Реакции, идущие с образованием труднорастворимого вещества

Реакции, идущие с образованием газообразного вещества

К данному типу реакций относятся в основном реакции, сопровождающиеся выделением водородных соединений неметаллов H₂S, HF, HCl, HI, NH₃ и др., например

ZnS + 2HCl = ZnCl₂ + H₂S↑

или в ионном виде:

ZnS + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂S↑

Поскольку сульфид цинка плохо растворим в воде, то в ионном уравнении реакции эту соль записывают в молекулярной форме.

Значительно чаще происходят реакции, сопровождающиеся образованием труднорастворимых веществ, которые удаляются из сферы реакции в виде осадка, например:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaCl

или ионное уравнение реакции:

Сa²⁺ + CO =CaCO₃↓

Малорастворимые электролиты. Важной количественной характеристикой растворов является растворимость С_р. Она численно равна концентрации насыщенного раствора при данной температуре и выражается в г растворённого вещества на 100 г растворителя или в моль/л.

В насыщенных растворах малорастворимых сильных электролитов произведение активностей ионов этих электролитов в степенях их стехиометрических коэффициентов есть величина постоянная для данной температуры и называется произведением растворимости ПР. В случае разбавленных растворов электролитов можно принять величину активности практически равной величине концентрации. Тогда для электролита

А_nB_m → nA^m+ + mB^n-.

ПР = [nA^m+]ⁿ[mB^n-]^m.

Растворимость вещества С _р связана с ПР соотношением:

С_р =

Таким образом, зная ПР, можно рассчитать растворимость и наоборот. Используя справочные величины ПР (табл. 3 Приложения), можно определить, возможно ли приготовить раствор заданной концентрации.

Пример 5. Произведение растворимости иодида свинца при 20°С равно 8∙10^-9. Вычислить растворимость соли (в моль/л и г/л) при указанной температуре.

Р е ш е н и е. Обозначим искомую растворимость через s (моль/л). Тогда в насыщенном растворе PbI₂ содержится s моль/л ионов Pb²⁺ и 2s моль/л ионов I^-. Отсюда:

ПР_PbI2 = [Pb²⁺][ I^-]² = s(2s)² = 4s³

и

s = 1,3 10^-3 моль/л.

Поскольку мольная масса PbI₂ равна 461 г/моль, то растворимость PbI₂, выраженная в г/л, составит 1,3∙10^-3 ∙461 = 0,6 г/л.

В химически чистой воде концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов одинакова, поэтому вода имеет нейтральную реакцию (рН=7). При растворении многих солей в воде их ионы, образующиеся в результате диссоциации, вступают во взаимодействие с ионами воды, при этом происходит связывание ионов H⁺ или OH^- ионами соли с образованием малодиссоциирующих соединений.

Процесс взаимодействия ионов растворенной соли с водой, приводящий к образованию слабых электролитов, называется гидролизом соли.

В результате гидролиза смещается равновесие электролитической диссоциации воды: Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^-, поэтому растворы большинства солей имеют кислую или щелочную реакцию. различают три случая гидролиза солей:

1. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой (например, KCN, K₂SO₃, CH₃COONa, Na₂S и др.). Гидролиз этих солей обусловлен связыванием ионов водорода в слабый электролит. Например, гидролиз ацетата натрия можно записать в виде следующего молекулярного уравнения:

CH₃COONa + Н₂О ↔ CH₃COOН + NaOH

Или в ионном виде:

CH₃COO^- + НОН ↔ CH₃COOН + ОН^- (рН > 7)

Соли, образованные сильным основанием и многоосновной кислотой, гидролизуются ступенчато, с образованием кислых солей; например, гидролиз карбоната калия.

Первая ступень:

К₂СО₃ + Н₂О ↔ КНСО₃ + КОН

СО + НОН ↔ НСО + ОН^- (рН > 7)

Вторая ступень:

КНСО₃ + Н₂О ↔ Н₂СО₃ + КОН

НСО + НОН ↔ Н₂СО₃ + ОН^- (рН > 7)

Более сильно выражен гидролиз по первой ступени.

Растворы солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой, имеют щелочную реакцию вследствие гидролиза (рН > 7).

2. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой (например, NH₄Cl, CuSO₄, ZnCl₂ и др.). Гидролиз этих солей обусловлен связыванием гидроксид-ионов воды в слабый электролит.

В результате гидролиза хлорида аммония ионы ОН^- связываются ионами NH в малодиссоциированные молекулы NH₄OH, при этом в растворе накапливается избыток ионов водорода, и реакция раствора становится кислой (рН < 7):

NH₄Cl + Н₂О ↔ NH₄OH + HCl

NH + НОН ↔ NH₄OH + H⁺ (рН < 7)

Если соль образована многозарядным катионом, то гидролиз протекает ступенчато, с образованием основных солей.

Растворы солей, образованные слабым основанием и сильной кислотой, имеют кислую реакцию вследствие гидролиза (рН < 7).

3. Соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием. Соли такого типа гидролизуются в наиболее высокой степени, так как их ионы одновременно связывают ионы водорода и гидроксид-ионы воды, сдвигая равновесие диссоциации воды. Например, гидролиз ацетата аммония можно представить следующим уравнением:

CH₃COONH₄ + H₂O ↔ CH₃COOH + NH₄OH

или в ионном виде:

CH₃COO^- + NH + HOH ↔ CH₃COOH + NH₄OH

В зависимости от соотношения констант диссоциации, образующихся в результате гидролиза кислоты и основания, растворы солей этого типа могут иметь слабокислую или слабощелочную реакцию, т.е. рН близко к 7.

Задания для самостоятельного решения

Задача 6.

1. Из четырех веществ номера вашего варианта (см. столбцы 1-4) выберите сильные и слабые электролиты и составьте уравнения диссоциации их в водном растворе

2. В столбце 1а даны значения молярных концентраций для растворов электролитов из столбца 1. Зная молярную концентрацию своего раствора, определите массовую долю вещества, принимая плотность раствора равной 1г/см³.

3. В столбце 3 приведены малорастворимые электролиты. Напишите выражение для ПР малорастворимого электролита номера вашей задачи. Вычислите, какое количество соли (в граммах) может раствориться в воде объемом 1 л.

4. Напишите уравнение гидролиза соли, данной в столбце 4. Предложите условия для уменьшения скорости реакции гидролиза.

5. Рассчитайте величину рН и рОН раствора, зная величину концентрации ионов Н⁺ (столбец 5).

Номер варианта	Наименование вещества	Концентрация вещества, моль/л	Концентрация [H^+], моль/л
				1а
	CsOH	H2C2O4	SrSO4	Na2SO3	0,002	10^-4
	HBr	HOBr	AgI	Na3BO3	0,005	3,2∙10^-6
	Sr(OH)2	H3BO3	MnS	K2S	0,001	7,4∙10^-11
	RbOH	НРО3	PbI2	Pb(NO3)2	0,009	10^-3
	CsOH	H2CrO4	PbCl2	Al2(SO4)3	0,01	6,5∙10^-8
	Н2SO4	NH4OH	BaCrO4	NaNO2	0,005	1,4∙10^-12
	LiOH	Н3РО4	Са3(РО4)2	HCOOLi	0,008	2∙10^-7
	HI	Н2SO3	СаСО3	Na2SiO3	0,002	8,1∙10^-3
	Вa(OH)2	HCN	СаSO4	K2SO3	0,005	2,7∙10^-10
	HClO4	NH4OH	MgCO3	(NH4)2SO4	0,01	4,6∙10^-4
	HCl	H2Se	Ag2SO4	Na2CO3	0,006	10^-^5
	NaOH	H2SiO3	BaSO4	FeCl2	0,007	4,2∙10^-6
	KOH	HNO2	Ag2CrO4	Ba(NO2)2	0,07	9,4∙10^-^9
	HNO3	HAlO2	FeS	KNO2	0,09	10^-^5
	HClO4	HOCl	NiS	Сa(NO2)2	0,02	9,5∙10^-^6
	LiOH	H2CO3	Ag3PO4	Na2S	0,05	10,4∙10^-12
	Sr(OH)2	H2SeO3	ZnS	AlCl3	0,008	3,2∙10^-7
	HI	HF	CaF2	К2СО3	0,02	8,1∙10^-^2
	KOH	H2S	BaCO3	NH4Cl	0,05	2,7∙10^-^9
	Ba(OH)2	H3PO4	PbSO4	СrBr3	0,006	4,6∙10^-^5
	CsOH	H2SO3	Sr3(PO4)2	Zn(NO3)2	0,001	10^-^11
	NaOH	HCN	FeCO3	NiSO4	0,006	23,2∙10^-^3
	H2SO4	HAlO2	СdS	NaHCO3	0,003	15,4∙10^-1^0
	HBr	HMnO4	СoSO3	Al2(SO4)3	0,02	10^-^12
	RbOH	HF	MgF2	NH4Br	0,009	6,5∙10^-^5
Номер варианта	Наименование вещества	Концентрация вещества, моль/л	Концентрация [H^+], моль/л
	NaOH	HOCl	SrSO4	Ni(NO2)2	0,01	1,4∙10^-1^3
	LiOH	H3BO3	AgI	Сu(СN)2	0,007	3,2∙10^-7
	HCl	H2TeO3	Сa3(PO4)2	K2Se	0,04	9,1∙10^-^4
	HClO4	H2Te	AgBr	Na2Te	0,008	2,7∙10^-1^1
	HNO3	NH4OH	PbCl2	KCN	0,02	54,6∙10^-4

Дата добавления: 2014-11-16