Лекция № 5. «Реакции в растворах электролитов».
Формулировка и мотивация темы: на занятии будут рассмотрены суть и механизмы различных типов реакций, протекающих в растворах, условия их протекания. Мы научимся составлять ионные уравнения этих реакций.
Соль гидрокарбонат натрия (то есть пищевая сода) при растворении в воде образует щелочной раствор, обладающий моющим действием. Это связано с процессом гидролиза, которому подвергаются в воде некоторые соли. На занятии мы узнаем механизм этого процесса и научимся предсказывать реакцию среды раствора той или иной соли.
План лекции:
1.Реакции обмена в растворах электролитов.
2. Окислительно-восстановительные реакции в растворах электролитов.
3. Гидролиз солей и среда в растворах электролитов.
Реакции в растворах электролитов
С точки зрения теории электролитической диссоциации реакции в растворах протекают между ионами.
1. Реакции обмена.
CuSO4+2KOH=Cu(OH)2↓+K2SO4
Запишем вещества так, как они находятся в растворе (воспользуемся таблицей растворимости солей):
|
|
Cu2++ SO42+ +2K++2OH-= Cu(OH)2↓+ 2K++ SO42- полная ионная форма
Сокращаем одинаковые ионы в обеих частях уравнения:
Cu2++2OH- = Cu(OH)2↓ сокращенная ионная форма.
В соответствии с теорией электролитической диссоциации данная реакция в конечном результате сводится к образованию гидроксида меди из ионов Cu2+ и OH-. Ионы SO42+ и K+ участия в реакции не принимали (как были в растворе, так и остались).
К2СО3+2НNО3=2КNО3+СО2↑+Н2О
Запишем вещества так, как они находятся в растворе, при этом газообразные и твердые продукты реакции, а также вода записываются целиком, т.к. они не являются растворенными в воде ионами:
2К+ СО32-+2Н++2NО3-=2К++2NО3-+ СО2↑+ Н2О полная ионная форма
СО32-+2Н+= СО2↑+ Н2О сокращенная ионная форма.
Данная реакция сводится к образованию из ионов СО32- и Н+ углекислого газа и воды.
Вывод: Условиями необратимости протекания реакции обмена в растворе являются:
- выпадение осадка;
- выделение газообразного продукта реакции;
- образование малодиссоциированного вещества – Н2О.
Окислительно-восстановительные реакции в растворах.
Ионные уравнения окислительно-восстановительных реакций в растворах составляются аналогично. Только нужно обязательно учитывать заряды ионов.
6FeSO4+K2Cr2O7+7H2SO4=3Fe2 (SO4)3+Cr2(SO4)3+K2SO4+H2O
Для составления полного ионного уравнения воспользуемся таблицей растворимости солей.
6Fe2++6SO42-+2K++ Cr2O72-+14H++7SO42-=6Fe3++9SO42-+2Cr3++3SO42-+2K++ +SO42-+ H2O.
Сокращаем одинаковые ионы с одинаковыми зарядами:
6Fe2++ Cr2O72-+14H+= 6Fe3++2Cr3++ H2O.
С точки зрения ТЭД данная реакция сводится к окислению ионов Fe2+ до Fe3+ и к восстановлению ионов Cr2O72- до Cr3+. Остальные ионы в реакции не участвуют.
|
|
Гидролиз солей.
Гидролиз –это обменная реакция ионов соли с молекулами воды, в результате которой образуется слабый электролит.
В зависимости от состава соли среда раствора может становиться кислой или щелочной. Это происходит из-за связывания ионов Н+ или ОН-.
А) Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой.
NaNO2 образована NaОН (сильным основанием) и НNO2 (слабой кислотой).
В растворе: NaNO2 ↔ Na++ NO2-
Взаимодействие с водой: Na++ NO2-+НОН↔ Na++ НNO2+ОН- (щелочная среда).
Из-за того, что НNO2 – слабый электролит, эта кислота находится в растворе в основном в виде молекул. Поэтому ионы NO2-, освободившиеся из соли, тут же связываются с ионами Н+, отнимая их у молекул воды. При этом остается большое количество ионов ОН- (образуется щелочная среда).
При гидролизе соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой, в растворе получается щелочная среда.
Б) Соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой.
CuCl2 образована Cu(ОН)2 (слабым основанием) и НCl (сильной кислотой).
В растворе: CuCl2 ↔ Cu2+ + 2Cl-
Взаимодействие с водой: Cu2+ + 2Cl- +2НОН ↔ Cu(ОН)2 + 2Cl- + 2Н+ (кислая среда)
Из-за того, что Cu(ОН)2 – слабый электролит, это основание находится в растворе в основном в виде молекул. Поэтому ионы Cu2+, освободившиеся из соли, тут же связываются с ионами ОН-, отнимая их у молекул воды. При этом остается большое количество ионов Н+ (образуется кислая среда).
При гидролизе соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, в растворе получается кислая среда.
В случаях а) и б) реакции гидролиз сильно обратимы.
В) Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой.
Al2S3 образована Al(ОН)3 (слабое основание) и Н2S (слабая кислота).
В растворе: Al2S3 ↔ 2Al3+ + 3S2-
Взаимодействие с водой: 2Al3+ + 3S2- + 6НОН → 2Al(ОН)3↓ + 3Н2S↑.
При гидролизе соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой, среда не меняется, а реакция протекает до конца (оба продукта выводятся из зоны реакции и не взаимодействуют между собой).
г) Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой (NaCl, KNO3) Такие соли гидролизу не подвергаются, т.к. после их диссоциации слабые электролиты не образуются.Среда раствора не меняется.
Теоретические вопросы:
1. Перечислите условия необратимости протекания обменной химической реакции в растворе.
2. Объясните, как пользоваться таблицей растворимости солей.
Практические задания (пример)
Составьте полные ионные и сокращенные ионные уравнения для предложенных реакций; какой справочной информацией вы пользовались при выполнении задания? Какие из этих реакций относятся к окислительно-восстановительным?
а) NaOH+HCl=NaCl+H2O
Ответ: пользуясь таблицей растворимости солей, запишем полное ионное уравнение реакции:
Na+ + ОН- +Н+ + Cl- = Na+ + Cl- + H2O
сократим одинаковые ионы в обеих частях уравнения и получим сокращенное ионное уравнение:
ОН- + Н+ = H2O
б) 2KCl+Na2SO4=K2SO4+2NaCl
Ответ: пользуясь таблицей растворимости солей, запишем полное ионное уравнение реакции:
2K+ + 2Cl- + 2Na+ + SO42- = 2K+ + SO42- + 2Cl- + 2Na+.
Сократятся все ионы – с точки зрения теории электролитической диссоциации, никакой процесс протекать не будет.
в) 10KJ+2KMnO4+8H2SO4=2MnSO4+5J2+6 K2SO4+8H2O
Ответ: Данная реакция относится к окислительно- восстановительным. Расставим степени окисления элементов:
10K+J- +2K+Mn+7O4-2 +8H2+S+6O4-2=2Mn+2S+6O4-2 +5J20 +6K2+ S+6O4-2 +8H2+O-2
Пользуясь таблицей растворимости солей, запишем полное ионное уравнение реакции:
10K+ +10J- +2K++MnO4- +16Н+ +8SO42- = 2Mn+2 + 2SO42- +5J20 +12К+ + 6SO42- +8H2O
Сократим одинаковые ионы, получим:
10J- + MnO4- + 16Н+ = 5J20 + 2Mn+2 + 8H2O.
Согласно теории электролитической диссоциации реакция сводится к процессу окисления иодид-ионов перманганат-ионом в кислой среде.
Составьте уравнения реакций гидролиза солей, укажите реакцию среды в каждом случае.
|
|
а) KClO
Ответ: Соль KClO образована сильным основанием КОН и слабой кислотой НClO. В воде соль диссоциирует: НClO ↔ К+ + ClO-
Взаимодействие с водой: К+ + ClO- + НОН ↔ НClO+ К+ + ОН- щелочная среда.
б) Na2SiO3
Ответ: Соль Na2SiO3 образована сильным основанием NaОН и слабой кислотой Н2SiO3. В воде соль диссоциирует: Na2SiO3 ↔ 2Na+ + SiO32-
Взаимодействие с водой: 2Na+ + SiO32- + 2НОН ↔ Н2SiO3 + 2Na+ +2ОН- щелочная среда.
в) Zn(NO3)2.
Ответ: соль образована слабым основанием Zn(ОН)2 и сильной кислотой НNO3. В воде соль диссоциирует: Zn(NO3)2 ↔ Zn2+ + 2NO3-.
Взаимодействие с водой: Zn2+ + 2NO3- + 2НОН ↔ Zn(ОН)2 + 2NO3-+ 2Н+ кислая среда.
Домашнее задание:
1. Составьте полное и сокращенное ионное уравнение для реакции:
Fe+6HNO3 = Fe(NO3)3+3NO2+3H2O.
2. Составьте уравнение реакции гидролиза соли Fe(NO3)3. Укажите реакцию среды.