Ионные реакции в растворах

ВВЕДЕНИЕ

Реакции между ионами и молекулами в растворах электролитов могут приводить к образованию новых ионов и молекул. Условием протекания таких процессов является образование малодиссоциированных («прочных») соединений. Такими соединениями могут быть слабые электролиты (вода, слабые кислоты, основания, комплексные ионы), плохо растворимые вещества, выпадающие в осадок, а также плохо растворимые газообразные вещества.

К процессам, идущим с образованием малодиссоциированных соединений, относятся реакции нейтрализации. Они протекают практически необратимо только в случае нейтрализации сильных кислот сильными основаниями, например:

КОН+НС1 ® КС1+Н₂О

ОН^-+Н^- ® Н₂О.

Необратимость таких реакций обусловлена тем, что здесь единственным малодиссоциированным соединением является вода. Несколько иначе протекают другие реакции нейтрализации:

а) слабая кислота + сильное основание

 

СН₃СООН+КОН «СН₃СООК+Н₂О

СН₃СООН+ОН^- «СН₃СОО^-+Н₂О;

                                                                          

б) слабое основание + сильная кислота

NH₄OH+HNO₃ «NH₄NO₃+H₂O

NH₄OH+H⁺«NH₄⁺+H₂O;

                                                       

в) слабое основание + слабая кислота

NH₄OH+ СН₃СООН«СН₃СОО NH₄+Н₂О,

NH₄OH+ СН₃СООН«СН₃СОО^-+ NH₄⁺+Н₂О.

                                                

Реакции обратимы, равновесие данных реакций смещено вправо, т.е. в сторону образования Н₂О, т.к. константы диссоциации исходных электролитов больше константы диссоциации воды (вода более «прочное» соединение): K_H2O << K_CH3COOH; K_H2O<< K_NH4OH.

В тех случаях, когда образующиеся малодиссоциированные соединения представляют собой газы (H₂S и другие) или крайне непрочные соединения (Н₂СО₃, H₂SO₃), разлагающиеся с образованием газообразных продуктов, газы самопроизвольно удаляются из сферы реакции, процесс становится необратимым, например,

Na₂CO₃+2HCl ® NaCl+H₂CO₃ ® NaCl + CO₂­+ H₂O,

CO₃^2-+2H⁺ ® CO₂­+H₂O.

Реакции гидролиза также являются реакциями, протекающими с образованием малодиссоциирующих соединений:

СН₃СООNH₄+H₂O «CH₃СООН+NH₄OH.

Реакции обратимы, равновесие сдвинуто в сторону образования Н₂О, т.к. K_H2O << K_CH3OOH и K_NH4OH :

NH₄Cl + HOH «NH₄OH + HCl,

NH₄+HOH «NH₄OH + H⁺.

Более подробно данный тип реакций будет рассмотрен в разделе «Гидролиз солей» данного методического пособия..

В насыщенном растворе малорастворимого электролита устанавливается равновесие между осадком  (твердой фазой) электролита и ионами электролита в растворе, например,

BaSO_{4 (ТВ)} «Ba²⁺ _(Р)+SO₄^2- _(Р).

Это равновесие описывается константой равновесия, которая зависит только от природы вещества и температуры. Эта константа равновесия называется произведением растворимости и обозначается символом ПР:

ПР_BaSO4 = [Ва²⁺] × [ SO₄^2-].

Реакции, в которых образуются малорастворимые соединения, практически идут до конца:

Na₂S+2AgNO₃®Ag₂S¯+2NaNO₃                        
        2Ag⁺ + S^2- ®Ag₂S¯.

Пр_Ag2S = [Ag⁺]² × [S^2-].

Образование осадка происходит тогда, когда произведение концентраций ионов малорастворимого электролита превышает значение его ПР.

 Растворение осадка - процесс, обратный осаждению. Для того, чтобы создать условия, благоприятствующие переходу осадка в раствор, необходимо уменьшить концентрацию, по крайней мере, одного из ионов, добавив к системе “осадок - раствор” такой реагент, с которым этот ион может образовать

а) малодиссоциированное соединение, например, воду

Fe(OH)₃¯ +3H⁺ ® 3H₂O + Fe³⁺ , ПР> (K_H2O)³ ;

б) газообразное соединение

BaCO₃¯+2H⁺ «CO₂­ + H₂O + Ba²⁺;

в) комплексный ион

AgCl¯ + 2NH₄OH ®[Ag(NH₃)₂]⁺+Cl^-+2H₂O, ПР > Кн.

В приведенных примерах смещение гетерогенных равновесий происходит благодаря образованию более “прочных” соединений (т.е. с меньшей константой равновесия) по сравнению с исходными, либо путем полного вывода продуктов реакции из раствора в виде газа.

Прежде чем приступить к лабораторной работе выполните следующие упражнения.

Упражнения

1). В данном ряду из 19 солей найти 6 слаборастворимых, отметив их формулы знаком ¯. K₂SO₄, BaSO₄, Al₂(SO)₄, BaCl₂, Kcl, CuSO₄, Pb(NO₃)₂, PbSO₄, K₂CrO₄, PbCrO₄, K₂S, PbS, Nh₄Cl, FeCl₃, CH₃COOK, KNO₃, K₂CO₃, CaCO₃.

2). В данном ряду из 13 гидроксосоединений (оснований и кислот) найти 6 слаборастворимых, отметив их формулы знаком ¯. Сu(OH)₂, H₂SeO₄, NH₄OH, H₃BO₃, KOH, Fe(OH)₃, NaOH, Ba(OH)₂, Mg(OH)₂, Pb(OH)₂, HClO₄, HNO₃, H₂SiO₃.

3). Подчеркнуть формулы шести слабых электролитов: H₂CO₃, H₂O, CH₃COOH, NH₄OH, H₂S, Hcl, HF, H₂SO₄, HNO₃.

4). В насыщенном растворе какой из трех солей концентрация ионов Pb²⁺ больше: PbSO₄ (ПР = 10^-8), PbCrO₄ (ПР = 10^-14), PbS (ПР = 10^-27)?

5). Даны растворы слабых электролитов сероводорода (K₁(H₂S)= 6×10⁸) и сернистой кислоты (K₁(H₂SО₃)=6×10^-2) с одинаковыми концентрациями. В каком растворе концентрация ионов Н⁺ больше?

      6).Пользуясь справочными данными, рассчитайте растворимость Ag₂S в воде при комнатной температуре. Чему равны концентрации ионов S^2- и Ag⁺ над осадком сульфида серебра? Предложите способ уменьшения растворимости сульфида серебра.

Лабораторная работа

Реактивы

Водные растворы: соляная кислота НС1,2 N;серная кислота Н₂SO₄, 2N; сероводород H₂S (насыщенный раствор); уксусная кислота СН₃СООН, 2N; гидроксид натрия NaOH, 2N; гидроксид калия КОН, 2N; гидроксид бария Ва(ОН)₂ (насыщенный раствор); хлорид бария ВаС1₂, 2N; хлорид железа FeCl₃, 2N; хлорид аммония NH₄Cl, 2N; сульфат натрия Na₂SO₄, 2N; сульфат кальция CaSO₄ (насыщенный раствор), сульфат алюминия Al₂(SO)₃, 2N; сульфат меди CuSO₄, 2N; карбонат калия К₂СО₃, 2N; нитрат калия KNO₃, 2N; нитрат свинца Pb(NO₃)₂, 2N; ацетат натрия CH₃COONa, 2N; хромат калия К₂CrO₄, 2N; сульфид натрия Na₂S, 2N.

Описание работы

ВНИМАНИЕ. 1). При проведении реакций растворы реагирующих веществ брать в количествах не более 1 мл (высота уровня жидкости в пробирке не больше 1 см).

2). При оформлении отчета следует составить уравнения всех выполненных реакций и в молекулярной, и в ионно - молекулярной формах. Обязательно указать количественные критерии “прочности” осадков и молекул слабых электролитов. Отметить цвет выпавших осадков, запах выделяющихся газов.