Лабораторне заняття

 

Тема: РЕАКЦІЇ В РОЗЧИНАХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ. ГІДРОЛІЗ СОЛЕЙ

Мета заняття: з’ясувати причини електролітичної дисоціації кислот, основ і солей. Навчитись писати іонні рівняння. Закріпити поняття «ступінь електролітичної дисоціації», «константа дисоціації», «водневий показник». Розглянути процеси гідролізу солей.

 

ПИТАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ

 

1. Сильні та слабкі електроліти.

2. Гідроліз солей.

3. Водневий показник рН.

 

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

За сучасними уявленнями електролітична дисоціація – це процес розпаду молекул електроліту на іони під дією полярних молекул розчинника або під час розплавлення.

 Наприклад:          .

                                              катіон     аніон

Речовини, розчини або розплави яких проводять електричний струм, називаються електролітами, а речовини, розчини чи розплави яких не проводять електричного струму, називаються неелектролітами.

Здатність електроліту дисоціювати на іони кількісно оцінюють за допомогою ступеня дисоціації. Ступінь дисоціації електроліту () – це частка молекул, що розпались на іони. Ступінь дисоціації обчислюється як відношення концентрації дисоційованих молекул () до загальної концентрації розчину ():

.

За величиною ступеня дисоціації 0,001 – 0,1 н розчинів усі електроліти поділяють на сильні і слабкі. До сильних електролітів належать електроліти,  які у водних розчинах дисоціюють практично повністю, необоротно. Це майже всі солі, сильні кислоти (,,,,,), сильні основи (основи лужних та лужноземельних металів – ,, , ).

Слабкі електроліти дисоціюють частково. До них належать органічні кислоти (), слабкі неорганічні кислоти (, , , ) та слабкі основи (, , ). Дуже слабким електролітом є вода .

Для характеристики кислотності чи лужності середовища введено спеціальну величину – водневий показник (рН). Це від’ємний десятковий логарифм концентрації іонів Гідрогену:

Водневий показник рН визначає характер розчину.

Нейтральний розчин:  моль/л, рН = 7.

Кислий розчин:  моль/л, рН < 7.

Лужний розчин:  моль/л,   рН > 7.

Іонно-молекулярні, або просто іонні рівняння реакцій обміну відображають стан електроліту в розчині. В цих рівнян­нях сильні розчинні електроліти, поскільки вони повністю дисоційовані, записують у вигляді іонів, а слабкі електроліти, малорозчинні і газоподібні речовини записують в молекулярній формі.

В іонно-молекулярних рівняннях однакові іони в обох його частинах скорочуються. При складанні іонно-молекулярних рівнянь слід пам’ятати, що сума електричних зарядів в лівій частині рівняння повинна дорівнювати сумі електричних зарядів в правій частині рівняння.

          

              ;

                       .

Взаємодія іонів солі з водою, внаслідок якої утворюється слабкий або малорозчинний електроліт, називається гідролізом.

 

Гідролізу зазнають лише солі, що утворюються з участю слабких кислот чи основ.

І. Солі, утворені сильною основою і сильною кислотою, не   гідролізують. Розчини цих солей нейтральні (рН = 7):

;

;

  (дисоціація Н₂О).

ІІ. Солі, утворені слабкою кислотою і сильною основою: гідролізує аніон,  середовище лужне (рН > 7):

;

;
           .

Якщо гідролізує багатозарядний іон, то гідроліз іде в кілька стадій.

III.  Солі, утворені слабкою основою і сильною кислотою: гідролізує катіон, середовище кисле (рН < 7):

;

;

.

IV. Солі, утворені слабкою основою і слабкою кислотою: внаслідок гідролізу утворюються дві малодисоційовані  або мало розчинні речовини. Багато солей цього типу гідролізують необоротно і до кінця. Значення рН визначаються константою дисоціації більш слабкого електроліту (кислоти чи основи):

;

               .

 

ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ

 

Приклад 1. Написати іонно-молекулярні рівняння реакцій взаємодії між водними розчинами наступних речовин:

а) HCl i NaOH; б) Pb(NO₃)₂  i Na₂S; в) NaClO i HNO₃ ; г) K₂СО₃ і H₂SO₄; д) CH₃COOH i NaOH.

Рішення. Запишемо рівняння взаємодії вказаних речовин в молекулярному вигляді:

;

;

;

;

.

Записавши сильні розчинні електроліти в іонному вигляді, одержимо повні іонні рівняння:

;

;

;

;

.

Виключивши однакові іони із обох частин рівності, ми одержимо іонно-молекулярні рівняння відповідних реакцій:

;

;

;

;

          .

Відмітимо, що взаємодія цих речовин можлива тому, що в результаті відбувається зв’язування іонів з утворенням слабких електролітів (H₂O, ), осаду (PbS), газу (СО₂).

В реакції (д) два слабких електроліти, СН₃СООН і Н₂О, але оскільки реакції ідуть в напрямку більшого зв'язування іонів і вода – більш слабкий електроліт, ніж оцтова кислота, то рівновага реакції зміщена в бік утворення води.

 

Приклад 2. Скласти іонно-молекулярні і молекулярні рівняння гідролізу солей: а) КCN; б) Na₂CO₃; в) ZnSO₄. Визначити реакцію середовища розчинів цих солей.

Рішення.

а) Калій ціанід КCN – сіль слабкої одноосновної кислоти (див. додаток 2) та сильної основи КОН. При розчиненні у воді молекули солі повністю дисоціюють на катіони К⁺  і аніони  CN ^– . Катіони К⁺  не можуть зв’язати іони ОН^– води, оскільки КОН – сильний електроліт.

Аніони CN^–  зв’язують іони Н⁺ води, утворюючи молекули слабкого електроліту  НСN. Сіль гідролізує, як кажуть, по аніону. Іонно-молекулярне рівняння гідролізу:

або в молекулярній формі

.

Внаслідок гідролізу в розчині утворюється деякий надлишок іонів ОН^–, тому розчин КСN  має лужну реакцію ( рН >7 ).

б) Натрій карбонат Na₂CO₃ – сіль слабкої багатоосновної кислоти і сильної основи. В цьому випадку аніони солі СОз^2–, зв’язуючи водневі іони води, утворюють аніони кислої солі НСО^–₃, а не молекули Н₂CO₃, поскільки іони НCO₃^–  дисоціюють значно важче, ніж молекули Н₂CO₃. В звичайних умовах гідроліз відбувається по першій стадії. Сіль гідролізує по аніону.

Іонно-молекулярне рівняння гідролізу:

або в молекулярній формі

.

В розчині утворюється надлишок іонів ОН^–, тому розчин має лужну реакцію (рН > 7).

в) Цинк сульфат ZnSO₄ – сіль слабкої основи Zn(OH)₂ і сильної кислоти H₂SO₄. В цьому випадку катіони Zn²⁺ зв’язують гідроксильні іони води, утворюючи катіони основної солі ZnOH⁺. Утворення молекул Zn(OH)₂ не відбувається, оскільки іони ZnOH⁺ дисоціюють значно важче, ніж молекули Zn(OH)₂. В звичайних умовах гідроліз іде по першій стадії. Сіль гідролізує по катіону. Іонно-молекулярне рівняння гідролізу:

або в молекулярній формі

.

В розчині утворюється надлишок іонів гідрогену, тому розчин  має кислу реакцію ( рН < 7 ).

 

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

 

Дослід 1. Визначення реакції середовища розчину

Визначити за допомогою універсального індикаторного папірця рН різних розчинів: хлоридної кислоти, оцтової кислоти, водопровідної води, дистильованої води, розчину амоній гідроксиду та натрій гідроксиду. Зробити висновок, яке середовище (кисле, нейтральне чи лужне) має кожний розчин.

Результати оформити в вигляді таблиці:

№ п/п	Речовина	рН розчину	Середовище

 

Дослід 2. Іонні реакції

а) В три пробірки налити по 2 мл розчину натрій сульфату, цинк сульфату і алюміній сульфату і долити по 2 мл розчину барій хлориду (або нітрату). Відмітити у трьох пробірках однаковий осад барій сульфату. Записати рівняння реакцій в молекулярній та іонній формі. Записати загальне скорочене іонне рівняння.

б) До 2 мл розчину натрій карбонату добавити таку ж кількість розбавленої хлоридної кислоти. Спостерігати виділення вуглекислого газу, який утворився внаслідок розкладу слабого електроліту карбонатної кислоти. Записати рівняння реакції в молекулярній та іонній формі. Зробити висновок про умови протікання реакції між електролітами в розчинах.

 

Дослід 3. Зміщення іонної рівноваги при додаванні в розчин однойменного іона

а) до 2-3 мл розбавленого розчину оцтової кислоти додати 1-2 краплі нейтрального лакмусу, а потім кілька кристаликів натрій ацетату. Чим пояснити зміну інтенсивності забарвлення розчину?

б) до 2-3 мл розбавленого розчину амоній гідроксиду додати 1-2 краплі фенолфталеїну, а потім кілька кристаликів солі амонію. Чим пояснити зміну інтенсивності забарвлення розчину?

Дослід 4. Реакція середовища при гідролізі солей

Визначити за допомогою універсального індикаторного паперу рН розчинів кількох солей. Зробити висновок, як впливає сила кислот та основ, що утворюють солі, на рН розчинів цих солей.

Записати рівняння гідролізу солей в молекулярному повному та скороченому іонному вигляді. Результати досліду оформити в вигляді таблиці:

№ п/п	Формула солі	рН розчину	Середовище

 

Дослід 5. Повний гідроліз солей

Налити в пробірку 2-3 мл розчину солі алюмінію (хлориду або сульфату) і додати такий же об’єм розчину натрій карбонату. Спостерігати утворення білого аморфного осаду і виділення бульбашок газу. Записати рівняння реакції, враховуючи повний гідроліз алюміній карбонату.

 

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ

 

1.              Дати визначення кислоти, основи і солі з позиції теорії електролітичної дисоціації.

2.              Написати рівняння дисоціації на іони сполук-електролітів: , , , враховуючи можливість ступінчатої дисоціації. Розділити електроліти на сильні, слабкі та середньої сили.

3.               До кожної з речовин: , , ,  прибавили розчин натрій гідроксиду. В яких випадках відбулись реакції? Виразити їх молекулярними та іонними рівняннями.

4.  Чому розчин  алюміній хлориду має кислу реакцію, розчин  калій ціаніду – лужну, а розчин  натрій йодиду– нейтральну? Виразіть молекулярними і іонно-молекулярними рівняннями реакцій процеси гідролізу.

5.              Написати в молекулярному та іонному вигляді рівняння реакцій гідролізу солей: , , , .

Яке значення рН мають розчини цих солей?

6.   Які з солей , , ,  гідролізують? Чому? Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння гідролізу цих солей і вкажіть реакцію розчину кожної солі.

7.    Чому розчин  нікель сульфату має кислу реакцію, розчин  натрій нітриту – лужну, а розчин  кальцій хлориду – нейтральну? Складіть молекулярні  та іонно-молекулярні рівняння реакцій гідролізу тих з названих солей, які гідролізують.

8.   Складіть молекулярні і іонно-молекулярні рівняння таких процесів: а) розчинення купрум (ІІ) гідроксиду в нітратній кислоті;      б) взаємодії розчину  нікель сульфату з розчином натрій гідроксиду;   в) взаємодії розчину  натрій сульфіду з розчином купрум (ІІ) хлориду.

9.  Складіть молекулярні та іонно-молекулярні рівняння таких реакцій:
а) нейтралізація слабкої оцтової кислоти лугом; б) дії сірководню на розчин  нікель хлориду; в) взаємодії розчинів  барій хлориду і аргентум нітрату .

10.  Які з солей , , ,   гідролізують? Чому? Складіть молекулярні і іонно-молекулярні рівняння гідролізу. Вкажіть реакцію розчинів кожної з цих солей.