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+2О (для кислой среды) и ОН2О (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 01.05.2014

  • Определение 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 11.08.2013

  • Природа 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 22.04.2013

  • Обзор 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 19.12.2011

  • Классификация 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 04.11.2011

  • Проблема 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 06.12.2010

  • Методы 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 08.06.2011

  • Важнейшие 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 22.04.2013

  • Исследование 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 18.03.2010

  • Классификация 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 23.02.2011

  • Основные 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 24.06.2015

  • Бионеметаллы 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 12.11.2008

  • Сущность 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 03.10.2011

  • Изучение 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 01.02.2012

  • Важнейшие 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 11.08.2013

  • Константы 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 06.09.2013

  • Физические 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 23.03.2013

  • Отличительные 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 06.05.2011

  • Коллоидная 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 26.01.2015

  • Понятие 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

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.