Глава II. Химические реакции в растворах. § 5. Основные положения теории электролитической диссоциации — с. 35
§ 5. Примените свои знания.
5. Напишите уравнения электролитической диссоциации следующих веществ: бромида калия, иодоводородной кислоты, хлорида железа(III), сульфата натрия.
KBr = K⁺ + Br⁻
HI = H⁺ + I⁻ (иодоводородная кислота — сильная)
FeCl₃ = Fe³⁺ + 3Cl⁻
Na₂SO₄ = 2Na⁺ + SO₄²⁻
Все эти вещества — сильные электролиты, поэтому в уравнениях стоит знак равенства.
HI = H⁺ + I⁻ (иодоводородная кислота — сильная)
FeCl₃ = Fe³⁺ + 3Cl⁻
Na₂SO₄ = 2Na⁺ + SO₄²⁻
Все эти вещества — сильные электролиты, поэтому в уравнениях стоит знак равенства.
§ 5. Примените свои знания.
6. В чём сходство и различие состава растворов хлорида калия и хлорида натрия?
Назовите ионы, присутствующие в растворах этих веществ.
KCl = K⁺ + Cl⁻; NaCl = Na⁺ + Cl⁻.
Сходство: оба раствора содержат одинаковые хлорид-анионы Cl⁻ и молекулы воды; оба — растворы солей (сильных электролитов), в них нет молекул KCl и NaCl, а только ионы; оба проводят электрический ток, дают одинаковую реакцию на хлорид-ион (с нитратом серебра выпадает белый осадок AgCl↓).
Различие: в растворе хлорида калия присутствуют катионы калия K⁺, а в растворе хлорида натрия — катионы натрия Na⁺. Поэтому, например, соли окрашивают пламя по-разному (калий — фиолетовым, натрий — жёлтым).
Ионы: в первом растворе K⁺ и Cl⁻, во втором — Na⁺ и Cl⁻.
Сходство: оба раствора содержат одинаковые хлорид-анионы Cl⁻ и молекулы воды; оба — растворы солей (сильных электролитов), в них нет молекул KCl и NaCl, а только ионы; оба проводят электрический ток, дают одинаковую реакцию на хлорид-ион (с нитратом серебра выпадает белый осадок AgCl↓).
Различие: в растворе хлорида калия присутствуют катионы калия K⁺, а в растворе хлорида натрия — катионы натрия Na⁺. Поэтому, например, соли окрашивают пламя по-разному (калий — фиолетовым, натрий — жёлтым).
Ионы: в первом растворе K⁺ и Cl⁻, во втором — Na⁺ и Cl⁻.
§ 5. Примените свои знания.
7. Чему равна сумма коэффициентов перед формулами ионов в уравнениях электролитической диссоциации: а) нитрата лития; б) хлорида бария; в) нитрита кальция; г) сульфата цинка?
а) LiNO₃ = Li⁺ + NO₃⁻ — сумма коэффициентов 1 + 1 = 2.
б) BaCl₂ = Ba²⁺ + 2Cl⁻ — сумма 1 + 2 = 3.
в) Ca(NO₂)₂ = Ca²⁺ + 2NO₂⁻ — сумма 1 + 2 = 3.
г) ZnSO₄ = Zn²⁺ + SO₄²⁻ — сумма 1 + 1 = 2.
б) BaCl₂ = Ba²⁺ + 2Cl⁻ — сумма 1 + 2 = 3.
в) Ca(NO₂)₂ = Ca²⁺ + 2NO₂⁻ — сумма 1 + 2 = 3.
г) ZnSO₄ = Zn²⁺ + SO₄²⁻ — сумма 1 + 1 = 2.
§ 5. Примените свои знания.
8. Среди перечисленных веществ укажите сильные и слабые электролиты: сероводородная кислота, азотистая кислота, гидроксид бария, гидрат аммиака, серная кислота, сульфат магния.
Сильные электролиты: гидроксид бария Ba(OH)₂ (щёлочь), серная кислота H₂SO₄ (сильная кислота), сульфат магния MgSO₄ (растворимая соль; все соли — сильные электролиты).
Слабые электролиты: сероводородная кислота H₂S, азотистая кислота HNO₂, гидрат аммиака NH₃·H₂O (слабое основание).
Слабые электролиты: сероводородная кислота H₂S, азотистая кислота HNO₂, гидрат аммиака NH₃·H₂O (слабое основание).
§ 5. Примените свои знания.
9. Определите степени окисления атомов в следующих кислотах: борная H₃BO₃, метафосфорная (HPO₃)ₙ, двухромовая H₂Cr₂O₇. Напишите уравнения ступенчатой диссоциации двухромовой кислоты, учитывая, что по первой ступени двухромовая кислота диссоциирует полностью, а по второй — частично.
Степени окисления: у водорода +1, у кислорода −2, сумма степеней окисления в молекуле равна нулю.
H₃BO₃: 3·(+1) + x + 3·(−2) = 0, x = +3, то есть H⁺¹₃B⁺³O⁻²₃.
(HPO₃)ₙ: +1 + x + 3·(−2) = 0, x = +5, то есть H⁺¹P⁺⁵O⁻²₃.
H₂Cr₂O₇: 2·(+1) + 2x + 7·(−2) = 0, 2x = 12, x = +6, то есть H⁺¹₂Cr⁺⁶₂O⁻²₇.
Ступенчатая диссоциация двухромовой кислоты:
1 ступень (полностью): H₂Cr₂O₇ = H⁺ + HCr₂O₇⁻
2 ступень (частично): HCr₂O₇⁻ ⇄ H⁺ + Cr₂O₇²⁻
H₃BO₃: 3·(+1) + x + 3·(−2) = 0, x = +3, то есть H⁺¹₃B⁺³O⁻²₃.
(HPO₃)ₙ: +1 + x + 3·(−2) = 0, x = +5, то есть H⁺¹P⁺⁵O⁻²₃.
H₂Cr₂O₇: 2·(+1) + 2x + 7·(−2) = 0, 2x = 12, x = +6, то есть H⁺¹₂Cr⁺⁶₂O⁻²₇.
Ступенчатая диссоциация двухромовой кислоты:
1 ступень (полностью): H₂Cr₂O₇ = H⁺ + HCr₂O₇⁻
2 ступень (частично): HCr₂O₇⁻ ⇄ H⁺ + Cr₂O₇²⁻
§ 5. Примените свои знания.
10. В 1 л воды растворили 4,48 л аммиака (н. у.). Найдите массовую долю аммиака в полученном растворе.
Дано: V(H₂O) = 1 л; V(NH₃) = 4,48 л (н. у.); ρ(H₂O) = 1 г/мл.
Найти: w(NH₃) — ?
Решение:
1) n(NH₃) = V / Vm = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль.
2) M(NH₃) = 14 + 3 = 17 г/моль; m(NH₃) = n · M = 0,2 моль · 17 г/моль = 3,4 г.
3) m(H₂O) = 1000 мл · 1 г/мл = 1000 г.
4) m(р-ра) = m(H₂O) + m(NH₃) = 1000 г + 3,4 г = 1003,4 г.
5) w(NH₃) = m(NH₃) / m(р-ра) = 3,4 г / 1003,4 г ≈ 0,00339, или 0,339 %.
Ответ: w(NH₃) ≈ 0,339 %.
Найти: w(NH₃) — ?
Решение:
1) n(NH₃) = V / Vm = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль.
2) M(NH₃) = 14 + 3 = 17 г/моль; m(NH₃) = n · M = 0,2 моль · 17 г/моль = 3,4 г.
3) m(H₂O) = 1000 мл · 1 г/мл = 1000 г.
4) m(р-ра) = m(H₂O) + m(NH₃) = 1000 г + 3,4 г = 1003,4 г.
5) w(NH₃) = m(NH₃) / m(р-ра) = 3,4 г / 1003,4 г ≈ 0,00339, или 0,339 %.
Ответ: w(NH₃) ≈ 0,339 %.
§ 5. Примените свои знания.
11. Дайте названия солей, формулы которых: Na₂SO₃, (NH₄)₂S, KNO₂, CuSO₄, Cr(NO₃)₃, Ca(HCO₃)₂, NH₄HSO₄. Напишите уравнения электролитической диссоциации каждой из этих солей.
Na₂SO₃ — сульфит натрия: Na₂SO₃ = 2Na⁺ + SO₃²⁻
(NH₄)₂S — сульфид аммония: (NH₄)₂S = 2NH₄⁺ + S²⁻
KNO₂ — нитрит калия: KNO₂ = K⁺ + NO₂⁻
CuSO₄ — сульфат меди(II): CuSO₄ = Cu²⁺ + SO₄²⁻
Cr(NO₃)₃ — нитрат хрома(III): Cr(NO₃)₃ = Cr³⁺ + 3NO₃⁻
Ca(HCO₃)₂ — гидрокарбонат кальция (кислая соль): Ca(HCO₃)₂ = Ca²⁺ + 2HCO₃⁻; далее ступенчато, в малой степени: HCO₃⁻ ⇄ H⁺ + CO₃²⁻
NH₄HSO₄ — гидросульфат аммония (кислая соль): NH₄HSO₄ = NH₄⁺ + HSO₄⁻; далее: HSO₄⁻ ⇄ H⁺ + SO₄²⁻
(NH₄)₂S — сульфид аммония: (NH₄)₂S = 2NH₄⁺ + S²⁻
KNO₂ — нитрит калия: KNO₂ = K⁺ + NO₂⁻
CuSO₄ — сульфат меди(II): CuSO₄ = Cu²⁺ + SO₄²⁻
Cr(NO₃)₃ — нитрат хрома(III): Cr(NO₃)₃ = Cr³⁺ + 3NO₃⁻
Ca(HCO₃)₂ — гидрокарбонат кальция (кислая соль): Ca(HCO₃)₂ = Ca²⁺ + 2HCO₃⁻; далее ступенчато, в малой степени: HCO₃⁻ ⇄ H⁺ + CO₃²⁻
NH₄HSO₄ — гидросульфат аммония (кислая соль): NH₄HSO₄ = NH₄⁺ + HSO₄⁻; далее: HSO₄⁻ ⇄ H⁺ + SO₄²⁻
§ 5. Выразите своё мнение.
12. В чём сходство и различие диссоциации солей K₃PO₄, K₂HPO₄ и KH₂PO₄?
Сходство: все три соли образованы фосфорной кислотой и катионами калия, растворимы в воде, являются сильными электролитами и в первую очередь диссоциируют полностью на катионы калия и фосфорсодержащий анион; во всех растворах есть ионы K⁺.
K₃PO₄ = 3K⁺ + PO₄³⁻ (средняя соль, диссоциирует в одну ступень).
K₂HPO₄ = 2K⁺ + HPO₄²⁻; затем частично (кислая соль): HPO₄²⁻ ⇄ H⁺ + PO₄³⁻.
KH₂PO₄ = K⁺ + H₂PO₄⁻; затем ступенчато и частично: H₂PO₄⁻ ⇄ H⁺ + HPO₄²⁻, HPO₄²⁻ ⇄ H⁺ + PO₄³⁻.
Различие: средняя соль диссоциирует только на простые катионы и кислотный остаток; кислые соли диссоциируют ступенчато (как многоосновные кислоты), причём вторая и третья ступени идут слабо и обратимо; в растворах кислых солей есть катионы водорода и анионы разного состава (HPO₄²⁻, H₂PO₄⁻), а число катионов калия на формульную единицу уменьшается: 3, 2, 1.
K₃PO₄ = 3K⁺ + PO₄³⁻ (средняя соль, диссоциирует в одну ступень).
K₂HPO₄ = 2K⁺ + HPO₄²⁻; затем частично (кислая соль): HPO₄²⁻ ⇄ H⁺ + PO₄³⁻.
KH₂PO₄ = K⁺ + H₂PO₄⁻; затем ступенчато и частично: H₂PO₄⁻ ⇄ H⁺ + HPO₄²⁻, HPO₄²⁻ ⇄ H⁺ + PO₄³⁻.
Различие: средняя соль диссоциирует только на простые катионы и кислотный остаток; кислые соли диссоциируют ступенчато (как многоосновные кислоты), причём вторая и третья ступени идут слабо и обратимо; в растворах кислых солей есть катионы водорода и анионы разного состава (HPO₄²⁻, H₂PO₄⁻), а число катионов калия на формульную единицу уменьшается: 3, 2, 1.
§ 6. Вопрос в начале параграфа. Вспомните общее уравнение электролитической диссоциации кислот: HₙAcd = nH⁺ + Acdⁿ⁻. В растворах кислот присутствуют два типа ионов: одинаковые для всех кислот — катионы водорода и индивидуальные для каждой кислоты — анионы кислотного остатка. Какие ионы, образующиеся при диссоциации кислот, обусловливают их общие свойства?
Общие свойства кислот обусловлены катионами водорода H⁺, которые образуются при диссоциации любой кислоты и одинаковы во всех кислотных растворах. Именно H⁺ придают раствору кислый вкус, изменяют окраску индикаторов, вступают в реакции с основаниями (нейтрализация), основными оксидами, металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, и с солями. Анионы кислотного остатка (Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻ и др.) индивидуальны для каждой кислоты и определяют её особые свойства, например способность осаждать ионы Ag⁺ (Cl⁻) или Ba²⁺ (SO₄²⁻).