Учебное пособие для модульно-рейтинговой технологии обучения Бийск

Вид материала

Учебное пособие

Содержание 2.13 Ионный обмен 2.13.2 Ионный обмен между электролитами 2.13.3 Примеры решения задач НСN и Са(ОН)2; Pb(NO3)2 и К2СrO4

Подобный материал:

• Методические рекомендации по организации учебного процесса с использованием модульно-рейтинговой, 554.48kb.
• Я. В. Вакула Нефтегазовые технологии Учебное пособие, 2652.31kb.
• Учебное пособие «управление персоналом» для студентов заочного обучения специальности, 1516.37kb.
• М. Н. Машкин Информационные технологии Учебное пособие, 2701.91kb.
• Учебное пособие Уфа 2005 удк 338 (075. 8) Ббк, 1087.66kb.
• Учебный план как средство реализации принципов модульно-рейтинговой технологии обучения, 68.67kb.
• О. Д. Картавцева интенсивный курс обучения изобразительной грамоте учебное пособие, 780.71kb.
• Менеджмента качества положение о модульно-рейтинговой системе квалиметрии учебной деятельности, 1381.23kb.
• Учебное пособие 28365942 Москва 2008 ббк 66., 2986.28kb.
• Формирование профессиональной компетентности будущих специалистов в области вычислительной, 372.85kb.

Теперь найдем степень гидролиза:


β = К_Г/С = 5,56 ∙10^-10/0,1 = 7,5∙10^-5 ,


[ОН^-] = β С = 7,5 ∙10^-5 ∙ 0,1 = 7,5 ∙10^-6 .


Следовательно:

,


отсюда:

.

Ответ: степень гидролиза β =7,5∙10^-5, pН = 8,88 .


2.12.8 Вопросы для самоконтроля

1. Что называется гидролизом соли?
   
2. В чем сущность гидролиза солей?
   
3. Что называется степенью гидролиза и константой гидролиза и от чего они зависят?
   
4. Какие соли гидролизуются по аниону? Почему? Приведите примеры таких солей.
   
5. Какие соли гидролизуются по катиону? Почему? Приведите примеры таких солей.
   
6. Какие соли гидролизуются и по катиону, и по аниону? Приведите примеры таких солей.
   
7. Какие соли не гидролизуются? Почему?
   
8. Приведите примеры гидролиза солей разного типа. Какие из приведенных реакций гидролиза протекают необратимо?
   
9. Добавлением каких веществ можно уменьшить степень гидролиза соли NHCl: (NH₄)₂SO₄; HCl; NaCl; NaOH; H₂SO₄?
   

2.13 Ионный обмен


2.13.1 Катионообменники и анионообменники


Ионный обмен − обратимая химическая реакция, при которой происходит обмен ионами между твердым веществом (ионитом) и раствором электролита либо между различными электролитами, находящимися в растворе.

Твердое вещество при этом не растворяется в растворе. Это либо природные вещества, например, цеолиты и сложные алюмосиликаты щелочных или щелочно-земельных металлов Мe общей формулы Мe_ХО ∙, либо синтетические вещества. Синтетические вещества — это полимерные материалы, содержащие функциональные группы, например, SO₃H, NH₃OH, при диссоциации которых в раствор посту­пают ионы одного знака, а на твердом веществе остаются заряды другого знака. Ионы, перешедшие в раствор, притягиваются к по­верхности твердого тела электростатическими силами его заряжен­ных частиц. Эти ионы могут замещаться другими ионами того же знака заряда. Вещества, которые способны обменивать свои ионы на катионы раствора, называются катионообменниками (катионитами), а на анионы раствора − анионообменниками (анионитами).

Равновесие катионного обмена можно записать в виде:




↔ ,

где И – ионит;

р-р – раствор.

Равновесная концентрация гидроксид-иона:

. (2.73)

В данном случае катионит находился в форме Н-катионита, а по­сле обмена превратился в Na-катионит, в раствор перешел ион водо­рода. Ионный обмен происходит в соответствии с законом эквива­лентов, т. е. моль эквивалентов одних ионов обменивается с молем эквивалентов других ионов. При введении в раствор кислоты равно­весие ионного обмена сместится влево и произойдет регенерация катионита, который снова перейдет в Н-форму.

Равновесие анионного обмена можно представить следующим уравнением:


↔.

В данном случае анионит в ОН-форме в результате ионного обме­на переходит в хлоридную форму, а в раствор поступают гидроксид-ионы. При введении в воду щелочи равновесие смещается влево, и анионит регенерируется, превращаясь снова в ОН-форму.


2.13.2 Ионный обмен между электролитами


Наиболее обширной группой реакций, в которых не происходит перехода электронов между атомами, являются реакции ионного обмена в растворах между различными электролитами. Реакции ионного обмена протекают в тех случаях, когда может образоваться более слабодиссоциирующее вещество: вода, нерастворимая в воде соль или плохо растворимый газ, более слабая кислота или более слабое основание. Нередко эти реакции протекают при посредничестве самой воды. Вода обладает амфотерными свойствами и способна к автопротолизу:


.


Вода в реакциях ионного обмена может образоваться в результате взаимодействия кислоты с основанием. Например:


,

.


Внешним признаком для реакций данного типа является выделение теплоты, которую можно легко обнаружить при использовании достаточно концентрированных растворов. Можно также проконтролировать кислотность раствора с использованием кислотно-основных индикаторов.

Осадок может образовываться в случае, если возможно объединение ионов с образованием нерастворимой соли:


,

.

Газ образуется при возможности объединения ионов в слабодиссоциирующее летучее соединение, например:


,

.


Более сильная кислота всегда вытесняет более слабую из ее солей. И это понятно: слабая кислота способна к диссоциации в меньшей степени по сравнению с сильной кислотой. Типичный пример такой реакции описан в предыдущем абзаце. Можно привести и другие примеры:


.


При определении возможности взаимодействия веществ необходимо руководствоваться значениями констант диссоциации для реакции:


.

.


Чем выше значение констант диссоциации, тем более сильная кислота. Если в реакции участвует многоосновная кислота либо ее соль, необходимо учитывать константы диссоциации по каждой из ступеней. В результате реакции избытка плавиковой кислоты (К_Д = 6,7∙10^-4) с ортофосфатом натрия (для ортофосфорной кислоты (К₁ = 7,2∙10^-3, К₂ = 6,2∙10^-8, К₃=4,6∙10^-13) образуется только дигидрофосфат натрия, а не фосфорная кислота:


.

Более сильное основание вытесняет более слабое из его соли. В качестве типичного примера такой реакции можно привести взаимодействие гидроксида натрия с хлоридом кальция:


.


О силе оснований говорят соответствующие константы диссоциации. Например, метиламин (К_Д= 4,2∙10^-4) реагирует в водном растворе с хлоридом цинка (К₁=1,3∙10^-5, К₂=4,9∙10^-7) согласно уравнению:


.

Реакции сильной кислоты с солью более слабой кислоты или сильного основания с солью более слабого основания не всегда сопровождаются ярко выраженными внешними признаками (образование осадка, выделение газа).

Ионный обмен широко используется для удаления из природных и сточных вод тех или иных ионов или солей. Ионный обмен применяют для обессоливания воды, в гидрометаллургии, в хроматографии.

Итак, в растворах электролитов устанавливается равновесие, ко­торое может смещаться в сторону образования малорастворимых твердых или газообразных веществ, слабых электролитов, в том чис­ле комплексов, а также ионов, закрепленных на ионитах.


2.13.3 Примеры решения задач


Задача 1


Записать в ионно-молекулярной форме уравнения реакций между следующими веществами: СН₃СООNа и Н₂SО₄; Nа₂СО₃ и НNО₃; НСN и Са(ОН)₂; Pb(NO₃)₂ и К₂СrO₄.

Дано: СН3СООNа и Н2SО4; Nа2СО3 и НNО3; НСN и Са(ОН)2; Pb(NO3)2 и К2СrO4	Решение: Поскольку СН3СООН, НСN и Н2О – слабые электролиты, а СО2 и PbCrO4 – малорастворимые в воде вещества, искомые уравнения будут иметь следующий вид: СН3СОО- + Н+ = СН3СООН , СО32- + 2Н+ = СО2 + Н 2О , HCN + OH- = CN- + H2O , Pb2+ + CrO2-4 = PbCrO4 .
Найти: в ионно-молекулярной форме уравнения реакций обмена