Задачи и упражнения для самостоятельного решения. 12.1. Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: NaCN, KNO3, CuCl2, ZnSO4?
12.1. Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: NaCN, KNO3, CuCl2, ZnSO4? Cоставить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций, указать рН среды.
12.2. К раствору Cr2(SO4)3 добавили раствор K2S. Объяснить причину образования осадка и выделения газа. Составить молеклярное и ионно-молекулярные уравнения реакции.
12.3. Какие из солей: Na2SO4, К2SO3, NH4CN, LiCl, Fe2(SO4)3 подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей. Какое значение pH (> 7 <) имеют растворы этих солей?
12.4. Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения совместного гидролиза, происходящего при сливании растворов: а) Fe(NO3)3 и Na2CO3;
б) CuCl2 и K2CO3.
12.5. Подобрать по два уравнения в молекулярном виде к каждому из трех ионно-молекулярных уравнений: а) Al3+ +H2O 
AlOH2+ + H+;
б) S2− + H2O HS‾ + OH‾; в) CН3СОО‾ + H2O СН3СООН +OH‾.
12.6. Подобрать по два уравнения в молекулярном виде к каждому из трех ионно-молекулярных уравнений: а) Fe3+ + 2H2O Fe(OH)2+ + 2H+;
б) CO32- + H2O HCO3‾ + OH‾; в) NH4++ H2O NH4OH + H+.
12.7. Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций для солей, подвергающихся гидролизу, указать реакцию среды: K2SO3, Cr(NO3)3, NaNO2, NiSO4.
12.8. В какой цвет будет окрашен лакмус в водных растворах: K2S, (NH4)2SO4, Na2CO3, Li2SO4? Ответ обосновать ионно-молекулярными и молекулярными уравнениями реакций гидролиза солей.
12.9. Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций для солей, подвергающихся гидролизу, указать реакцию среды: KI, Cu(NO3)2, K2SiO3, ZnSO4.
12.10. Какие из приведенных солей подвергаются гидролизу по катиону, по аниону, по катиону и аниону: BaS, Mn(NO3)2, AlCl3, Cr2S3? Указать pH среды для водных растворов солей. Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза.
12.11. Какие из солей NaI, CrCl3, NH4NO3, NH4NO2 подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей, указать реакцию среды.
12.12. К раствору Al2(SO4)3 добавили следующие вещества: а) H2SO4; б) KOH;
в) Na2SO3; г) ZnSO4. В каких случаях гидролиз сульфата алюминия усилится? Почему? Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
12.13. Какие из веществ: Na2CO3, Li2SO3, CuCl2, MgSO4, BaS создадут избыток гидроксид-ионов в растворе своей соли? Почему? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.
12.14. При сливании растворов солей CrCl3 и Na2CO3 образуется осадок Cr(OH)3 и выделяется газ СО2. Объяснить причину и написать молекулярное и ионно-молекулярные уравнения реакции.
12.15. Написать уравнения реакций гидролиза в ионно-молекулярном и молекулярном виде: ацетата лития CH3COOLi, хлорида алюминия NH4Cl, цианида аммония NH4CN, сульфида бария BaS.
12.16. Объяснить, почему водные растворы NaNO2, Li2CO3, Na3PO4 имеют щелочную реакцию. Ответ подтвердить уравнениями реакций в ионно-молекулярном и молекулярном виде.
12.17. К раствору FeCl3 добавили следующие вещества: а) HCl; б) KOH; в) CuCl2; г) Na2CO3. В каких случаях гидролиз хлорида железа усилится? Почему? Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
12.18. При смешивании растворов Fe2(SO4)3 и K2S образуется осадок и выделяется газ. Написать молекулярное и ионно-молекулярные уравнения совместного гидролиза солей.
12.19. Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза cолей: NH4CH3COO, Ca(NO2)2, К3PO4, MnCl2.
12.20. Почему при добавлении горячей воды к водному раствору хлорида железа (III) выпадает осадок? Подтвердить это уравнениями реакций в ионно-молекулярном и молекулярном виде.
Коллоидные растворы
Теоретическое введение
Системы, в которых одно вещество распределено в мелкораздробленном состоянии в среде другого, называются дисперсными. Раздробленное (распределенное вещество) называется дисперсной фазой, а среда, в которой распределена дисперсная фаза – дисперсионной средой.Дисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы от 1 до 100 нм называются коллоидными растворамиили золями.
Дисперсная фаза в коллоидном растворе (или золе) представлена коллоидными частицами, в состав которых входят ядро, зарядообразующие ионы и противоионы. Зарядообразующие ионы могут быть положительно или отрицательно заряженными, поэтому и коллоидные частицы имеют либо положительный, либо отрицательный заряд. Заряженные коллоидные частицы притягивают к себе молекулы Н2О из дисперсионной среды; так создается гидратная оболочка, окружающая коллоидную частицу.
Примерный состав коллоидных частиц золей Sb2S3 и Fe(OH)3 можно выразить следующими формулами:
[(mSb2S3)·nHS−·(n-x)H+·yH2O]x- ;
[(mFe(OH)3·nFe3+·3(n-x)Cl−·yH2O]3x+.
Противоионы Н+ или Cl-, которые входят в состав коллоидных частиц, называют связанными. Свободные противоионы остаются в дисперсионной среде.
Коллоидную частицу и эквивалентную ей часть дисперсионной среды (гидратированных свободных противоионов) называют мицеллой. Мицеллу считают структурной единицей коллоидного раствора. Формулы
{[(mSb2S3)·nHS-·(n-x)H+·yH2O]x−+ xH+·zH2O},
{[(mFe(OH)3·nFe3+·3(n-x)Cl−·yH2O]3x+ + 3xCl−·zH2O}0
выражают примерный состав мицелл золей сульфида сурьмы и гидроксида
железа.
Коллоидная дисперсность вещества является промежуточной между группой дисперсности, характерной для взвеси и молекулярной, характерной для истинных растворов. Поэтому коллоидные растворы получают либо из истинных растворов путем укрупнения частиц молекулярной дисперсности до определенного предела (максимум до 100 нм), либо из взвеси путем дробления грубодисперсных частиц также до определенного предела (минимум до 1 нм). В этой связи различают конденсационные методы (укрупнение частиц) и метод диспергирования(дробление частиц).
Конденсация частиц молекулярной дисперсности может происходить в процессе гидролиза солей некоторых поливалентных металлов, например, FeCl3. Гидролиз иона Fe3+ протекает по ступеням:
Fe3+ + H2O = FeOH2+ + H+
FeOH2+ + H2O = Fe(OH)2+ + H+
Fe(OH)2+ + H2O = Fe(OH)3 + H+.
Гидроксид железа Fe(OH)3 не выпадает в осадок, т.к. степень гидролиза FeCl3 по третьей ступени мала.
Зарядообразующими ионами в процессе образования золя могут быть Fe3+, FeOH2+ , Fe(OH)2+ , а противоионами − Cl− .
Примером получения золей методом диспергирования может служить получение коллоидного раствора Fe(OH)3 путем химического дробления осадка гидроксида железа (III), называемого пептизацией. Пептизатором может быть электролит с одноименным ионом, входящим в состав осадка, например, FeCl3.
Добавление пептизатора к небольшому количеству осадка в водной среде приводит к тому, что ионы Fe3+ проникают в глубь осадка и разрыхляют его, постепенно дробя до коллоидной дисперсности. Дробление называют химическим потому, что ионы непросто проникают в осадок, а, взаимодействуя с его частицами, образуют дисперсную фазу положительного заряда. Ионы Fe3+ являются зарядообразующими в составе коллоидных частиц получающегося золя, а ионы Cl− противоионами.
Коллоидные растворы обладают специфическими оптическими, кинетическими и электрическими свойствами (специфика связана с размерами и зарядом коллоидных частиц) и характеризуются высокой кинетической и агрегативной устойчивостью.
Устойчивость коллоидного раствора можно нарушить. Потеря агрегативной устойчивости золя приводит к укрупнению частиц дисперсной фазы, их слипанию. Этот процесс называют коагуляцией. Коагуляция вызывает нарушение кинетической устойчивости системы, которая приводит к образованию осадка (коагулята). Этот процесс называют седиментацией.
Примерный состав коагулята золей сульфида сурьмы и гидроксида железа выражают формулами:
[(mSb2S3)·nHS−·nH+]0;
[(mFe(OH)3·nFe3+·3nCl−]0.
Примеры решения задач
Пример 13.1. Золь иодида серебра получен при добавлении к раствору AgNO3 избытка KI. Определить заряд частиц полученного золя и написать формулу его мицеллы.
Решение. При смешивании растворов AgNO3 и KI протекает реакция
AgNO3 + KI (изб.) = AgI + KNO3.
Ядро коллоидной частицы золя иодида серебра состоит из агрегата молекул (mAgI) и зарядообразующих ионов I‾, которые находятся в растворе в избытке и обеспечивают коллоидным частицам отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы калия. Формула мицеллы иодида серебра имеет вид {[(mAgI)·nI‾·(n-x)К+·yH2O]x− + xК+∙zH2O}0.
Пример 13.2.Золь кремневой кислоты был получен при взаимодействии растворов K2SiO3 и HCl. Написать формулу мицеллы золя и определить, какой из электролитов был взят в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду.
Решение. Образование золя кремневой кислоты происходит по реакции
K2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2KCl.
Чтобы двигаться к катоду (отрицательному электроду) противоионы должны иметь положительный заряд, а коллоидные частицы золя должны быть заряжены отрицательно. На электронейтральном агрегате частиц (mH2SiO3) адсорбируются ионы элемента, входящего в состав ядра. Таковыми являются ионы HSiO3‾, которые образуются в результате гидролиза соли K2SiO3:
K2SiO3 + H2O KHSiO3 + KOH или в ионной форме
SiO32− + H2O HSiO3‾ + OH‾.
Ионы HSiO3‾, адсорбируясь на поверхности частиц золя кремниевой кислоты, сообщают им отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы водорода H+. Формула мицеллы золя кремневой кислоты
{[(mH2SiO3) ·nHSiO3‾·(n-x)H+∙yH2O]x− + xH+∙zH2O}.
Так как коллоидные частицы золя кремневой кислоты заряжены отрицательно за счет ионов HSiO3‾, то, следовательно, в избытке был взят K2SiO3.
Пример 13.3. Какого из веществ, K2SO4 или KCl, потребуется меньше, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), полученного по реакции FeCl2 + 2NaOH = Fe(OH)2 + 2NaCl?
Решение. Из формулы коллоидной частицы золя гидроксида железа (II) [(mFe(OH)2·nFe2+ 2(n-x)Cl‾∙yH2O]2x+ видно, что частицы золя имеют положительный заряд. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов прибавленного электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. В данной задаче – это ионы SO42− и Cl‾. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом – чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Заряд иона SO42− больше заряда иона Cl‾, поэтому, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), раствора K2SO4 потребуется меньше, чем раствора KCl.
Пример 13.4. Составить схему строения мицеллы золя гидроксида меди (II) в растворе хлорида меди.
Решение. В состав мицеллы гидроксида меди входят: агрегат молекул (mCu(OH)2), адсорбированный слой, состоящий из зарядообразующих ионов меди Cu2+ и гидратированных противоионов хлора, и диффузный слой гидратированных противоионов хлора. Схема строения мицеллы гидроксида меди
{[(mCu(OH)2·nCu2+ 2(n-x)Cl‾∙yH2O]2x+ + 2xCl‾∙zH2O}.