Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ - [50]
электролит:
Концентрации катиона Н>+ и аниона ОН>- в чистой воде весьма малы и составляют 1 10>-7 моль/л при 25 °C.
Катион водорода Н>+ представляет собой простейшее ядро – протон р>+ (электронная оболочка катиона Н>+ – пустая, 1s>0). У свободного протона велики подвижность и проникающая способность, в окружении полярных молекул Н>2O он не может оставаться свободным. Протон тут же присоединяется к молекуле воды:
В дальнейшем для простоты оставляется запись Н>+ (но подразумевается Н>3O>+).
В воде содержание ионов Н>+ и ОН одинаково; в водных растворах кислот появляется избыток ионов Н>+, в водных растворах щелочей – избыток ионов ОН (за счет диссоциации кислот и оснований).
Типы среды водных растворов:
Содержание Н>+ и ОН>- в водных растворах обычно выражают через водородный показатель рН (читается пэ-аш) и аналогичный ему гидроксильный показатель рОН:
Для воды при комнатной температуре имеем:
следовательно, в чистой воде:
Это равенство справедливо и для водных растворов:
Практическая шкала рН отвечает интервалу 1—13 (разбавленные растворы кислот и оснований):
В практически нейтральной среде с рН = 6–7 и рН = 7–8 концентрация Н>+ и ОН>- очень мала (1 10>-6 – 1 • 10>-7 моль/л) и почти равна концентрации этих ионов в чистой воде. Такие растворы кислот и оснований считаются предельно разбавленными (содержат очень мало вещества).
Для практического установления типа среды водных растворов служат индикаторы – вещества, которые окрашивают в характерный цвет нейтральные, кислые и/или щелочные растворы.
Распространенные в лаборатории индикаторы – это лакмус, метилоранж и фенолфталеин.
Метилоранж (индикатор на кислотную среду) становится розовым в сильнокислом растворе (табл. 16), фенолфталеин (индикатор на щелочную среду) – малиновым в сильнощелочном растворе, а лакмус используется во всех средах.
13.4. Реакции ионного обмена
В разбавленных растворах электролитов (кислот, оснований, солей) химические реакции протекают обычно при участии ионов. При этом все элементы реагентов могут сохранять свои степени окисления (обменные реакции) или изменять их (окислительно-восстановительные реакции). Примеры, приводимые далее, относятся к обменным реакциям (о протекании окислительно-восстановительных реакций см. разд. 14).
В соответствии с правилом Бертолле, ионные реакции протекают практически необратимо, если образуются твердые малорастворимые вещества (они выпадают в осадок), легколетучие вещества (они выделяются в виде газов) или растворимые вещества – слабые электролиты (в том числе и вода). Ионные реакции изображаются системой уравнений — молекулярным, полным и кратким ионным. Ниже полные ионные уравнения опущены (читателю предлагается составить их самому).
При написании уравнений ионных реакций надо обязательно руководствоваться таблицей растворимости (см. табл. 8).
Примеры реакций с выпадением осадков:
а)
б)
в)
г)
Внимание! Указанные в таблице растворимости (см. табл. 15) малорастворимые («м») и практически нерастворимые («н») соли выпадают в осадок именно в том виде, как они представлены в таблице (СаF>2↓, PbI>2↓, Ag>2SO>4↓, AlPO>4↓ и т. д.).
В табл. 15 не указаны карбонаты – средние соли с анионом CO>3>2-. Следует иметь в виду, что:
1) К>2СO>3, (NH>4)>2CO>3 и Na>2CO>3 растворимы в воде;
2) Ag>2CO>3, ВаСO>3 и СаСO>3 практически нерастворимы в воде и выпадают в осадок как таковые, например:
3) соли остальных катионов, такие как MgCO>3, CuCO>3, FeCO>3, ZnCO>3 и другие, хотя и нерастворимы в воде, но не осаждаются из водного раствора при проведении ионных реакций (т. е. их нельзя получить этим способом).
Например, карбонат железа (II) FeCO>3, полученный «сухим путем» или взятый в виде минерала сидерит, при внесении в воду осаждается без видимого взаимодействия. Однако при попытке его получения по обменной реакции в растворе между FeSO>4 и К>2СO>3 выпадает осадок основной соли (приведен условный состав, на практике состав более сложный) и выделяется углекислый газ:
Аналогично FeCO>3, сульфид хрома (III) Cr>2S>3 (нерастворимый в воде) не осаждается из раствора:
В табл. 15 не указаны также соли, которые разлагаются водой — сульфид алюминия Al>2S>3 (а также BeS) и ацетат хрома (III) Cr(СН>3СОО)>3:
Следовательно, эти соли также нельзя получить по обменной реакции в растворе:
(в последней реакции состав осадка более сложный; подробнее такие реакции изучают в высшей школе).
Примеры реакций с выделением газов:
Примеры реакций с образованием слабых электролитов:
Если реагенты и продукты обменной реакции не являются сильными электролитами, ионный вид уравнения отсутствует, например:
13.5. Гидролиз солей
Гидролиз соли – это взаимодействие ее ионов с водой, приводящее к появлению кислотной или щелочной среды, но не сопровождающееся образованием осадка или газа (ниже речь идет о средних солях).
Процесс гидролиза протекает только с участием растворимых солей и состоит из двух этапов:
1) диссоциация соли в растворе – необратимая реакция (степень диссоциации α = 1, или 100 %);
2) собственно гидролиз, т. е. взаимодействие ионов соли с водой, – обратимая реакция (степень гидролиза α < 1, или 100 %).
Уравнения 1-го и 2-го этапов – первый из них необратим, второй обратим – складывать нельзя!
