Значение явления гидролиза солей

Гидролиз солей – явление, существенно воздействующее на течение химических процессов, чего нельзя не учитывать. На гидролиз влияет не только природа вещества, но и другие факторы, например, разбавление раствора. Разбавление раствора водой усиливает гидролиз. При нагревании гидролиз также усиливается.

Гидролиз солей мешает лабораторной практике, так как растворы легко гидролизующихся солей быстро приходят в негодность.

Кислотно – щелочное равновесие внутренних сред организма определяет в ряде случаев восприимчивость организмов к инфекционным заболеваниям. Пример с холерой. Холерные вибрионы относятся к группе "щелочнолюбивых" микробов. Человек с кислотообразующей функцией желудка практически не может заразиться холерой, даже находясь в очаге инфекции. В радиотехнике также используется явление гидролиза солей. Так, например, растворы солей CuSO₄ – медного купороса и FeCl₃ – хлорного железа применяют для травления плат.

Задания для контроля усвоения темы

1. Какие из перечисленных ниже жидкостей проводят электрический ток: 100% серная кислота, раствор сахара в воде, раствор соли в воде?

2. Почему соляную кислоту хранят в стеклянных или керамических сосудах, а безводную серную кислоту можно хранить в железных контейнерах.

3. Какие ионы содержатся в растворах: 1) гидроксида калия; 2) хлороводорода; 3) сульфата меди; 4) азотной кислоты.

4. Напишите уравнения электролитической диссоциации следующих электролитов: а) HCl; б) H₃PO₄; в) HClO₄; г) NaOH; д) Mg(OH)₂; е) Ca(OH)₂; ж) Al(OH)₃; з) KNO₃; и) Al₂(SO₄)₃; к) K₂CrO₄; л) Na₃PO₄; м) KH₂PO₄;

н) Zn(OH)₂

5. Вычислите концентрацию ионов ОН^- и pH в растворе, если концентрация ионов Н⁺ (моль/л) равна: а) 10^-5; б) 2 · 10^-7;

в) 0,4 · 10^-11;

6. Составьте молекулярные и ионные уравнения следующих реакций:

а) H₂SO₄ + NaOH→; б) Fe(OH)₃ + HNO₃→; в) Pb(NO₃)₂ + K₂S→;

г) Fe₂(SO₄)₃ + NaOH→; д) Zn(NO₃)₂ + NaOH→;

е) Ca(OH)₂ + CO₂→; ж) K₂CO₃ + H₂SO₄→; з) AgNO₃ + FeCl₃→; и) BaCl₂ + H₂SO₄→; к) NaHS + H₂SO₄→; л) AgCl + H₂S→;

7. Можно ли при помощи индикатора отличить друг от друга растворы солей: NaClO₄ и NaClO, KJ и NH₄J, Na₂CO₄ и Zn(NO₃)₂

8. Будет ли разрушаться котельная аппаратура с латунными деталями под действием воды, содержащей соду? Ответ обоснуйте.

Задания с профессиональной направленностью

1. При внесении в почву сульфата, хлорида или нитрата аммония в качестве азотных удобрений почвенный раствор несколько подкисляется. Объясните это явление, используя свои знания о диссоциации солей и усвоении растениями необходимых элементов питания в виде ионов.

2. Одинакова ли концентрация ионов Н⁺ и гидроксид-ионов ОН^-: а) в дистиллированной воде; б) в почвенной вытяжке, полученной из черноземов, солончаков, подкисленных почв (подзолистые, торфяные, болотные)?

3. Как влияет повышение концентрации ионов водорода Н+ в почве на рост и развитие растений? Для устранения кислотности применяют известковую муку, известь, торфяную золу, мергель, содержащие в своем составе карбонат кальция. Приведите схему известкования кислых подзолистых почв и сделайте вывод. В чем состоит химическая сущность известкования:

Mg²⁺

H⁺ [ППК ] ^4- + СаСО₃ →

H⁺

4. Закончите схему гипсования солончаковых почв и солонцов, непригодных для возделывания многих с/х культур:

Mg²⁺

Na⁺ [ППК ] ^4- + СаSО₄ →

Na⁺

5. Объясните, в чем химическая сущность гипсования почв.

Mg²⁺

H⁺ [ППК ] ^4- + СаСО₃ →

H⁺

6. Будет ли разрушаться котельная аппаратура с латунными деталями под действием воды, содержащей соду? Ответ обоснуйте.

7. Суперфосфат хуже растворяется в воде, чем калийная селитра, поэтому суперфосфат вносят в почву осенью, а калийную селитру весной или летом. Напишите уравнения реакций диссоциации данных солей. Какие процессы происходят с суперфосфатом при внесении его в нейтральную почву, щелочную почву?

8. Вам выдано твердое вещество белого цвета. Предположительно это Са(OH)₂; CaCO₃; BaSO₄; CuSO₄. В результате растворения в воде образовался прозрачный раствор. С помощью универсальной индикаторной бумаги определили, что рН водного раствора анализируемого вещества равен 12. Что это за вещество. Ответ подтвердите.

9. Гидролитическая кислотность почвы обусловлена обработкой солями, имеющими, благодаря гидролизу, щелочную реакцию среды растворов. Укажите формулы возможных солей: NaCl; К₂SO₄; Al₂(SO₄)₃; СаСО₃; Na₂CO₃ .Ответ мотивируйте написанием уравнений реакций.

10. Объясните, почему нерастворимый фосфат кальция в составе фосфоритной и костной муки, а также преципитат вносят исключительно на кислые почвы. Ответ поясните ионным уравнением реакции.

Коллоидные растворы

В природе и технике широко распространены дисперсные системы, в которых одно мелко раздробленное вещество – дисперсная фаза, более или менее равномерно распределено в каком-нибудь другом однородном веществе - дисперсионной среде. В зависимости от размера частиц дисперсной фазы различают грубодисперсные системы (размеры частиц > 10^-7м), коллоидные системы (размеры частиц 10^-7 – 10^-9) и истинные растворы (размеры частиц < 10 ^–7м).

Образование крошечных частиц в дисперсных системах может произойти, например, при измельчении твердого вещества или распылении жидкости. Другой путь образования таких систем - конденсация из еще более мелких частиц. Таким образом в природе из переохлажденного водяного пара образуется туман. Возможно также образование дисперсных систем в результате химической реакции, если продукт реакции находится в агрегатном состоянии, отличном от агрегатного состояния реагентов. Так, при взаимодействии газообразных аммиака и хлороводорода образуется дым из твердых частиц хлорида аммония, а в результате реакции газообразного триоксида серы и водяного пара при температуре более 100 ^oС - туман из капелек серной кислоты.

Неоднородные смеси веществ с относительно большими размерами частичек называют взвесями. Со временем взвеси могут разрушаться из-за оседания частиц с более высокой плотностью (по сравнению с окружающей их средой) или за счет укрупнения частиц. Наиболее устойчивы взвеси с одинаковой плотностью образующих их веществ или с высокой вязкостью среды, препятствующей осаждению частиц.

Взвеси различаются по агрегатному состоянию образующих их веществ. Среда, в которой находятся частички вещества, может быть газообразной, жидкой или твердой. К смесям с газообразной средой относятся порошки, волокнистые материалы типа войлока, аэрозоли. Аэрозолями называют взвеси жидких или твердых частиц в газовой среде (обычно в воздухе). К аэрозолям относятся дым, туман, пыль, смог. В аэрозольной форме сжигается все жидкое и значительная часть твердого топлива. Аэрозольные препараты используют в медицине, бытовой химии, лакокрасочной промышленности.

Частицы твердого, жидкого или газообразного вещества, распределенные в жидкой среде, образуют суспензии, эмульсии или пены. Суспензии (от латинского " суспензио " - подвешивание) - взвеси твердых частиц в жидкой среде. Частицы твердого вещества в суспензиях обычно со временем выпадают в осадок или всплывают. Суспензии используют в медицине и в быту, в строительной технологии, в производстве лакокрасочных материалов, бумаги. Эмульсии - взвеси мелких капелек жидкости в другой, не смешивающейся с ней, жидкости. Это слово происходит от латинского " эмульсус " - выдоенный, так как одной из первых изученных эмульсий было молоко. Эмульсиями являются многие лекарственные и косметические средства. Широко известны водоэмульсионные краски.

Твердые тела (стеклообразные или кристаллические) могут включать твердые частички, капельки жидкости или пузырьки газа. Например, рубиновые стекла окрашены мельчайшими частицами меди или золота. Такие материалы, как пенопласты, содержат пузырьки газа.

Дисперсные системы с предельно малыми частицами называют коллоидными системами. В отличие от истинных растворов, в таких системах имеются границы раздела между частицами вещества и окружающей их средой. Для краткости и по исторической традиции до сих пор используется термин " коллоиды " (клееподобные тела), введенный в 1861 г. Т. Грэмом. Он также применил термины "золь" для коллоидных растворов и "гель" - для студнеобразных коллоидных систем. Золь - жидкая коллоидная система (коллоидный раствор), в которой частицы вещества, состоящие из десятков и сотен молекул или ионов, свободно перемещаются в процессе броуновского движения. Золями могут быть и расплавы, при охлаждении которых образуются так называемые твердые золи, например, цветные стекла. Гель (от латинского " гело " - застываю) - коллоидная система, в которой частицы образуют пространственную структуру (сетку). Хотя в большинстве гелей твердые частицы распределены в жидкой среде, они обладают некоторыми признаками твердых тел: способностью сохранять форму, твердостью, пластичностью.

Роль коллоидных систем (золей) в окружающем нас мире исключительно велика. Большинство животных и растительных тканей содержат вещества (фосфаты, жиры, белки, гликоген, крахмал, целлюлозу и т.д.) в форме коллоидов. Коллоидно-химические процессы лежат в основе всех физиологических процессов у животных и растительных организмов, а также различных атмосферных явлениях (выпадение осадков, образование туманов, облаков). От состава и строения почвенных коллоидов зависят поглотительная способность почвы, ее структура и кислотность. Наибольший эффект от обработки с.х. растений наблюдается в результате применения пестицидов в виде различных коллоидных систем (минерально-масляных эмульсий, аэрозолей). С коллоидными системами связаны многие отрасли промышленности: пищевая, текстильная, резиновая, кожевенная, лакокрасочная, фармацевтическая и др..

Способы получения коллоидных растворов

Поскольку коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами, их можно получить двумя способами:

1. диспергированием ( дроблением) грубодисперсных частиц;

2. конденсацией (укрупнением) молекул или ионов истинных растворов или однокомпонентных гомогенных систем.

Структура коллоидных систем

Коллоидная система, или золь, состоит из 2-х компонентов: мицелл и интермицелярной жидкости. Интермицелярная жидкость – это растворы электролитов и неэлектролитов, стабилизирующие коллоидную систему.

Мицелла есть структурная единица коллоидного раствора и является частицей дисперсионной фазы, имеющей сложное строение, которое зависит от условий получения.

В центре мицеллы находится ядро, представляющее собой кристаллические агрегаты, состоящие из m молекул малорастворимого в воде вещества. Ядро частицы, находясь в растворе, адсорбирует на своей поверхности ионы, имеющиеся в растворе в избытке и родственные ионам, входящим в состав ядра (Правило Липатова). Ионы, адсорбирующиеся на поверхности кристаллического агрегата и сообщающие ему заряд («+» или «-») называют потенциалопределяющими ионами. Количество потенциалопределяющих ионов равно n. Заряженная частица притягивает к себе такое же количество ионов противоположного знака – противоионов, компенсирующих этот заряд. Часть противоинов (n-х) находится под сильным воздействием электростатических сил со стороны частицы и составляет вместе с потенциалопределяющими ионами плотный адсорбционный слой. Ядро мицеллы вместе с адсорбционным слоем образуют гранулу. Гранула имеет заряд (+х или –х). Знак заряда соответствует знаку заряда потенциалопределяющих ионов.

Следом за адсорбционным слоем следует подвижный диффузный слой тех же противоионов. Концентрация их по мере удаления от поверхности гранулы уменьшается. Противоионы диффузного слоя ориентируют полярные молекулы растворителя, создавая дополнительную сольватную оболочку. Суммарный заряд противоионов численно равен заряду гранулы, но противоположен ему по знаку. Мицелла в отличие от гранулы электронейтральна.

Состав мицеллы можно изобразить в виде формулы.

Например, структура мицеллы иодистого серебра, полученного в ходе химической реакции между иодидом калия и нитратом серебра, взятого в избытке AgNO_{3 изб.} + KJ ® AgJ¯ + KNO₃ можно представить следующей мицелярной формулой: { m[AgJ] nAg⁺ (n-x)NO₃^-]^+x xNO₃^- }

^{I---ядро ---I I-адсорбционный слой-I I-диффузный слой--I}

^{I--------------------гранула----------------I}

^{I---------------------------мицелла-----------------------------I}

Ядро в данном случае образуют малорастворимые молекулы иодида серебра m[AgJ]. Потенциалопределяющими ионами являются находящиеся в избытке и родственные ионам ядра ионы серебра nAg⁺_. Противоионы представлены нитрат - ионами NO₃^- . Их число в диффузионном слое равно х, а в адсорбционном – (n-x). В результате гранула приобретает заряд +х (положительный золь серебра).

Потенциал, возникающий на границе раздела гранулы и диффузного слоя противоинов (граница скольжения), называют электрокинетическим ξ-потен-циалом (дзета-потенциалом). Электрокинетический потенциал численно равен работе, которую нужно совершить при переносе единицы заряда с поверхности гранулы в глубь дисперсионной среды или наоборот.

Уменьшение значения ξ-потенциала приводит к разрушению диффузного слоя, в результате частицы получают возможность слипания и укрупнения, что приводит к понижению устойчивости коллоидной системы.

Различают 2 вида устойчивости дисперсных систем: кинетическая (седиментационная) и агрегативная (термодинамическая).

Седиментационная устойчивость характеризуется противодействием осаждению под действием сил тяжести (седиментация –явление осаждения частиц под действием силы тяжести). Высокая кинетическая устойчивость коллоидных растворов обусловлена равномерным распределением частиц дисперсной фазы по всему объему системы под влиянием теплового (броуновского) движения.

Агрегативная устойчивость дисперсных систем – это способность противостоять агрегации (укрупнению) частиц. Агрегативная устойчивость обусловлена прежде всего наличием одноименного электрического заряда частиц дисперсной фазы, вызывающего их взаимное отталкивание.

Процесс укрупнения (слипания) коллоидных частиц, приводящий к образованию осадка, называют коагуляцией.

Коагуляция начинается при падении ξ-потенциала до 0,03В.

Коагулирующая способность электролитов характеризуется величиной, называемой порогом коагуляции. Порог коагуляции – это минимальная концентрация электролита, при которой начинается коагуляция (ммоль/л). Порог коагуляции зависит от природы дисперсной системы, концентрации дисперсной фазы, а также от скорости прибавления электролита, интенсивности перемешивания, присутствия в системе других электролитов и неэлектролитов. Процесс, обратный коагуляции, т.е. переход свежеобразованного осадка или геля в коллоидный раствор, называется пептизацией. Вызвать пептизацию можно промыванием коагулянта растворителем, а также воздействием пептизаторов электролитов, неэлектролитов, поверхностно-активных веществ, высокомолекулярных соединений.

Свойства коллоидных систем

1) В отличие от истинных растворов, золи одного и того же вещества, в зависимости от размера частиц, их структуры, формы и концентрации, могут иметь различную окраску. Тогда как у истинных растворов она одинаковая.

2) При пропускании пучка света через золь сбоку (перпендикулярно от зрения наблюдателя) в затемненном помещении виден путь проходящего луча в виде светящегося конуса. Наблюдаемое явление получило название «опалесценция» или «эффект Фарадея-Тиндаля». В его основе лежит дифракционное рассеяние света в результате огибания коллоидных частиц световой волной.

Конус Тиндаля можно наблюдать в природных условиях – рассеяние света в виде конуса от фар, прожектора, уличных фонарей в туманную погоду.

3) Возникновение двойного электрического слоя на поверхности твердой фазы обусловливает электрические свойства коллоидных растворов.

При наложении постоянного электрического поля в коллоидных системах можно наблюдать 2 процесса:

1) явление перемещения частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды – электрофорез;

2) явление перемещения дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы – электроосмос.

Электрофорез и электроосмос широко применяются на практике. Например, с помощью электрофореза покрывают полимерами трубы для защиты от коррозии, наносят из латексов слой каучука на ткани, очищают промышленные выбросы от загрязняющих веществ.

Электроосмотически можно удалять воду из различных измельченных и пористых материалов – торфа, древесины, осушать грунты.

Задания для контроля усвоения темы

1. С помощью какой из приведенных реакций можно получить коллоидный раствор:

Ba(NO₃)₂ + K₂SO₄ = BaSO₄ +2KNO₃

Ba(NO₃)₂ +2KCl = BaCl₂ + 2KNO₃ ?

Составьте формулы возможных вариантов мицеллы образующегося золя.

2. Напишите формулы мицеллы золя кремниевой кислоты, полученного при сливании равных объемов 0,5М раствора силиката натрия и 0,1М раствора соляной кислоты. Укажите ионный стабилизатор.

3. Какие условия необходимо соблюдать, чтобы в результате взаимодействия хлорида натрия и нитрата серебра образовался коллоидный раствор? Приведите возможные варианты строения мицеллы полученного золя.

4. Приведите уравнения реакций и формул мицелл коллоидных растворов, полученных при сливании равных объемов:

1) 0,1М раствора иодида натрия и 0,05М раствора нитрата серебра;

2) 0,2М раствора нитрата цинка и 0,1М раствора сероводорода;

3) 0,05М раствора хлорида железа (III) и 0,2М раствора гидроксида натрия;

4) 0,03М раствора нитрата серебра и 0,001М раствора бромида калия;

5) 0,3М раствора хлорида железа (III) и 0,01М раствора гидроксида натрия;

6) 0,2М раствора карбоната натрия и 0,5М раствора хлорида магния;

7) 0,02М раствора хлорида никеля и 0,1М раствора сульфида калия;

8) 0,1М раствора сульфида натрия и 0,4М раствора хлорида цинка;

9) 0,4М раствора сульфата калия и 0,5М раствора нитрата кальция;

10) 0,2М раствора хлорида кальция и 0,4М раствора карбоната натрия;

11) 0,07М раствора нитрата бария и 0,2М раствора сульфата натрия;

12) 0,02М раствора сульфата калия и 0,3М раствора хлорида бария;

13) 0,04М раствора нитрата бария и 0,5М раствора серной кислоты;

14) 0,2М раствора нитрата меди (II) и 0,5М раствора гидроксида натрия;

15) 0,06М раствора сульфида калия и 0,6М раствора хлорида цинка;

16) 0,04М раствора сероводорода и 0,2М раствора хлорида никеля.

Укажите названия всех слоев мицеллы и место возникновения дзета-потенциала.

4.3 Раздел: Химическая кинетика. Химическое равновесие

Скоростью химической реакции называют изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Δ c

Ư = ± ------, где Ư – скорость реакции, г/моль· сек.;

Δ t Δ c – изменение молярной концентрации, моль/л

Δ t - интервал времени, сек.

Наука, изучающая скорость химической реакции и факторы, влияющие на неё называется кинетика.

Скорость химической реакции зависит от

1) природы реагирующих веществ;

2) концентрации реагирующих веществ;

3) температуры;

4) катализатора;

5) давления (только для реакций с участием газов) и других условий протекания процесса.

Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действующих масс: при постоянной температуре скорость химичской реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам при формулах этих веществ в уравнении реакции.

Эту зависимость для реакции, протекающей по схеме аА + bВ = сС + dD, где

А,В,С, D – вступающие в реакцию и образующиеся вещества.

а,с,b,d – коэффициенты, показывающие в каких молярных количествах вступают во взаимодействие и образуются вещества.

можно выразить уравнением Ư = k · [А]^а · [В]^b, где

Ư – скорость реакции, моль/л · сек.

k – константа скорости;

[А] и [В] – молярные концентрации реагирующих веществ, моль/л.

Константа скорости химической реакции не зависит от концентрации реагирующих веществ, а определяется природой реагирующих веществ и условием протекания реакции (t⁰, каt, Р).

Для конкретной реакции, протекающей при данных условиях, константа скорости есть величина постоянная.

Системой в химии называют вещество или вещества, находящиеся во взаимодействии и мысленно обособленные от окружающей среды.

Различают гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные) системы. В гомогенной системе нет поверхности раздела между отдельными составными частями. Система, состоящая из газообразных или неограниченно смешивающихся жидких веществ, является гомогенной. В гетерогенной системе имеются поверхности раздела между отдельными ее частями. Так, гетерогенной будет система, включающая одновременно твердые и жидкие или твердые и газообразные вещества.

Закон действия масс строго применим только к гомогенным системам.

П р и м е р 1. Реакция в гомогенной системе 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О,

V = k [Н₂]² [О₂],

При написании выражения скорости химической реакции в гетерогенной (неоднородной) системе учитываются концентрации только газообразных веществ, а также площадь поверхности раздела между фазами.

Например, для реакции С_тв + Н₂О_г→ СО_г + Н_{2 г} закон действующих масс имеет следующий вид Ư = k · Сн₂о · S, где k - константа скорости реакции; Сн₂о – концентрация водяного пара; S - площадь поверхности раздела между фазами.

Дата добавления: 2014-10-23