Лабораторная работа 8

РЕАКЦИИ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Реакции, протекающие в растворах электролитов, сводятся к взаимодействию между ионами растворенных веществ. Реакции в растворах электролитов идут только в том случае, если в результате электростатического взаимодействия разноименно заряженных ионов образуются молекулы нового вещества: труднорастворимого, газообразного или малодиссоциированного. Если ни одно из таких веществ при реакции не образуется, то не происходит и самой реакции. К слабым электролитам относятся не только молекулы слабых кислот и оснований, но и их ионы, образующиеся при диссоциации по первой ступени или по второй (например, HPO₄^2-, HCO₃^-, MgOH⁺). Константа диссоциации их, как правило, меньше, чем константы диссоциации соответствующих им кислот и оснований. К слабым электролитам относятся и относительно устойчивые комплексные ионы.

Если в реакцию вступают слабые электролиты, летучие или малорастворимые вещества, то реакции происходят в тех случаях, когда образующиеся вещества будут менее диссоциированными, более летучими, менее растворимыми.

При составлении ионных уравнений реакций формулы сильных электролитов записывают в диссоциированном виде. Слабые элек­тролиты и труднорастворимые вещества в ионных уравнениях, как в правой, так и в левой части равенства, изображают формулами недиссоциированных молекул.

Реакции, идущие с образованием слабых электролитов

а) Реакция нейтрализации - процесс взаимодействия основания с кислотой, приводящий к образованию соли и воды.

1. KOH + HNO₃ = KNO₃ + H₂0

OH^- + H⁺ = H₂O

Образование 1 моль воды из ионов и при нейтрализации сильных кислот сильными основаниями сопровождается выделением 57,54 кДж теплоты (теплота нейтрализации).

Реакция нейтрализация может протекать между сильным основанием и слабой кислотой или слабым основанием и сильной кислотой, слабым основанием и слабой кислотой. В таких системах устанавливается химическое равновесие, так как имеет место обратный процесс. Реакции среды не будет нейтральной:

6. KOH + CH₃COOH ↔ CH₃COOK + H₂0

В ионной форме: OH- + CH₃COOH ↔ CH₃COO- + H₂0

3. NH₄OH + HCl ↔ NH₄Cl + H₂0

В ионной форме: NH₄OH + H⁺ ↔ NH₄⁺ + H₂0

В этих случаях слабые электролиты имеются в числе как исходных, так и конечных продуктов. Равновесие в подобных системах смещается в сторону образования веществ с меньшей К_дис, т.е. процессы в этих системах направлены в сторону образования более слабых электролитов и приводят к более полному связыванию ионов: H⁺ (в реакции 2), ОН^- (в реакции 3).

б) Реакции, идущие с образованием слабых кислот или оснований:

1. CH₃COONa + HCl = CH₃COOH + NaCl

Ионное уравнение реакции: CH₃COO^- + H⁺ = CH₃COOH

2. KCN + CH₃COOH = CH₃COOK + HCN

Ионное уравнение реакции:

CN^- + CH₃COOH = HCN + CH₃COO^-

В результате реакции (2) образуется более слабый электролит HCN: К_дис(HCN) < К_дис(CH₃COOH). Концентрация ионов H⁺ понижается за счет более полного связывания их ионами CN^- в молекулы HCN.

в) Реакции, сопровождающиеся образованием комплексного иона:

Zn(OH)₂ + 2NaOH ↔ Na₂[Zn(OH)₄]

Zn(OH)₂ + 2OH^- ↔ [Zn(OH)₄]^2-

Реакции, идущие с образованием труднорастворимого вещества

Значительно чаще приходится иметь дело с образованием труднорастворимых веществ, которые удаляются из сферы реакции в виде осадка, например:

Ca(NO₃)₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaNO₃

или ионное уравнение: Ca²⁺ + CO₃^2- = CaCO₃↓

Изучение равновесия в насыщенных растворах сильных электролитов (например, солей) дает возможность выяснить условия, вызывающие образование или растворение осадков в этих условиях. При растворении кристаллов электролитов с ионной кристаллической решеткой в раствор переходят не молекулы, а ионы.

В насыщенном растворе какой-либо соли с осадком (например, Ag₃PO₄) имеет место равновесие:

Ag₃PO₄↓ ↔ 3Ag⁺ + РO₄^3-

Переход ионов в раствор происходит только с поверхности и не зависит от массы твердого вещества. Произведение концентраций ионов в насыщенном растворе при данной температуре есть величина постоянная. Эта величина называется произведением растворимости и обозначается ПР.

Произведение растворимости – это произведение концентраций ионов в насыщенном растворе в степенях, соответствующих коэффициентам в уравнении реакции,

ПР(Ag₃PO₄) = [Ag⁺]³ [РO₄^3-]

Из двух однотипных солей при определенной температуре меньшей растворимостью обладает соль, ПР которой меньше. Однако изменяя концентрацию ионов в насыщенном растворе, можно нарушить равновесие и вызвать осаждение или растворение осадка электролита:

- п рибавление к насыщенному раствору малорастворимого электролита хорошо растворимого сильного электролита, не содержащего одноименный ион, повышает растворимость малорастворимого электролита. Это проявление так называемого солевого эффекта;

- прибавление к насыщенному раствору малорастворимого электролита хорошо растворимого сильного электролита, содержащего одноименный ион, понижает растворимость малорастворимого электролита.

Нередко встречаются реакции, при которых труднорастворимые вещества имеются в числе и исходных веществ, и продуктов реакции, например:

BaCO₃↓ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + Na₂CO₃

Равновесие в подобных системах смещается в сторону образования вещества с меньшим значением ПР.

Условие образования осадка: Если при смешивании двух растворов, содержащих ионы малорастворимой соли, произведение концентраций этих ионов (ИП) больше произведения растворимости (ПР) малорастворимой соли или равно ему, то осадок образуется.

Реакции, идущие с образованием газа

К этим реакциям относят в основном реакции, сопровождающиеся выделением водородных соединений неметаллов H₂S, HF, HCl, HI, NH₃ и др., например:

ZnS +2HCl = ZnCl₂ + H₂S

Ионное уравнение реакции: ZnS + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂S

Так как сульфид цинка плохо растворим в воде, в ионном уравнении реакции эту соль записывают в молекулярной форме. При этом, однако, помнят, что растворение сульфида цинка в соляной кислоте происходит за счет того, что между ZnS, находящимся в осадке, и растворенной его частью существует равновесие: ZnS ↔ Zn²⁺ + S^2-, которое сдвигается вправо по мере связывания ионов S^2- в молекулы сероводорода.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Цель работы: изучить реакции в растворах электролитов.

Оборудование и материалы: г орелка, мерный цилиндр емкостью 20 мл, шпатель, штатив с пробирками, стеклянная палочка, термометр.

Реактивы: цинк, гидроксид кальция Ca(OH)₂, оксалат кальция CaC₂O₄; растворы: с оляной кислоты (2 н. и с ῤ = 1,18г/мл, серной кислоты (2 н), азотной кислоты (p=1,4 г/мл), уксусной кислоты (2 н.), гидроксида натрия (2 н.), гидроксида калия (2 н.), хлорида калия (насыщ.), хлората калия (насыщ.), хлората натрия (насыщ.), ацетата натрия (2 н.), сульфата натрия (2 н.), сульфида натрия (1 н.), хлорида бария (0,5 н. и насыщ.), нитрата бария (насыщ.), хлорида стронция (0,5 н.), сульфата стронция (насыщ.), хлорида кальция (0,5 н.). сульфата кальция (насыщ.), хлорида меди (0,5 н.). 20), сульфата цинка (0,5 н.), сульфата железа (II) (0,5 н.) свежеприготовленный.