниону;

· полный гидролиз соли.

3 Степень гидролиза. Константа гидролиза. Смещение равновесия гидролиза.

4 Буферные системы. Механизм буферного действия. Буферная ёмкость.

5 Буферные системы в живых организмах.

Задачи:

1) Укажите, какие из солей, формулы которых: KNO₃, NaI, K₂S, CuSO₄, NH₄NO₂ подвергаются гидролизу. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций гидролиза.

2) Напишите уравнения реакций гидролиза солей NH₄NO₃ и Mg(CH₃COO)₂ и объясните, как влияет на гидролиз разбавление раствора и нагревание.

3) Чему равна сумма коэффициентов в сокращенном ионном уравнении реакции взаимодействия растворов хлорида алюминия и карбоната натрия?

4) Запишите выражения констант первой стадии гидролиза следующих солей: AgNO₃; Na₂HPO₄; Al(NO₃)₃; CuSO₄; Zn(NO₃)₂.

5) Выразите константы каждой стадии гидролиза перечисленных солей через константы диссоциации слабых электролитов: Cu(NO₃)₂; Fe₂(SO₄)₃; (NH₄)₂S.

Лабораторная работа

Реакция среды в растворах различных солей

Опыт 1.

В четыре пробирки налейте по 2-3 мл: в первую – дистиллированной воды, во вторую – раствора К₂СО₃ или Nа₂СО₃, в третью – раствора Al₂(SO₄)₃, в четвёртую – раствора KNO₃. Определите рН с помощью универсальной индикаторной бумаги. Сравнить рН в растворах солей и в воде.

Таблица 6 – Результаты опытов по гидролизу солей

Номер пробирки	Формула растворённого вещества	Цвет индикаторной бумаги	Реакция среды	рН	Подвергалась ли соль гидролизу

Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Запишите выражение константы гидролиза солей.

Усиление гидролиза при разбавлении раствора

Опыт 2.

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора азотнокислого висмута Bi(NO₃)₃ и разбавьте в 2-3 раза водой. Наблюдается образование осадка.

Составьте молекулярное и ионное уравнения гидролиза, зная, что в осадок выпадает основная соль Вi(OH)₂NO₃.

Осадок сохраните для опыта 3.

Влияние увеличения концентрации ионов на равновесие гидролиза

азотнокислого висмута

Опыт 3.

В пробирку с осадком Вi(OH)₂NO₃, оставшимся от предыдущего опыта, прибавьте несколько капель концентрированной азотной кислоты. Объясните, почему растворяется осадок.

Влияние температуры на гидролиз ацетата натрия

Опыт 4.

К 3-4 мл раствора уксуснокислого натрия прибавьте 1-2 капли фенолфталеина и нагрейте до кипения. Обратите внимание на появление розовой окраски, исчезающей при охлаждении раствора.

Напишите ионное и молекулярное уравнения гидролиза уксуснокислого натрия. Объясните наблюдаемые явления, имея в виду, что фенолфталеин служит индикатором на ионы ОН^-.

Совместный гидролиз

Опыт 5.

К 1-2 мл раствора сернокислого алюминия Аl₂(SO₄)₃ прилейте такой же объём раствора соды Na₂CO₃. Наблюдайте выделение двуокиси углерода СО₂ и образование осадка Al(OH)₃.

Напишите молекулярное и ионное уравнения совместного гидролиза.

Вымойте посуду, приведите в порядок рабочее место.

Задачи для самостоятельного решения:

1) Напишите молекулярные и ионные уравнения гидролиза следующих солей: CrCl₃, KNO₂, NaCH₃COO, CuBr₂, K₂CO₃, Ca(NO₃)₂, Al₂S₃, FeCO₃. Определите тип гидролиза и укажите характер среды раствора.

2) В какой цвет будет окрашен фиолетовый лакмус в водных растворах солей: ZnCl₂, Na₂SO₄, K₂SO₃, KClO₄? Ответ обоснуйте, написав уравнения реакций гидролиза в молекулярном и ионном виде.

3) При сливании водных растворов AlCl₃ и Na₂S образуется белый студенистый осадок и появляется запах «тухлых яиц». Составьте молекулярное и ионное уравнения происходящей реакции. Объясните, почему гидролиз обеих солей идет до конца.

4) Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций, происходящих при смешивании растворов солей: Cr(NO₃)₃ и Na₂S; FeCl₃ и K₂CO₃; CrCl₃ и Na₂CO₃; ZnCl₂ и K₂CO₃. Укажите характер среды растворов.

5) Составьте молекулярные уравнения реакций, приведенных в ионной форме:

а) S^2- + H₂O = HS^- + OH^-;

б) РО₄^3- + Н₂О = НРО₄^2- + ОН^-;

в) SО₃^2- + H₂O = HSО₃^- + OH^-.

6) Запишите выражения констант первой стадии гидролиза следующих солей: KNO₂; KHCO₃; NH₄Cl; AlCl₃; NH₄CH₃COO.

7) Выразите константы каждой стадии гидролиза перечисленных солей через константы диссоциации слабых электролитов: Zn(NO₃)₂; Na₃PO₄; K₂HAsO₄; K₂SO₃; NH₄Cl.

8) Добавление каких из перечисленных ниже реагентов к раствору AlCl₃ уменьшит гидролиз: HCl, KOH, ZnCl₂, Na₂CO₃? Ответ подтвердите написанием соответствующих уравнений реакций гидролиза в молекулярном и ионном виде.