Теория электролитической диссоциации признает, что все реакции в водных растворах электролитов являются реакциями между ионами. Поэтому уравнения реакции для этих процессов, записанные в молекулярной форме, не отражают истинного состояния веществ в растворах. Кроме записи уравнений реакций, в молекулярном виде существует ионная (ионно-молекулярная) форма представления уравнений реакций между электролитами в водных растворах. В ионно-молекулярных уравнениях реакций вещества малорастворимые, малодиссоциирован-ные и газообразные записываются в виде молекул, а сильные электролиты - в виде ионов, на которые они диссоциируют. Например, при взаимодействии растворов хлорида меди (II) и гидроксида натрия образуется осадок гидроксида меди (II): CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2| + 2NaCl. В ионно-молекулярном виде уравнение этой реакции записывается следующим образом: Cu2+ + 2С1″ + 2Na+ + 20НГ = Cu(OH)2i + 2Na+ + 2СГ. Концентрации ионов натрия и хлора в процессе реакции остаются неизменными, поэтому из уравнения реакции их можно исключить. Поскольку реакции между ионами в растворе представляют собой пример химического равновесия, к ним применим принцип смещения равновесия Jle Шателье. В соответствии с этим принципом равновесие может сместиться, если какое-либо вещество будет удаляться из сферы реакции по мере ее протекания. Удаление вещества может быть осуществлено в трех случаях: 1) образование малорастворимого осадка; 2) выделение газообразного вещества; 3) образование малодиссоциированного соединения. При взаимодействии раствора (NH4)2S с соляной кислотой образуется газообразный сероводород и равновесие реакции смещается вправо: (NH4)2S + 2НС1 — 2NH4C1 + H2ST, 2NH4+ + S2″ + 2H4″ + 2СГ = 2NH4+ + 2СГ + H2Sf или 2H+ + S2″ = H2Sf. Примером реакции, равновесие которой смещено в сторону образования малодиссоциированного соединения, может служить взаимодействие между растворами азотной кислоты и гидроксида натрия: HN03 + NaOH — NaN03 + Н20, Н+ + N03″ + Na+ + ОН» = Na+ + NO3- + Н20 или Н+ + ОН» — Н20. Реакция с образованием малорастворимого соединения была рассмотрена выше. Нередко приходится встречаться с такими процессами, в которых осуществляется не один из трех рассмотренных типов обменных реакций, а та или иная их комбинация. Так, при взаимодействии раствора сульфита калия с серной кислотой одновременно происходит и образование малодиссоциированного вещества - воды, и выделения газообразного продукта: K2S03 + H2S04 = K2S04 + S02T + H20, 2K+ + S032″ + 2Н+ + S042′ — 2K+ + S042″ + S02t + H20 или 2H+ + S032~ - S02t + H20. А при взаимодействии раствора гидроксида бария с серной кислотой одновременно образуются и осадок, и слабый электролит: Ва(ОН)2 + H2S04 = BaS04i + 2Н20, ‘ Ва2+ + 20Н» + 2Н* + S042’ » BaS04i + 2Н20. Некоторые реакции протекают с образованием двух труднорастворимых веществ: CuS04 + BaS = BaS04| + CuSj, Cu2+ + S042″ + Ba2* + S2″ = BaS04l + CuSi. В ряде обменных процессов малодиссоциированные или труднорастворимые соединения находятся как среди исходных, так и конечных продуктов реакции: nh4oh + н+ + С1- ?± nh4+ + сг + н2о. Вследствие образования труднорастворимых соединений в отдельных случаях возможно вытеснение сильной кислоты из соединений слабой, например: Си24″ + 2СГ + H2S « CuSJ + 2Н* + 2СГ, Cu2+ + H2S-CuSi +2Н+. Таким образом, рассмотренные выше примеры подтверждают общую закономерность: все реакции обмена в растворах электролитов протекают в сторону уменьшения числа свободных ионов.
Выполнение работы
Опыт 1. Образование малорастворимых оснований. В одну пробирку налить 3−5 капель раствора соли железа (III), в другую – столько же раствора соли меди (II), в третью – раствора соли никеля (II). В каждую пробирку добавить по несколько капель раствора щелочи до выпадения осадков. Осадки сохранить до следующего опыта.
К какому классу относятся полученные осадки гидроксидов металлов? Являются ли эти гидроксиды сильными основаниями?
Опыт 2. Растворение малорастворимых оснований. К полученным в предыдущем опыте осадкам добавить по несколько капель раствора соляной кислоты концентрацией 15 % до их полного растворения.
Какое новое малодиссоциированное соединение образуется при растворении оснований в кислоте?
Опыт 3. Образование малорастворимых солей.
A. В две пробирки налить по 3−5 капель раствора нитрата свинца (II) и прибавить в одну пробирку несколько капель йодида калия, в другую – хлорида бария.
Что наблюдается в каждой пробирке?
Б. В одну пробирку налить 3−5 капель раствора сульфата натрия, в другую – столько же раствора сульфата хрома (III). В каждую пробирку добавить несколько капель раствора хлорида бария до выпадения осадков.
Какое вещество образуется в качестве осадка? Будет ли протекать аналогичная реакция хлорида бария, например, с сульфатом железа (III)?
Опыт 4. Изучение свойств амфотерных гидроксидов.
А. В две пробирки внести по 3 капли раствора соли цинка и несколько капельразбавленного раствора едкого натра (из штатива с реактивами) до образования осадка гидроксида цинка. Растворить полученные осадки: в одной пробирке – в растворе соляной кислоты, в другой – в избыткеконцентрированного
Б. В две пробирки внести по 3 капли раствора соли алюминия и несколько капель разбавленного раствора едкого натра (из штатива с реактивами) до образования осадка гидроксида алюминия. Растворить полученные осадки: в одной пробирке – в растворе соляной кислоты, в другой – в избыткеконцентрированного раствора едкого натра (из вытяжного шкафа).
В. В две пробирки внести по 3 капли раствора соли хрома (III) и несколько капельразбавленного раствора едкого натра (из штатива с реактивами) до образования осадка гидроксида хрома (III). Растворить полученные осадки: в одной пробирке – в растворе соляной кислоты, в другой – в избыткеконцентрированного раствора едкого натра (из вытяжного шкафа).
Опыт 5. Образование малодиссоциированных соединений. В пробирку внести 3−5 капель раствора хлорида аммония и добавить несколько капель раствора едкого натра. Обратите внимание на запах, объясните его появление на основе уравнения реакции.
Опыт 6. Образование комплексов. В пробирку налить 3−5 капель раствора сульфата меди (II), затем по каплям добавить разбавленный (из штатива с реактивами!) раствор аммиака до образования осадка сульфата гидроксомеди (II) согласно реакции:
2CuSO 4 + 2NH 4 OH = (CuOH) 2 SO 4 ↓ + (NH 4) 2 SO 4
Добавить к осадку избыток концентрированного раствора аммиака (из вытяжного шкафа!). Обратить внимание на растворение осадка согласно реакции:
(CuOH) 2 SO 4 + (NH 4) 2 SO 4 + 6NH 4 OH = 2SO 4 + 8H 2 O
Какую окраску имеет образующийся растворимый амминокомплекс меди?
Опыт 7. Образование газов.
A. Налить в пробирку 3−5 капель раствора карбоната натрия и несколько капель серной кислоты. Что наблюдается?
Б. Налить в пробирку 3−5 капель раствора сульфида натрия и 1 каплю серной кислоты. Обратить внимание на запах выделяющегося газа.
НЕОБРАТИМЫЕ РЕАКЦИИ
Реакции с образованием малорастворимых веществ (осадков).
Составим молекулярное и ионно-молекулярные уравнения реакции между растворами хлорида железа(III) и гидроксида натрия.
1. Запишем молекулярное уравнение и подберем коэффициенты:
FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 + 3NaCl
2. Найдем вещество, которое вызывает протекание реакции. Это Fe(OH) 3 . Ставим знак осадка ↓:
3. Укажем силу основания и растворимость солей:
FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl
растворимая сильное осадок растворимая
Соль основание соль
4. Запишем полное ионно-молекулярное уравнение (в виде ионов представляем растворимые соли и сильное основание):
Fe 3+ + 3Cl – + 3Na + + 3OH – = Fe(OH) 3 ↓ + 3Na + + 3Cl –
5. Подчеркнем формулы, не участвующие в реакции (это формулы одинаковых ионов в обеих частях уравнения):
Fe 3+ + 3Cl – + 3Na + + 3OH – = Fe(OH) 3 ↓ + 3Na + + 3Cl –
6. Исключим подчеркнутые формулы и получим
Fe 3+ + 3OH – = Fe(OH) 3 ↓
Сокращенное ионно-молекулярное показывает, что сущность реакции сводится к взаимодействию ионов Fe 3+ и OH – , в результате чего образуется осадок гидроксида железа(III) Fe(OH) 3 .
Реакции с образованием слабодиссоциирующих веществ (слабых электролитов).
Составим молекулярное и ионно-молекулярные уравнения реакции между растворами азотной кислоты и гидроксида калия.
Молекулярное уравнение:
HNO 3 + KOH = KNO 3 + H 2 O
сильная сильное растворимая слабый
кислота основание соль электролит
H + + NO 3 – + K + + OH – = K + NO 3 – + H 2 O
Сокращенное ионно-молекулярное уравнение:
H + + OH – = H 2 O
Реакции с образованием газообразных веществ.
Составим молекулярное и ионно-молекулярные уравнения реакции между растворами сульфида натрия и серной кислоты.
Молекулярное уравнение:
Na 2 S + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 S
растворимая сильная растворимая газ
соль кислота соль
Полное молекулярно-ионное уравнение:
2Na + + S 2 – + 2H + + SO 4 2 – = 2Na + + SO 4 2 – + H 2 S
Сокращенное ионно-молекулярное уравнение:
2H + + S 2 – = H 2 S
ОБРАТИМЫЕ РЕАКЦИИ
Разберем процессы, протекающие при сливании растворов нитрата калия и хлорида натрия.
Молекулярное уравнение:
KNO 3 + NaCl = KCl + NaNO 3
растворимая растворимая растворимая растворимая
соль соль соль соль
Полное молекулярно-ионное уравнение:
K + + NO 3 – + Na + + Cl – ⇄ K + + Cl – + Na + + NO 3 –
В данном случае сокращенное ионно-молекулярное уравнение написать нельзя: согласно теории электролитической диссоциации, реакция не протекает . Если такой раствор выпарить, то получим смесь четырех солей: KNO 3 , NaCl, KCl, NaNO 3 .
с помощью а) НСl б) Н 2 S в) Н 2 О г) NаОН
Подтвердите ответ молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями возможных реакций.
7 баллов
Соотношение молекулярных масс высших хлорида и оксида элемента, расположенного в IV группе периодической системы, составляет 17: 6. Определите элемент.
Растворение образца алюминия в растворе гидроксида калия при 20 0 С заканчивается за 36 минут, а при 40 0 С – за 4 минуты. За какое время такой же образец алюминия растворится при 65 0 С? Напишите уравнение реакции.
Два стакана одинаковой массы, в одном из которых находится 100 г 18,25%-ного раствора хлороводородной кислоты, а в другом – 100 г 16%-ного раствора сульфата меди, поместили на две чашки весов. Равновесие весов нарушили, добавив к соляной кислоте 2 г карбоната кальция. Вычислите массу порции железа, которую следует добавить в другой стакан, чтобы весы вновь уравновесились.
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
5 баллов
Определите молекулярную формулу алкена, если известно, что одно и тоже количество его, взаимодействуя с различными галогеноводородами, образует, соответственно, или 5,23г хлорпроизводного, или 8,2г бромпроизводного.
Продукты полного сгорания смеси пропана и метиламина в избытке кислорода пропустили через избыток раствора гидроксида бария, в результате чего образовалось 13,97г осадка. Не поглощенные при этом газы пропустили над раскаленной медью. После чего приведенный к нормальным условиям объем газа стал в 2,5 раза меньше объема исходной смеси пропана и метиламина (н.у.). Определите массовые доли веществ в исходной смеси газов.
Олимпиада 11 класс (1 тур)
(ответы)
1. Можно ли осуществить превращение: ВаS → Ва(НS) 2
с помощью а) НСl б) Н 2 S в) Н 2 О г) NаОН?
Подтвердите ответ молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями возможных реакций .
а) 2ВаS + 2НСl = Ва(НS) 2 + ВаСl 2 2б
2Ва 2+ + 2S 2– + 2Н + + 2Сl – = Ва 2+ + 2НS – + Ва 2+ + 2Сl –
2S 2– + 2Н + = 2НS –
S 2– + Н + = НS –
Можно
б) ВаS + Н 2 S = Ва(НS) 2 2б
Ва 2+ + S 2– + Н 2 S = Ва 2+ + 2НS –
S 2– + Н 2 S = 2НS –
Можно
в) 2ВаS + 2Н 2 О = Ва(НS) 2 + Ва(ОН) 2 2б
S 2– + Н 2 О = НS – + ОН –
Нельзя, так как гидролизу подвергается только часть исходного вещества.
г) ВаS + 2NaOН = Ва(OН) 2 + Na 2 S 1б
Ва 2+ + S 2– + 2Na + + 2OH – = Ва 2+ + 2OН – + 2Na + + S 2–
Нельзя, так как реакция не идёт.
2. Соотношение молекулярных масс высших хлорида и оксида элемента, расположенного в IV группе периодической системы, составляет 17: 6. Определите элемент.
Элемент IV группы (Э) имеет высшую валентность IV и образует хлорид ЭСl 4 и оксид ЭО 2:
М(ЭСl 4) = х + 4·35,5 = (х + 142) г/моль,
М(ЭО 2) = х + 2·16 = (х + 32) г/моль. 1б
Так как по условию
М(ЭСl 4) ∕ М(ЭО 2) = 17 ∕ 6, то
(х + 142) ∕ (х + 32) = 17 ∕ 6.
Откуда х = 28. Это элемент кремний. 1б
3. Растворение образца алюминия в растворе гидроксида калия при 20 0 С заканчивается за 36 минут, а при 40 0 С – за 4 минуты. За какое время такой же образец алюминия растворится при 65 0 С? Напишите уравнение реакции.
Уравнение реакции
2Al + 2KOH + 6H 2 O = 2K + 3H 2 . 1б
Так как средняя скорость реакции обратно пропорциональна времени реакции, то при повышении температуры с 20 0 С до 40 0 С скорость реакции возрастёт в
раз.
По правилу Вант-Гоффа (
) получим значение γ:
γ = 3. 1б
Повышение скорости реакции при увеличении температуры с 40 0 С до 65 0 С составит:
раз. 1б
Следовательно, время реакции при 65 0 С будет в 15,588 раз меньше, чем при 40 0 С и равно
1б
4. Два стакана одинаковой массы, в одном из которых находится 100 г 18,25%-ного раствора хлороводородной кислоты, а в другом – 100 г 16%-ного раствора сульфата меди, поместили на две чашки весов. Равновесие весов нарушили, добавив к соляной кислоте 2 г карбоната кальция. Вычислите массу порции железа, которую следует добавить в другой стакан, чтобы весы вновь уравновесились.
В стакане с соляной кислотой содержится
100·0,1825 = 18,25 г HCl. 1б
После добавления CaCO 3 происходит реакция
2HCl + CaCO 3 = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O, 1б
при этом CaCO 3 полностью расходуется, так как HCl в растворе содержится в избытке (что видно из решения пропорции):
2·36,5г HCl ─ 100г CaCO 3
х г HCl ─ 2г CaCO 3
х = 1,46 г HCl требуется (из 18,25г) для растворения CaCO 3 , 1б
и образуется
100г CaCO 3 ─ 44г СО 2
2г CaCO 3 ─ у г СО 2
у = 0,88г СО 2 . 1б
Таким образом, масса стакана с HCl увеличилась на 2г в момент добавления CaCO 3 и уменьшилась на 0,88г после окончания реакции за счёт удаления СО 2 (считаем, что весь СО 2 улетучивается) и стала равной
100г + 2г – 0,88г = 101,12г.
Это больше исходной массы на 1,12г. 1б
Во второй стакан для восстановления равновесия весов следует добавить столько же (1,12г) Fe, так как в результате реакции
Fe + CuSO 4 = Cu + FeSO 4 1б
образуются вещества, остающиеся в стакане.
5. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Элементы ответа:
Составлены уравнения реакций, соответствующие схеме превращений:
(допустимо образование CO 3)
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы 5 баллов
Правильно записаны 4 уравнения реакций 4 балла
Правильно записаны 3 уравнения реакций 3 балла
Правильно записаны 2 уравнения реакций 2 балла
Правильно записаны 1 уравнения реакций 1 балла
Все элементы ответа записаны неверно 0 балла
Балл: max 5
6. Определите молекулярную формулу алкена, если известно, что одно и тоже количество его, взаимодействуя с различными галогеноводородами, образует, соответственно, или 5,23г хлорпроизводного, или 8,2г бромпроизводного.
Элементы ответа:
1) Записаны уравнения реакций и указано, что количества веществ галогеналканов равны друг другу:
C n H 2 n + HCl C n H 2 n +1 Cl
C n H 2 n + HBr C n H 2 n +1 Br
n(C n H 2n+1 Cl) = n(C n H 2n+1 Br)
2) Решением алгебраического уравнения найдена молекулярная формула алкена:
5,23/(14n+36,5) = 8,2/(14n+81)
Молекулярная формула алкена С 3 Н 6
Ответ правильный и полный, включает все названные выше элементы 2 балла
Правильно записан первый элемент ответа 1 балл
Все элементы ответа записаны неверно 0 баллов
Максимальный балл 2
Балл: max2
7. Продукты полного сгорания смеси пропана и метиламина в избытке кислорода пропустили через избыток раствора гидроксида бария, в результате чего образовалось 13,97г осадка. Не поглощенные при этом газы пропустили над раскаленной медью. После чего приведенный к нормальным условиям объем газа стал в 2,5 раза меньше объема исходной смеси пропана и метиламина (н.у.). Определите массовые доли веществ в исходной смеси газов.
Решение:
С 3 Р 8 + 5О 2 -------- 3CO 2 + 4H 2 O
4CH 3 NH 2 + 9O 2 ------ 4CO 2 + 2N 2 + 10 H 2 O
CO 2 + Ba(OH) 2 ------ BaCO 3 + H 2 O
O 2 + 2Cu ------ 2CuO
Пусть ν(С 3 H 8) = х моль, ν(CH 3 NH 2) = у моль, тогда
ν(СО 2) = 3х+у, ν(СО 2) = ν(BaCO 3)= 13,97/197 = 0,0709 моля
После пропускания над медью остался только азот.
ν(N 2) = 0,5у, ν (исходных газов) = х+у
х+у= 2,5(0,5у) х= 0,25у
3х+у+0,0709 0,75у+у=0,0709
х=0,25*0,0405= 0,0101 у=0,0709/1,75=0,0405
ν(С 3 Н 8) = 0,0101 моля; m(C 3 H 8)= 0,0101*44= 0?446u
ν(CH 3 NH 2) = 0,0405 моля; m(CH 3 NH 2)0,0405*31= 1,256г
m(смеси) = 0,446+1,256 = 1,7г
ω(С 3 Н 8) = 0,0446/1,7= 0,262(26,2%)
ω(СН 3 Н 2)=1,256/1,7=0,738(73,8%)
Составлены уравнения химических реакций 2 балла
Составлено уравнение для расчета 2 балла
Сделано заключение об оставшемся газе и определено его количество вещества 2 балл
Составлена и решена система уравнений 3 балла
Определены массовые доли веществ 1 балл