Химия растворов
Изучение способов выражения содержания растворенного вещества в растворе. Понижение давления пара растворителя над раствором. Произведение растворимости рН растворов. Методы расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций.
Рубрика | Химия |
Вид | курс лекций |
Язык | русский |
Дата добавления | 30.07.2015 |
Размер файла | 130,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Kг = Ch2 или h =
Из данного уравнения следует, что при разбавлении раствора (при уменьшении концентрации соли) гидролиз усиливается.
Рассмотрим случай необратимого гидролиза: при сливании растворов хлорида алюминия и карбоната натрия выделяется газ и образуется белый осадок. Объясним эти явления.
В первом растворе до сливания идет гидролиз по катиону:
Al3++HOН Al(OH)2++H+.
Во втором растворе до сливания - гидролиз по аниону:
CO32-+HOН HCO3-+OH-.
При сливании растворов происходит связывание OH- и H+ в молекулу воды: OH-+H+=H2O, равновесие гидролиза смещается вправо и возможно протекание гидролиза по следующим ступеням:
Al(OH)2+ + HOН Al(OH)2+ + H+.
Al(OH)2+ + HOН Al(OH)3v + H+.
HCO3- + HOН “H2CO3” + OH-.
“H2CO3” > H2O + CO2.
Суммарное уравнение с учетом полного необратимого гидролиза имеет вид:
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O 2Al(OH)3 + 3CO2 + 6NaCl
Лекция по теме: «Окислительно-восстановительные реакции»
Окислители и восстановители
Все химические реакции можно разделить на два типа:
· Реакции, идущие без изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ (реакции ионного обмена):
H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O.
· Реакции, идущие с изменением степени окисления или окислительно-восстановительные реакции:
H+2SO4 + Zn0 Zn+2SO4 + H20.
Степень окисления - это условный, электрический заряд, который получает данный атом, присоединяя или отдавая электроны при взаимодействии с другими атомами. В отличие от заряда иона (например, Zn2+), степень окисления обозначают так: Zn (+2), Zn+2.
При определении степени окисления атомов электролита в соединении пользуются таблицей относительных электроотрицательностей (см. Приложение Б) и исходят из предположения, что молекулы состоят из ионов.
Основные правила определения степеней окисления:
1. Степень окисления атомов в простых веществах равна нулю, т.к. электро-отрицательность атомов, образующих простое вещество одинакова и электронные пары расположены симметрично относительно ядер атомов (О20, H20, Zn0).
2. Атомы металлов в химических соединениях с неметаллами имеют положительную степень окисления. Так степень окисления щелочных металлов в химических соединениях всегда равна +1, щелочноземельных металлов +2, алюминия +3.
3. Водород во всех соединениях (кроме гидридов металлов) имеет степень окисления +1. В гидридах металлов степень окисления водорода равна -1 (Na+H- Са+2Н2-).
4. Степень окисления кислорода почти во всех соединениях равна -2.
5. Сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю.
Пример 1. Определите степень окисления атомов элементов в соединениях: KCl и ZnS.
Решение: Электроотрицательность металлов намного ниже электроотрицательности неметаллов, следовательно калий имеет, как элемент I группы степень окисления равную +1, цинк соответственно +2. Cl, S являются в данных веществах кислотными остатками и в соответствии с правилами диссоциации Cl имеет степень окисления -1, а S степень окисления -2.
Пример 2. Определите степень окисления атомов элементов в кислоте HNO3.
Решение: Так как степень окисления атома кислорода равна -2, атома водорода +1, а сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю (правила 4-6), то можно рассчитать степень окисления атома азота, приняв ее за х: (+1)+(х)+( -23)=0, откуда х=+5.
Изменение степени окисления является результатом перехода электронов от одних атомов к другим.
Сущность процесса окисления состоит в потере электронов атомом или простым ионом. При этом степень окисления такого атома (иона) увеличивается. Атом (ион), отдающий электроны и повышающий степень окисления, называют восстановителем:
Zn0 2e- Zn+2
При этом восстановителем является и вещество, в состав которого входит атом этого элемента.
Сущность процесса восстановления состоит в присоединении электронов восстанавливающимся атомом (ионом). Атом (вещество, ион), присоединяющий электроны и понижающий свою степень окисления, называется окислителем:
2 H+ + 2e- H20
Окислителем является и вещество, в состав которого входит атом этого элемента.
Типичные окислители
1) некоторые простые вещества (как правило, неметаллы) с высокой электроотрицательностью:
- галогены F20, Cl20, Br20. Их атомы переходят в степень окисления 1.
- кислород О20. (восстанавливается до 2, О2).
2) ионы (вещества), в состав которых входят атомы элементов в высшей степени окисления:
- H2S+6O4, S+6 восстанавливается до S+4 (SO2), S0 или S-2 (H2S)
- HN+5O3, N+5 восстанавливается до N+4 (NO2), N+2 (NO), N20, N-3 (NH4+)
- KMn+7O4, Mn+7 восстанавливается до Mn+2 (MnSO4) - в кислой среде
до Mn+4 (MnO2) - в нейтральной среде
до Mn+6 (K2MnO4) - в щелочной среде
- бихромат калия K2Cr2O7. Cr+6 переходит в ион Cr3+ (Cr2(SO4)3);
- селитра KN+5O3, N+5 обычно переходит в N+3 (KNO2) или N+4 (NO2);
- бертолетова соль KCl+5O3, Cl+5 переходит в Cl (KCl);
- оксид свинца PbO4, Pb+4 переходит в Pb+2 (PbCl2).
Типичные восстановители
1) некоторые простые вещества (как правило, металлы) с низкой электроотрицательностью:
- щелочные и щелочноземельные металлы.
- водород Н2.
2) ионы (вещества), в состав которых входят элементы в низшей степени окисления:
- сероводород H2S-2 и сульфиды (ZnS-2).
- иодиды (KI-1).
Ионы (вещества), в состав которых входят элементы в промежуточной степени окисления (С+2О, свободная сера, сернистая кислота H2S+4O3 и пр.) могут проявлять как окислительные свойства, так и восстановительные.
Классификация окислительно-восстановительных реакций
Существует три основных типа окислительно-восстановительных реакций:
1. Если окислитель и восстановитель находятся в молекулах различных веществ, то такие окислительно-восстановительные реакции называются межмолекулярными:
H+2SO4 + Zn0 Zn+2SO4 + H20.
2. Если окислитель и восстановитель - одно и то же вещество с одинаковой степенью окисления, то это реакции диспропорционирования или самоокисления-самовосстановления. Таким двойственным характером могут обладать неметаллы и сложные вещества с промежуточной степенью окисления атома одного из элементов:
3 Cl20 + 6 NaOH NaCl+5O3 + 5 NaCl- + 3 H2O.
3. Если в молекуле сложного вещества содержатся атомы, один из которых является окислителем, другой - восстановителем, то окислительно-восстановительные реакции с участием такого вещества называются внутримолекулярными:
N-3H4N +3O2 N20+ 2 H2O.
Методы расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций
Используют два метода расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций:
- метод электронного баланса;
- метод электронно-ионного баланса или метод полуреакций (для реакций в растворах или расплавах).
Оба метода подчиняются основным правилам:
1) соблюдается закон сохранения массы вещества, т.е. число одних и тех же атомов в исходных веществах и в продуктах реакции одинаково;
2) в любой окислительно-восстановительной реакции число отданных электронов равно числу принятых электронов.
Метод электронного баланса
раствор реакция окислительный восстановительный
Метод подбора коэффициентов с помощью электронного баланса складывается из следующих этапов:
а) записывают формулы реагентов и продуктов, а затем находят элементы, которые повышают и понижают свои степени окисления, и выписывают их отдельно:
Mn+2CO3 + KCl+5O3 Mn+4O2 + KCl-1 + CO2
Cl+5 Cl
Mn+2 Mn+4
б) составляют уравнения восстановления и окисления, соблюдая законы сохранения числа атомов и заряда в каждой реакции:
процесс восстановления Cl+5 + 6 e = Cl
процесс окисления Mn+2 2 e = Mn+4
в) подбирают дополнительные множители для уравнения так, чтобы закон сохранения заряда выполнялся для реакции в целом, для чего число принятых электронов в реакциях восстановления делают равным числу отданных электронов в реакции окисления:
Cl+5 + 6 e = Cl |
1 |
|
Mn+2 2 e = Mn+4 |
3 |
г) проставляют (по найденным множителям) стехиометрические коэффициенты в схему реакции (коэффициент 1 опускается):
3 MnCO3 + KClO3 3 MnO2 + KCl + CO2
д) уравнивают числа атомов тех элементов, которые не изменяют своей степени окисления (если таких элементов два, то достаточно уравнять число атомов одного из них, а по второму провести проверку). Получают уравнение реакции:
3 MnCO3 + KClO3 = 3 MnO2 + KCl + 3 CO2
Пример 3. Подберите коэффициенты в уравнении реакции взаимодействия концентрированной серной кислоты с цинком: H2SO4 (конц.)
+ Zn = ZnSO4 + SO2 + H2О.
Решение:
1. Определяем степени окисления атомов элементов, которые их меняют (атом цинка и атом серы):
H2S+6O4 (конц.) + Zn0 Zn+2SO4 + S+4O2 + H2О.
2. Составляем схемы процесса восстановления и процесса окисления:
S+6 + 2e- S+4 |
1 |
процесс восстановления, |
окислитель; |
|
Zn0 - 2e- Zn+2 |
1 |
процесс окисления, |
восстановитель; |
Т.к. число отданных и присоединенных электронов одинаково, дополнительные коэффициенты не требуются.
3. Подбираем окончательные коэффициенты в уравнении (водород и кислород уравниваются последними):
2 H2SO4 (конц.) + Zn ZnSO4 + SO2 + 2 H2О.
Пример 4. Подберите коэффициенты в уравнении реакции взаимодействия HI с концентрированной серной кислотой: HI + H2SO4 (конц.) = H2S + I2 + H2О.
Решение:
1. Определяем степени окисления атомов элементов, которые их меняют. В данном случае это атом йода и атом серы:
HI-1 + H2S+6O4 (конц.) = H2S-2 + I20 + H2О.
2. Составляем схемы процесса восстановления и процесса окисления:
S+6 + 8e- S-2 |
1 |
процесс восстановления, |
окислитель; |
|
I- - 1e- I0 |
8 |
процесс окисления, |
восстановитель. |
3. Найденные коэффициенты подставляем в уравнение:
8 HI + H2SO4 (конц.) = H2S + 4 I2 + H2О.
4. Подбираем окончательные коэффициенты, сравнивая обе части уравнения
8 HI + H2SO4 (конц.) = H2S + 4 I2 + 4 H2О.
Метод полуреакций
В водных растворах электролитов реакции протекают между ионами и, как правило, с участием среды раствора. Поэтому правильнее записывать процессы передачи электронов с их участием. Метод полуреакций имеет ряд преимуществ по сравнению с методом электронного баланса:
- реакции пишутся между реально существующими в растворе частицами;
- этим методом довольно просто уравнивать сложные реакции, протекающие в растворах;
- часть конечных продуктов реакции вытекает при написании полуреакций.
Окисленная и восстановленная формы окислителя и восстановителя часто отличаются по содержанию кислорода (сравните Cr2O72 и Cr3+). Поэтому при составлении уравнений полуреакций методом электронно-ионного баланса в них включают пары Н+/Н2О (для кислой среды) и ОН/Н2О (для щелочной среды). Если при переходе от одной формы к другой исходная форма (обычно окисленная) теряет свои оксид-ионы (ниже показаны в квадратных скобках), то последние, так как они не существуют в свободном виде, должны быть в кислотной среде соединены с катионами водорода, а в щелочной среде с молекулами воды, что приводит к образованию молекул воды (в кислотной среде) и гидроксид-ионов (в щелочной среде):
кислотная среда [O2] + 2 H+ = H2O
щелочная среда [O2] + H2О = 2 ОН
Недостаток оксид-ионов в исходной форме (чаще в восстановленной) по сравнению с конечной формой компенсируется добавлением молекул воды (в кислотной среде) или гидроксид-ионов (в щелочной среде):
кислотная среда H2O = [O2] + 2H+
щелочная среда 2 ОН= [O2] + H2О
В нейтральной среде можно пользоваться молекулами H2O и ионами, на которые она диссоциирует: OH- и H+.
Этапы метода подбора коэффициентов с помощью электронно-ионного баланса:
а) записывают формулы реагентов данной окислительно-восстановительной реакции
K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 Cr2(SO4)3 + S+ K2SO4
и устанавливают химическую функцию каждого из них (здесь K2Cr2O7 окислитель, H2S восстановитель, H2SO4 кислотная среда реакции);
б) определяют степени окисления атомов элементов, изменяющихся в процессе реакции:
K2Cr2+6O7 + H2S-2 + H2SO4 Cr2+3(SO4)3 + S0+ K2SO4
в) составляют полуреакции, учитывая состав ионов, содержащих нужные атомы элементов, среду и количество электронов:
полуреакция восстановления: Cr2O72 + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O
полуреакция окисления: H2S 2 e = S(т) + 2H+
г) выравнивают число отданных и присоединенных электронов, используя наименьшее общее кратное их чисел:
полуреакция восстановления: |
Cr2O72 + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O |
1 |
|
полуреакция окисления: |
H2S 2 e = S(т) + 2H+ |
3 |
д) составляют суммарное уравнения полуреакций, с учетом рассчитанных коэффициентов, выравнивают число атомов элементов и зарядов справа и слева:
Cr2O72 + 14 H+ + 3 H2S = 2 Cr3+ + 7 H2O + 3 S(т) + 6 H+
или, сократив, Cr2O72 + 8 H+ + 3 H2S = 2 Cr3+ + 7 H2O + 3 S(т)
е) на основе ионного уравнения составляют молекулярное уравнение данной реакции, т.е. дополняют запись (а), причем формулы катионов и анионов, отсутствующие в ионном уравнении, группируют в формулы дополнительных продуктов (K2SO4 и H2O):
K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3H2S = Cr2(SO4)3 + 7H2O + 3S(т) + K2SO4
ж) проводят проверку подобранных коэффициентов по числу атомов элементов в левой и правой частях уравнения.
Пример 5. Закончите уравнение и подберите коэффициенты методом электронно-ионного баланса для реакции:
KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 MnSO4 + Na2SO4 + .
Решение: а) определите степени окисления атомов элементов, которые меняются в процессе реакции.
KMn+7O4 + Na2S+4O3 + H2SO4 Mn+2SO4 + Na2S+6O4 +
б) составьте полуреакции окисления и восстановления с учетом электронного баланса:
MnO4+ 8 H+ + 5 e |
= |
Mn2+ + 4 H2O |
2 |
полуреакция восстановления |
|
SO32 + H2O 2 e |
= |
SO42 + 2 H+ |
5 |
полуреакция окисления |
в) составьте суммарное уравнение:
2 MnO4 + 5 SO32 + 6 H+ = 2 Mn2+ + 5 SO42 + 3 H2O
в) составьте полное уравнение:
2 KMnO4 + 5 Na2SO3 + 3 H2SO4 2 MnSO4 + 5 Na2SO4 + К2SO4 + 3 H2O.
Пример 6. Закончите уравнение и подберите коэффициенты методом электронно-ионного баланса для реакции:
KMnO4 + Na2SO3 + КОН K2MnO4 + Na2SO4 + .
Решение:
а) Определите степени окисления атомов элементов, которые меняются в процессе реакции:
KMn+7O4 + Na2S+4O3 + КОН K2Mn+6O4 + Na2S+6O4 +
б) составьте полуреакции окисления и восстановления с учетом электронного баланса:
MnO4 + 1 e |
= |
MnO42 |
2 |
полуреакция восстановления |
|
SO32 + 2 OH 2 e |
= |
SO42 + H2О |
1 |
полуреакция окисления |
в) составьте суммарное уравнение:
2 MnO4 + SO32 + 2 OH = 2 MnO42 + SO42 + H2O
в) составьте полное уравнение:
2 KMnO4 + Na2SO3 + 2 KOH = 2 K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
Пример 7. Закончите уравнение и подберите коэффициенты методом электронно-ионного баланса для реакции:
KMnO4 + Na2SO3 + H2О MnO2 + Na2SO4 + .
Решение:
а) Определите степени окисления атомов элементов, которые меняются в процессе реакции:
KMn+7O4 + Na2S+4O3 + H2О Mn+4O2 + Na2S+6O4 +
б) составьте полуреакции окисления и восстановления с учетом электронного баланса:
MnO4 + 2 H2О + 3 e |
= |
MnO2 + 2 OH |
2 |
полуреакция восстановления |
|
SO32 + 2 OH 2 e |
= |
SO42 + H2О |
3 |
полуреакция окисления |
в) составьте суммарное уравнение:
2 MnO4 + 4 H2О + 3 SO32 + 6 ОН= 2 MnO2 + 8 ОН + 3 SO42 + 3 H2О
или, сократив, 2 MnO4 + H2О + 3 SO32 = 2 MnO2 + 3 SO42 + 2 ОН
в) составьте полное уравнение в молекулярной форме:
2 KMnO4 + Na2SO3 + H2O = 2 MnO2 + 3 Na2SO4 + 2 KOH
Таким образом, если перманганат-ион используется в качестве окислителя, то в зависимости от среды раствора уравнение полуреакции восстановления будет выглядеть:
в кислотной среде: |
MnO4+ 8 H+ + 5 e Mn2+ + 4 H2O |
|
в щелочной среде: |
MnO4 + 1 e MnO42 |
|
в нейтральной среде: |
MnO4 + 2 H2О + 3 e MnО2(т) + 4 ОН. |
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понижение давления пара над раствором нелетучих или малолетучих веществ. Относительное понижение давления пара растворителя над раствором или депрессией раствора. Первый закон Рауля. Метод криоскопии и эбулиоскопии. Взаимная растворимость жидкостей.
презентация [535,7 K], добавлен 01.05.2014Определение растворов, их виды в зависимости от агрегатного состояния растворителя, по величине частиц растворенного вещества. Способы выражения концентрации. Факторы, влияющие на растворимость. Механизм растворения. Закон Рауля и следствие из него.
презентация [163,9 K], добавлен 11.08.2013Природа растворяемого вещества и растворителя. Способы выражения концентрации растворов. Влияние температуры на растворимость газов, жидкостей и твердых веществ. Факторы, влияющие на расторимость. Связь нормальности и молярности. Законы для растворов.
лекция [163,9 K], добавлен 22.04.2013Обзор растворов, твердых, жидких или газообразных однородных систем, состоящих из двух или более компонентов. Описания оборудования для эбуллиоскопического и криоскопического определения молекулярных весов. Анализ давления насыщенного пара растворителя.
реферат [251,8 K], добавлен 19.12.2011Классификация окислительно-восстановительных реакций в органической и неорганической химии. Химические процессы, результат которых - образование веществ. Восстановление альдегидов в соответствующие спирты. Процессы термической диссоциации водного пара.
реферат [55,9 K], добавлен 04.11.2011Проблема строения вещества. Обобщение процессов, происходящих в химических системах. Понятие растворения и растворимости. Способы выражения концентрации растворов. Электролитическая диссоциация. Устойчивость коллоидных систем. Гальванические элементы.
курс лекций [3,1 M], добавлен 06.12.2010Методы аналитической химии, количественный и качественный анализ. Окислительно-восстановительные системы. Способы выражения концентрации растворов и их взаимосвязь. Классификация методов титриметрического анализа. Молекулярный спектральный анализ.
методичка [329,3 K], добавлен 08.06.2011Важнейшие окислители и восстановители. Cоставление уравнений окислительно-восстановительных реакций и подбор стехиометрических коэффициентов. Влияние различных факторов на протекание реакций. Окислительно-восстановительный эквивалент, сущность закона.
лекция [72,5 K], добавлен 22.04.2013Исследование свойств разбавленных растворов полиарилатов с учетом двух факторов: конформации макромолекул в растворе и ориентационным порядком сольватирующих их молекул растворителя, о котором судили по термодинамическим параметрам и структуре раствора.
учебное пособие [362,0 K], добавлен 18.03.2010Классификация методов титриметрического анализа. Посуда в титриметрическом анализе и техника работы с ней. Способы выражения концентрации растворов. Взаимосвязь различных способов выражения концентрации растворов. Молярная концентрация эквивалента.
реферат [40,8 K], добавлен 23.02.2011Основные понятия и законы химии. Классификация неорганических веществ. Периодический закон и Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Основы термодинамических расчетов. Катализ химических реакций. Способы выражения концентрации растворов.
курс лекций [333,8 K], добавлен 24.06.2015Бионеметаллы и биометаллы, биолиганды. Биологическая роль неорганических соединений. Транспорт ионов металлов. Металлосодержащие ферменты. Ферментативный катализ окислительно-восстановительных реакций. Бионеорганическая химия и охрана окружающей среды.
реферат [1,3 M], добавлен 12.11.2008Сущность и виды окисления - химических реакций присоединения кислорода или отнятия водорода. Ознакомление с методами восстановления металлов в водных и соляных растворах. Изучение основных положений теории окислительно-восстановительных реакций.
реферат [130,1 K], добавлен 03.10.2011Изучение характерных особенностей изотерм динамического поверхностного натяжения водных растворов ПАВ, полученных методом максимального давления в газовом пузырьке. Влияние температуры и концентрации ПАВ на мицеллообразование в коллоидном растворе.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 01.02.2012Важнейшие окислители и восстановители. Правила определения CO. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций и подбор стехиометрических коэффициентов. Влияние различных факторов на протекание ОВР. Электрохимический ряд напряжений металлов.
презентация [72,4 K], добавлен 11.08.2013Константы и параметры, определяющие качественное (фазовое) состояние, количественные характеристики растворов. Виды растворов и их специфические свойства. Способы получения твердых растворов. Особенности растворов с эвтектикой. Растворы газов в жидкостях.
реферат [2,5 M], добавлен 06.09.2013Физические свойства воды, дипольный момент молекулы. Механизм образования растворов. Влияние давления, температуры и электролитов на растворимость веществ. Тепловая теорема Нернста. Главные способы выражения состава растворов. Понятие о мольной доле.
реферат [741,2 K], добавлен 23.03.2013Отличительные признаки окислительно-восстановительных реакций. Схема стандартного водородного электрода. Уравнение Нернста. Теоретические кривые титрования. Определение точки эквивалентности. Окислительно-восстановительные индикаторы, перманганатометрия.
курсовая работа [319,6 K], добавлен 06.05.2011Коллоидная химия как наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных, высоко-дисперсных систем и высоко-молекулярных соединений. Производство и методы очищения коллоидных растворов. Применение гелей в пищевой промышленности, косметике и медицине.
презентация [6,3 M], добавлен 26.01.2015Понятие твёрдых растворов, типы их растворимости. Равновесие раствор-кристалл. Кривая кристаллизации. Смешанные кристаллы и соединения. Расчет и построение линии солидуса для системы GaAs-Sn с использованием основных законов и уравнений термодинамики.
курсовая работа [419,2 K], добавлен 04.06.2013