Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Химия

.pdf
Скачиваний:
120
Добавлен:
10.06.2015
Размер:
2.39 Mб
Скачать

41

nэк

 

Сэк 2 V2

 

 

2 0,100 15,6

3,12 103

моль-экв.

 

1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1000

 

 

 

 

Количество AgNO3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

эк 1

3,12 103 моль.

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количество Ag2 CrO4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

1

n

 

 

 

 

1

3,12 103

1,56 103

моль.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

эк

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Масса AgNO3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m n

эк

M

эк 1

3,12 103 170 0,530 г.

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Масса Ag2 CrO4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m n

 

 

M

эк 3

3,12 103

332

0,518 г.

 

 

 

эк

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 4. К 0,200 М раствору H2SO 4 объёмом 15,0 мл прибавили 0,20

М раствор КОН объёмом 20,0 мл. Какое вещество в избытке? Вычислите его молярную концентрацию в полученном растворе.

Решение.

Молярные

концентрации

эквивалентов Cэк H SO

2СH SO

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

2

4

Cэк KOH 2СKOH .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количество моль эквивалентов H2SO 4

 

 

 

 

 

 

nэк H SO

Сэк H

SO

VH SO

 

 

2 0,200 15,00

6,00 10

3 моль-экв.

 

 

 

 

2

4

 

2 4

 

 

 

 

 

 

 

1000

 

 

1000

 

 

 

 

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Количество эквивалентов КОН

 

 

 

 

 

 

nэк KOH

 

Сэк KOH VKOH

 

 

0,200 20,00

4,00 103

моль-экв.

 

 

 

 

1000

 

 

 

 

 

1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку количество моль эквивалентов вступающих в реакцию веществ одинаково, то гидроксид калия прореагировал без остатка, а в избытке осталась серная кислота

nэк изб nэк H2SO4 nэк KOH 6,00 4,00 103 2,00 103 моль-экв.

Объём полученного раствора V VKOH VH2SO4 20,0 15,0 35,0 мл.

Концентрация непрореагировавшей серной кислоты:

 

 

 

 

 

 

42

 

Cэк/ H2SO4

 

nэк изб

 

 

2,00 10 3

0,0571 моль-экв/л,

 

 

35,0 1000

 

 

 

V

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C /H2SO4

 

1

Cэк/

H2SO4

1

0,0571 0,0286 моль/л .

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Контрольные задания

161—165. Водный раствор содержит массу m вещества А в объёме V.

Плотность раствора ρ (см. табл. 11). Вычислите массовую долю, молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов.

Таблица 11 – Исходные данные к задачам №№ 161 – 165

Номер задачи

А

m, г

V, л

ρ, г/мл

161

H2SO 4

784

1,0

1,44

162

H3 PO4

735

2,5

1,15

 

 

 

 

 

163

KOH

718

2,0

1,27

164

HNO3

1250

3,0

1,21

 

 

 

 

 

165

HCI

112

0,5

1,10

166—170. Какой объем раствора вещества А (см. табл. 12) с массовой

долей 1 , (плотность

1 ) следует взять для приготовления объема V2

раствора

с массовой долей

2

(плотность 2 )? Чему равна молярная концентрация

полученного раствора?

 

 

 

 

 

 

Таблица 12 – Исходные данные к задачам №№ 166 – 170

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Номер задачи

 

 

А

1 , %

1 , г/мл

V2 , л

2 , %

 

2 , г/мл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

166

 

 

HNO3

27,0

1,160

1,00

20,0

 

1,115

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

167

 

 

Na2 CO3

15,2

1,160

2,50

4,50

 

1,045

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

168

 

 

NH3

26,0

0,904

2,00

5,25

 

0,976

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

169

 

 

NaOH

40,0

1,430

5,00

10,00

 

1,110

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

170

 

 

H2SO 4

95,1

1,834

10,00

4,00

 

1,025

 

 

 

 

 

 

 

171—175. К раствору вещества А объемом V1 , с молярной

концентрацией С1

добавили воду объемом VH2O . Плотность полученного

раствора 2

(см. табл. 13). Чему равны молярная концентрация полученного

раствора С2

и массовая доля 2 ?

 

 

 

 

 

Таблица 13 – Исходные данные к задачам №№ 171 – 175

В с молярной

43

Номер задачи

А

V1 , мл

С1 , моль/л

VH2O , мл

2 , г/мл

171

H3 PO4

10,0

2,00

50,0

1,015

 

 

 

 

 

 

172

HCl

25,0

11,00

100,0

1,035

 

 

 

 

 

 

173

H2SO 4

5,0

6,40

50,0

1,035

174

KOH

50,0

9,95

1000

1,020

 

 

 

 

 

 

175

HClO4

20,0

3,45

100,0

1,030

176—180. Для нейтрализации раствора щелочи потребовалась кислота

объемом Vк с молярной концентрацией Ск

(см. табл.

14). Определите

количество щелочи и ее массу.

 

 

 

 

 

 

Таблица 14 – Исходные данные к задачам №№ 176 – 180

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Номер задачи

Щелочь

Кислота

Vк , мл

 

Ск , моль/л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

176

NaOH

НС1

24,85

 

0,1015

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

177

КОН

H2SO 4

21,65

 

0,2216

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

178

Ba OH 2

HNO3

15,24

 

0,1986

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

179

LiOH

НВr

13,68

 

0,3844

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

180

NaOH

H2SO 4

23,96

 

0,4895

 

 

 

 

 

 

 

 

 

181—185. Вещество А, содержащееся в растворе объемом VА ,

полностью прореагировало с объемом VВ раствора вещества концентрацией СB . Определите молярную концентрацию СА . вещества А в

исходном растворе и массу полученного вещества D (см. табл. 15).

Таблица 15 – Исходные данные к задачам №№ 181 – 185

Номер задачи

А

VА , мл

В

VВ , мл

СB , моль/л

D

 

 

 

 

 

 

 

181

AgNO3

10,0

NaCl

15,6

0,100

AgCl

 

 

 

 

 

 

 

182

BaCl2

20,0

K2SO 4

18,7

0,150

BaSO 4

 

 

 

 

 

 

 

183

Pb NO3 2

50,0

Na2 CrO4

48,5

0,0500

PbCrO4

 

 

 

 

 

 

 

184

NiSO 4

5,00

КОН

10,8

0,200

Ni OH 2

 

 

 

 

 

 

 

185

AgNO3 ,

10,0

Na2S

10,9

0,100

Ag2S

 

 

 

 

 

 

 

186—190. К раствору вещества А объемом VА с молярной концентрацией СА прибавили раствор вещества В объемом VВ с молярной концентрацией СB (см. табл. 16). Вещества А и В вступили в реакцию. Какое

44

вещество взято в избытке? Вычислите его молярную концентрацию в полученном растворе.

Таблица 16 – Исходные данные к задачам №№ 186 – 190

Номер задачи

А

VА , мл

СА , моль/л

В

VВ , мл

СB , моль/л

 

 

 

 

 

 

 

186

КОН

50,0

0,156

H2SO 4

50,0

0,127

 

 

 

 

 

 

 

187

Ba OH 2

20,0

0,109

НСI

20,0

0,148

 

 

 

 

 

 

 

188

НСI

10,0

0,161

КОН

50,0

0,0680

 

 

 

 

 

 

 

189

NaOH

20,0

0,248

HNO3

25,0

0,218

 

 

 

 

 

 

 

190

H2SO 4

50,0

0,103

NaOH

40,0

0,211

 

 

 

 

 

 

 

8. Составление молекулярных и ионно-молекулярных уравнений

реакций обмена

Реакции обмена ионов, в которых не происходит изменения степеней окисления, протекают в сторону наиболее прочного связывания ионов в слабые электролиты, труднорастворимые или газообразные вещества. В молекулярных уравнениях все вещества условно представлены в виде молекул, что не отражает истинного состояния вещества в растворе. В ионно-

молекулярных уравнениях вещества, участвующие в реакции, представляются в той форме, в которой они находятся в растворе: сильные растворимые электролиты – в виде ионов, слабые электролиты, газы или осадки – в виде молекул. При составлении ионно-молекулярных уравнений ионы, не изменяющиеся в реакции, не записывают в конечном уравнении.

Примеры решения задач

Пример. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в водном растворе веществ: 1) НСI и NaOH; 2) H2S и

КОН; 3) Ni OH 2 и HNO3 ; 4) Cu OH 2 и H2S ; 5) CuCO3 и НСI.

Решение. 1) Молекулярное уравнение

HCl NaOH H2O NaCl

НС1, NaOH, NaCl – сильные растворимые электролиты, поэтому их записывают в виде ионов; слабый электролит H2 O записывают в виде

молекулы:

Ni OH 2

45

H Cl- Na OH- H2O Na Cl-

Это уравнение содержит одинаковые ионы в левой и правой частях и является вспомогательным. Его записывать не обязательно, в дальнейшем оно будет опущено. Ионно-молекулярное уравнение

H OH- H2O

отражает суть процесса нейтрализации сильной кислоты и сильного основания и соответствует другим подобным молекулярным уравнениям,

например:

H2SO 4 2NaOH 2H2O K2SO 4 ; 2HNO3 Ba OH 2 2H2O Ba NO3 2 и др.

2) При избытке КОН

H2S 2KOH 2H2O K2S

Слабые электролиты – H2S и H2 O , причем более слабым из них является вода, поэтому реакция протекает в сторону ее образования. Ионно-

молекулярное уравнение:

H2S 2OH- 2H2O K2S

При недостатке КОН образуется кислая соль KHS:

H2S KOH 2H2O KHS

Кислая соль является сильным электролитом и диссоциирует нацело:

KHS K HS-

С учетом этого

H2S OH- H2O HS-

3) Молекулярное уравнение

Ni OH 2 2HNO3 2O Ni NO3 2

– труднорастворимое соединение. Реакция возможна, так как гидроксид-ионы OH- прочней связаны в молекуле слабого электролита H2 O ,

чем в осадке Ni OH 2 . Ионно-молекулярное уравнение

Ni OH 2 2H 2H2О Ni2

соответствует и другим молекулярным уравнениям растворения Ni OH 2 в

сильных кислотах. Например,

46

Ni OH 2 2H2SO 4 2O NiSO 4 и др.

4) Молекулярное уравнение

Сu OH 2 H2S CuS 2Н2O

В этой реакции ни одно из веществ практически не диссоциирует на ионы: H2S и H2 O – слабые электролиты, Cu OH 2 и CuS – труднорастворимые соединения. Реакция протекает в сторону наиболее сильного связывания ионов (CuS менее растворим, чем Cu OH 2 ; H2 O более слабый электролит, чем

H2S ). Ионно-молекулярное уравнение имеет ту же форму записи, что и молекулярное.

5) Молекулярное уравнение

CuCO3 2HCl CuCl2 H2O CO2

(Слабая угольная кислота H2 CO3 , которая должна образоваться в результате ионного обмена, при значительных концентрациях разлагается на H2 O и

CO2 .) Учитывая, что CuCO3 — труднорастворимое соединение, H2 O – слабый электролит, а CO2 – газ, получаем ионно-молекулярное уравнение:

CuCO3 2H Cu 2 H2O CO2

Контрольные задания

191—200. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения

реакций взаимодействия в водных растворах между веществами (см. табл.

17).

Таблица 17 – Исходные данные к задачам №№ 191 – 200

Номер

 

Вещества

 

задачи

 

 

 

 

 

 

 

191

a) AgNO3 и FeCl3 ;

б) NaOH и H2S ;

в) CaCO3 и НС1

 

 

 

 

192

a) Fe OH 2 и H2SO 4 ;

б) NH4 Cl и NaOH;

в) K 2S и CuSO 4

 

 

 

 

193

а) CuCl2 и H2S ;

б) AgNO3 и NH4 Cl ;

в) Fe OH 3 и НС1

 

 

 

 

194

a) MgO и H2SO 4 ;

б) Ba OH 2 и H2SO 4 ;

в) FeCl3 и КОН

 

 

 

 

195

a) Na2SiO 3 и H2SO 4 ;

б) CH3COOH и КОН;

в) H2SO 4 и Ca OH 2

 

 

 

 

 

 

47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

196

а) BaCO3 и HNO3 ;

б) NaHCO3

и НС1;

в) Cu OH 2

и H2SO 4

 

 

 

 

 

 

197

a) AgCl и K 2S ;

б) Fe OH 3

и НС1;

в) CaCO3

и HNO3

 

 

 

 

 

198

a) Mg OH 2 и CH3COOH ;

б) Na2 HPO4 и NaOH;

в) K 2SiO 3

и НС1

 

 

 

 

 

199

a) Fe2 O3 и HNO3 ;

б) KHS и КОН;

в) Сa OH 2

и CO2

 

 

 

 

 

200

a) NaHS и НCl;

б) НС1 и K 2S ;

в) KH2 PO3

и HNO3

 

 

 

 

 

 

 

201—210. Составьте по два молекулярных уравнения к каждому из приведенных ниже ионно-молекулярных уравнений (см. табл. 18).

Таблица 18 – Исходные данные к задачам №№ 201 – 210

Номер задачи

 

Ионно-молекулярные уравнения

 

 

 

201

Zn OH 2 2OH- Zn OH 4 2 ;

Fe OH 2 2H Fe2 2H 2 O

202

OH- NH4

NH3 H2 O ;

H OH- H2O

203

CO32 - 2H

CO2 H2 O ;

Cr OH 3 3OH- Cr OH 6 3

204

Cr OH 3 3H Cr 3 3H2 O ;

Mg2 2OH- Mg OH 2

205

CN- H HCN ;

FeO OH 2H Fe3 2H2O

206

H 3 PO4 2OH- HPO42 - 2H 2 O ;

Cu OH 2 S2 - CuS 2OH-

 

 

 

 

207

HCO3- H

H 2 O CO2 ;

H3 PO4 3OH- PO34- 3H2 O

208

HCO3- OH CO32- H2O ;

HPO42- H H2 PO-4

209

CaCO3 2H Ca2 CO2 H2O ;

H HS- H2S

210

HS- OH- H2 O S2 - ;

BaCO3 SO 42 - BaSO 4 CO32 -

 

 

 

 

9. Гидролиз солей

Примеры решения задач

Пример 1. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: a) Ga2 SO 4 3 ; б) K 2S . Какая среда в растворе каждой из солей

и величина рН ( pH 7

или pH 7 )?

Решение. а)

Сульфат галлия Ga2 SO 4 3 образован слабым

трехкислотным основанием Ga OH 3 и сильной кислотой H2SO 4 . Гидролизу подвержен ион, образующий слабый электролит. Поэтому гидролиз протекает по катиону:

48

 

Ga 3 HOH GaOH2 H

(1)

(Гидролиз по II и III ступеням протекает в значительно меньшей степени, и

его можно не учитывать.) Среда кислая, pH 7 .

 

Молекулярное уравнение

 

Ga 2 SO 4 3 2H 2 O 2Ga OH SO 4 H 2 SO 4

 

б) Сульфид калия образован слабой двухосновной кислотой H2S и

сильным основанием КОН. Гидролиз протекает по аниону:

 

S2- HOH HS- OH-

(2)

(Гидролиз по II ступени можно не учитывать.) Среда щелочная,

pH 7 .

Молекулярное уравнение

 

K2S H2O KHS KOH

 

Пример 2. Какие процессы будут протекать при смешении растворов

Ga2 SO 4 3 и K 2S ? Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнения взаимного гидролиза этих солей, если процесс протекает необратимо и до

конца.

 

 

Решение. При смешении растворов

этих

солей ионы водорода H ,

образующиеся при гидролизе Ga2 SO 4 3

[см.

уравнение (1)], вступят в

реакцию с гидрооксид-ионами OH- , образующимися при гидролизе K 2S [см.

уравнение (2)]. В результате образуется слабый электролит – вода H2 O ,

концентрации H и OH- уменьшатся, равновесия (1) и (2) сместятся в прямом направлении по принципу Ле Шателье. Взаимный гидролиз каждой соли будет протекать необратимо до конца. Запишем ионно-молекулярные уравнения гидролиза каждого иона отдельно, а затем суммируем их с учетом нейтрализации ионов H и OH- :

2Ga3 3H2O Ga OH 3 3H

3S2- 2H2O H2S 2OH-

2Ga3 3S2- 6H2O 6H2O 2Ga OH 3 3H2S 6H 6OH- 2Ga3 3S2- 6H2O 2Ga OH 3 3H2S

49

Молекулярное уравнение:

Ga2 SO 4 3 3K2S 6H2O 2Ga OH 3 3H2S 3K2SO 4

Пример 3. Как повлияет на гидролиз сульфата галлия Ga2 SO 4 3 и

сульфида калия K 2S добавление к раствору каждой из солей: а) азотной кислоты HNO3 ; б) гидроксида калия КОН?

Решение. Азотная кислота является сильной кислотой и в растворе

диссоциирует нацело:

HNO H NO- .

Добавление ее приводит

к

 

3

3

 

 

увеличению в растворе ионов водорода H . По принципу Ле Шателье это

вызывает смещение равновесия гидролиза

Ga2 SO 4 3 [см. уравнение (1)]

в

обратном направлении, т. е. подавление гидролиза сульфата галлия.

 

Добавление HNO3

к раствору

K 2S приводит к смещению равновесия

гидролиза этой соли [см. уравнение (2)] в прямом направлении, поскольку вводимые ионы H связывают образующиеся в результате гидролиза ионы

OH- в воду и уменьшают их концентрацию. По принципу Ле Шателье равновесие (2) смещается в прямом направлении. Гидролиз сульфида калия

усиливается.

Гидроксид калия является сильным основанием и в растворе диссоциирует нацело: KOH K OH- . Добавление его вызывает увеличение в растворе гидроксид-ионов OH- . Это приводит к смещению равновесия гидролиза K 2S [см. уравнение (2)] в обратном направлении, т. е. к

подавлению гидролиза сульфида калия.

Добавление КОН к раствору Ga2 SO 4 3 приводит к смещению равновесия гидролиза этой соли [см. уравнение (1)] в прямом направлении,

поскольку вводимые ионы OH- связывают образующиеся в результате гидролиза ионы H в воду и уменьшают их концентрацию. Равновесие (1)

смещается в прямом направлении. Гидролиз сульфата галлия усиливается.

Пример 4. Какая из солей при равных молярных концентрациях и одинаковой температуре в большей степени подвержена гидролизу: a) K 2S

 

 

 

50

 

или K2 С2 O4 ; б) VCl 2

или VCl 3 ? Составьте ионно-молекулярные и

молекулярные уравнения гидролиза.

 

Решение. Чем слабее электролит, образующийся в результате

гидролиза, тем сильнее протекает гидролиз.

 

a) K 2S и K2 С2 O4

образованы сильным основанием КОН и слабыми

кислотами: H2S

( K1 1,1 10 7 ;

K2 1,0 10 14 ) и H2 С2 O4

( K1 5,6 10 2 ;

K2 5,1 10 5 ). Более слабая кислота

H2S , так как ее константы диссоциации

значительно меньше таковых для

H2 С2 O4 . Гидролизу в большей степени

подвержен K 2S :

 

 

 

 

S2- HOH HS- OH- ;

K2S H2O KHS KOH

б) VCl 2 и

VCl 3

образованы сильной кислотой НС1 и слабыми

основаниями V OH 2 и V OH 3 . Более слабое основание V OH 3 , так как ион

V3 сильнее, чем

V2 , удерживает ионы OH- . Гидролизу в большей степени

подвержен VCl 3 :

 

 

 

 

V3 HOH VOH2 H ;

VCl 3 H2O VOHCl2

HCl

Контрольные вопросы

211-220. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза каждой из двух указанных солей (см. табл. 19). Какая в растворе каждой из этих солей среда и величина рН ( pH 7 или pH 7 )? Как повлияет на гидролиз добавление к растворам: а) хлороводородной кислоты НС1; б) гидроксида натрия NaOH?

Таблица 19 – Исходные данные к задачам №№ 211 – 220

Номер задачи

 

 

Соль

 

 

 

 

211

Na3 PO3

;

BeCl2

 

 

 

 

212

Cu NO3

2 ;

CH3COOK

213

FeSO 4 ;

 

NH4 Cl

214

FeSO 4 ;

 

NaClO

215

KCN;

 

CoBr2

216

NH4 NO3 ;

K 2S