- •Теоретические основы химии
- •Введение
- •1 Количество вещества в химических и инженерных расчетах. Концентрация растворов
- •Основные понятия и определения
- •Основные типы задач
- •Тогда в полученном растворе
- •2 Строение атома. Периодический закон и таблица элементов д.И.Менделеева
- •3 Химическая связь
- •Из таблицы 3.1 видно, что:
- •Кратность химической связи
- •Направленность ковалентной связи. Гибридизация орбиталей
- •Насыщаемость ковалентной связи
- •Поляризуемость ковалентной связи
- •Межмолекулярное взаимодействие
- •4 Общие закономерности протекания химических реакций
- •4.1 Тепловой эффект химической реакции. Понятие об энтальпии
- •Тогда для изобарного процесса
- •Закон Гесса: тепловой эффект реакции зависит только от состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути перехода (т.Е. От числа промежуточных стадий).
- •4.3 Химическое равновесие
- •Влияние давления на равновесие
- •Расчет материального баланса в состоянии химического равновесия
- •4.4 Основы химической кинетики
- •5 Общие свойства растворов. Идеальные растворы. Законы Рауля
- •6 Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация.
- •Если в раствор добавить, например гидроксид натрия
- •7 Гидролиз солей
- •8 Гетерогенные равновесия в растворах электролитов. Произведение растворимости
- •Влияние pH на растворимость электролитов
- •9 Комплексные соединения
- •10 Ионно-молекулярные (обменные) реакции в водных растворах электролитов
- •Примеры
- •Преимущественное направление ионно-молекулярных реакций
- •Получение заданного вещества реакцией обмена
- •11 Окислительно-восстановительные свойства веществ.
- •Определение возможности окислительно-восстановительных реакций по степеням окисления элементов
- •Окислители –пероксиды
- •Восстановители-металлы (простые вещества)
- •Составление материального баланса в полуреакциях
- •Примеры
- •Примеры
- •Примеры
- •Комплексные соединения в окислительно-восстановительных реакциях Примеры
- •Электронный баланс в полуреакциях
- •12 Электрохимические реакции
- •Уравнение Нернста для металлического электрода
- •Электрохимический ряд металлов
- •13 Коррозия металлов
- •Электролиз
- •Материальный баланс электрохимических реакций. Законы Фарадея
- •Пример 2. Рассчитать время электролиза раствора хлорида калия, если при силе тока 100 ампер на аноде выделилось 5,6 литра хлора.
- •Список литературы
- •Теоретические основы химии
- •212027, Могилев, пр-т Шмидта, 3
Получение заданного вещества реакцией обмена
Очевидно, что, выбирая реакцию для превращения исходного вещества в другие, а также для получения заданного вещества, желательно, чтобы выход продукта был как можно большим. Тогда из нескольких возможных вариантов предпочтительнее те, в которых реакции практически необратимы (примеры таких реакций рассмотрены ранее).
Если заданный продукт – малорастворимое вещество или слабый электролит, то его образование отвечает условиям, необходимым для обменных реакций. При этом дополнительным условием может быть как можно больший выход продукта и возможность несложного отделения его от других веществ, образовавшихся в результате реакции.
Примеры
а) предложить варианты получения PbCO3
Решение:заданный продукт –малорастворимаясоль, поэтому обменная реакция может протекать за счет ее образования. Для полученияPbCO3 необходимо иметь электролит, содержащий катионы свинца (II) – это соль или основание, и электролит – источникCO32–– угольную кислоту или ее соль. Для полного протекания реакции необходимо, чтобы исходные электролиты были сильными и хорошо растворимыми. С учетом этого из соединений свинца, например, хлорида, сульфата, нитрата, гидроксида в качестве исходного вещества выберем нитрат, как хорошо растворимую соль. Соответственно источником карбонат-ионов может быть карбонат натрия, калия (растворимые соли).
Уравнение протекающей реакции:
Pb(NO3)2+Na2CO3PbCO3+ 2NaNO3
Очевидно, что проблемы разделения продуктов нет, т. к. один из них выделяется в виде осадка, а второй остается в растворе.
Примечание:карбонаты многих металлов часто оказываются наиболее подходящими в качестве исходных веществ для синтеза других солей тех же металлов. Несмотря на то, что многие карбонаты малорастворимы, реакции обмена с соответствующими кислотами (более сильными, чем угольная) протекают практически необратимо вследствие выделения из раствораCO2(см. принцип Ле Шателье). Например, действием азотной, соляной или уксусной кислотой наPbCO3легко получить нитрат, хлорид или ацетат свинца.
б) предложить варианты получения Cu(OH)2
Решение
Заданное вещество – слабое малорастворимое основание, поэтому обменная реакция может протекать за счет его образования. Для получения Cu(OH)2 необходимо иметь растворимую соль меди и основание – источникOH–. Реакция образованияCu(OH)2 будет протекать до конца, если в качестве основания взять щелочь:CuSO4+ 2KOHCu(OH)2+K2SO4
в) предложить варианты получения Al(OH)3
Решение: на первый взгляд задача аналогична предыдущей. Однако в данном случаеAl(OH)3 – не только слабое малорастворимое основание, но еще иамфотерное,при избытке щелочи оно может раствориться. В этом случае в качестве основания лучше использовать водный раствор аммиака:
AlCl3 + 3NH3∙H2O Al(OH)3 + 3NH4Cl
Другим вариантом получения Al(OH)3 может быть реакция необратимого гидролиза:
AlCl3 + 3Na2CO3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3CO2 + 6NaCl
Если заданный продукт – сильный хорошо растворимый электролит, то образование таких продуктовне отвечаетусловиям, необходимым для обменных реакций. В подобных случаях исходные вещества подбирают такие, чтобыдругие продукты отвечали условиям, необходимым для реакции обмена. При этом дополнительные условия могут быть те же, что и рассмотренные выше.
Пример:предложить варианты получения Cu(NO3)2.
Заданное вещество – сильный, хорошо растворимый электролит, и сам по себе не может быть причиной реакции обмена. Поэтому исходные электролиты, содержащие ионы Cu2+иNO3-, выберем такие, чтобы другой продукт реакции был электролитом слабым или малорастворимым. Например, при наличииCuSO4,CuCl2,KNO3,Pb(NO3)2реакция обмена сKNO3 не пойдет ни сCuSO4, ни сCuCl2, т. к. в обоих случаях все продукты были бы растворимыми. Напротив, с участиемPb(NO3)2 реакция возможна и сCuSO4, и сCuCl2, т. к. сульфат и хлорид свинца малорастворимы:
CuSO4 + Pb(NO3)2 Cu(NO3)2 + PbSO4
CuCl2 + Pb(NO3)2 Cu(NO3)2 + PbCl2
В заключение следует отметить, что в большинстве своем обменные реакции в растворах протекают заметно быстрее, чем окислительно-восстановительные реакции. По этой причине, анализируя возможность химического взаимодействия между заданными веществами, необходимо в первую очередь определить возможность реакции обменного типа. Например, при смешивании раствора сульфита натрия и подкисленного раствора перманганата калия первое, что мы обнаружим, – это запах «жженой серы» – сернистого ангидрида:
Na2SO3 + KMnO4 + H2SO4 H2SO3 + Na2SO4 + KMnO4,
SO2+H2O
Только потом наблюдается обесцвечивание раствора вследствие восстановления перманганат-ионов сернистой кислотой и двуокисью серы.