Равновесие в растворах электролитов

Электролиты – химические вещества и системы, в которых прохождение электрического тока осуществляется за счет движения ионов. Такие проводники относятся к проводникам второго рода. Наличие свободных ионов объясняется явлением диссоциации (ионизации) – распадом молекул на ионы: а) при образовании растворов - под действием полярных молекул растворителя (электролитическая диссоциация); б) при образовании расплавов - в результате термического распада (термическая диссоциация). В зависимости от степени электролитической диссоциации a = n/N, (где n – число распавшихся молекул, N-исходное число растворенных молекул) электролиты подразделяются на сильные (a»1), слабые (a < 0,03) и средней силы (0,03 < a < 0,3). Степень диссоциации зависит от концентрации электролита (чем больше концентрация – тем меньше степень диссоциации).

Обратимый процесс диссоциации слабых электролитов характеризуется константой диссоциации К_д. Например, для слабой уксусной кислоты, процесс диссоциации которой идет в соответствии с уравнением CH₃COOH «H⁺ + CH₃COO ^-,

К_д =

В зависимости от величины К_д электролиты подразделяются на сильные (К_д > 10^-3) и слабые (К_д < 10 ^-3). К_д зависит только от природы электролита и температуры и является табличной величиной.

Для слабых электролитов бинарного типа (распадаются на один катион и один анион) взаимосвязь между исходной концентрацией растворенного вещества (молярностью раствора - См), степенью и константой диссоциации выражается законом разведения Оствальда: К_д = a ² С_м

Реакции ионного обмена

Для растворов электролитов наиболее характерны реакции ионного обмена. Обязательным условием протекания таких реакций практически до конца является удаление из раствора тех или иных ионов в следствие:

1) образования осадка

FeSO₄ + 2 NaOH ® Fe(OH)₂¯ + Na₂SO₄ - молекулярное уравнение (МУ)

Fe²⁺+SO₄^2-+2Na⁺+2OH^-®Fe(OH)₂¯+2Na⁺+SO₄^2— ионно-молекулярное уравнение (ИМУ).

Fe²⁺ +2OH^- ® Fe(OH)₂¯ ПР (Fе(OH)₂) = 4,8×10^-16 – краткое ионно-молекулярное уравнение образования осадка;

Выделение газа

Na₂CO₃ + 2H₂SO₄ ® H₂CO₃ + 2NaHSO₄ (МУ)

2Na⁺ +CO₃^2- + 2H⁺ + 2HSO₄^- ® H₂CО₃ + 2Na⁺ + 2HSO₄^- (ИМУ)

2H⁺ + CO₃^2- ® H₂C0₃

Угольная кислота является нестойкой, поэтому она разлагается:

H₂CO₃ ® H₂О +CО₂­

2H⁺ + CO₃^2- ® H₂O + CО₂­ - ионно-молекулярное уравнение образования летучего соединения и слабого электролита Н₂О.

3) образование мало диссоциирующих веществ

а) 2KCN + H₂SO₄ ®2HCN + K₂SO₄ (МУ);

2K⁺ + 2CN^- + 2H⁺ +SO₄^2- ® 2HCN + 2K⁺ +SO₄^2- (ИМУ);

CN^- + H⁺ ® HCN –ионно-молекулярное уравнение образования слабого электролита HCN (К_д HCN)= 7,8´10^-10).

б) NaOH + HCl ® NaCl + H₂O (МУ)

Na⁺ + OH^- + H⁺ + Cl^- ® Na⁺ + Cl^- + H₂O (ИМУ)

OH^- + H⁺ ® H₂O ионно-молекулярное уравнение образования слабого электролита H₂O (К_дH₂O = 1,8´10^-16)

4) образование комплексных соединений

ZnCl₂ + 4NH₃ ® [Zn (NH₃)₄]Cl₂ (МУ);

Zn²⁺ + 2Cl^- +4NH₃ ® [ Zn (NH₃)₄]²⁺ + 2Cl^- -(ИМУ);

Zn²⁺+4NH₃ ® [Zn(NH₃)₄]²⁺-ионно-молекулярное уравнение образования комплексного катиона.

Встречаются процессы, при которых слабые электролиты или малорастворимые соединения входят в число исходных веществ и продуктов реакции. Равновесие в этом случае смещается в сторону образования веществ, имеющих наименьшую константу диссоциации или в сторону образования менее растворимого вещества:

NH₄OH + HCl ® NH₄Cl + H₂O (МУ);

NH₄OH + H⁺ + Cl^- ® NH₄⁺ + Cl^- + H₂O (ИМУ);

NH₄OH + H⁺ ® NH₄⁺ + + H₂O (ИМУ);

К_д (NH₄OH) =1,8× 10^-5 К_д (H₂O) =1,8×10^-16

Равновесие сдвинуто в сторону образования молекул воды, т.е реакция протекает в прямом направлении.

HCN + CH₃COONa ® NaCN + CH₃COOH (МУ);

HCN + CH₃COO^- + Na⁺ ® Na⁺ + CN^- + CH₃COOH (ИМУ);

HCN + CH₃COO^- ® CN^- + CH₃COOH

K_д (HCN)=7,9× 10^-10 К_д (CH₃COOH) =1,8 ×10^-5

Равновесие сдвинуто в сторону образования HCN, т.е. реакция практически не протекает

AgCl + NaI ®AgI + NaCl (МУ);

AgCl + Na⁺ +I^- ®AgI + Na⁺ +Cl^- (ИМУ);

AgCl + I^- ®AgI + Cl^-

ПР(AgCl)=1,78×10^-10, ПР(AgI) =8,3×10^-17

Равновесие сдвинуто в сторону образования труднорастворимого соединения AgI.

Могут встречаться процессы, в уравнениях которых есть и малорастворимое соединение и слабый электролит

MnS + 2HCl ® MnCl₂ + H₂S

MnS + 2H⁺ +2Cl^- ® Mn ²⁺ + 2Cl^- + H₂S

MnS¯ + 2 H⁺ ®Mn²⁺ + H₂S­

ПР(MnS)=2,5×10^-10; [S^-2]= =1,58.10^-5 моль/л

K_д (H₂S)= K₁×K₂= 6´10^-8´1´10^-14 =6×10^-22; [S^2-]= =0,54.10^-7.

Связывание ионов S^2- в молекулы H₂S происходит полнее, чем в MnS, поэтому реакция протекает в прямом направлении.

Задачи

77. Будут ли протекать реакции между растворами следующих электролитов:

1) K₂CO₃ и HCl; 2) KNO₃ и Na₂S; 3) CdSO₄ и NaOH? Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения возможных реакций.

78. С помощью молекулярных и ионно-молекулярных уравнений ответить на вопрос: при смешении растворов каких солей можно получить в осадке карбонат кальция?

79. Будут ли протекать реакции между растворами следующих электролитов: Ba(OH)₂ и HNO₃; 2) (NH₄)₂SO₄ и KOH; 3) CuSO₄ и NaOH? Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения возможных реакций.

80. С помощью молекулярных и ионно-молекулярных уравнений ответить на вопрос: растворы каких солей надо смешать для получения в осадке сульфата бария?

81. Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций между растворами следующих электролитов:

1) сульфита натрия и серной кислоты; 2) хлорида цинка и гидроксида натрия; 3) карбоната калия и соляной кислоты.

82. Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций: 1) растворения сульфида железа (II) в соляной кислоте; 2) взаимодействия сульфата кадмия и гидроксида натрия; 3) растворения гидроксида алюминия в избытке раствора щелочи.

83. Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно следующие пары веществ: 1) CuSO₄ и NaNO₃; 2) Na₂CO₃ и HCl; 3) AgNO₃ и NaCl? Ответ обосновать с помощью молекулярных и ионно-молекулярных уравнений.

84. Смешивают попарно растворы: 1) NaOH и HNO₃; 2) K₂CO₃ и HCl; 3) CuSO₄ и KOH. В каких случаях протекают реакции? Составить их молекулярные и ионно-молекулярные уравнения.

85. Написать уравнения реакций между растворами следующих электролитов: 1) К₂CO₃ и НСl; 2) AgNO₃ и K₂CrO₄; 3) Zn(OH)₂ и KOH(избыток).

86. Будут ли протекать реакции между растворами следующих электролитов: Na₂SO₄ и BaCl₂; 2) NaHCO₃ и NaOH; 3) Pb(NO₃)₂ и KOH? Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения возможных реакций.

87. Смешивают попарно растворы следующих электролитов: 1) NaOH и HCl; 2) K₂SО₃ и HCl; 3) H₂SO₄ и CH₃COONa. Какие из реакций протекают практически до конца? Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.

88. Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, происходящих в растворах между: 1) сероводородом и сульфатом никеля (II); 2) гидрокарбонатом и гидроксидом калия; 3) хлоридом аммония и гидроксидом калия.

89. Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций нейтрализации:

1) HCl + Ba(OH)₂; 2) Fe(OH)₂ + HNO₃; 3) H₂S + NaOH. Указать какие из этих реакций протекают обратимо.

90. Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, протекающих в растворах между: 1) Na₂SO₃ и HCl; 2) Cr₂(SO₄)₃ и KOH; 3) Na₂CrO₄ и AgNO₃. Указать в каждом случае соединение, образование которого вызывает смещение равновесия.

91. Составить молекулярные уравнения к следующим ионно-молекулярным уравнениям:

1) Fe(OH)2 + 2H^+= Fe^2+ + 2 H2O;	2) H^+ + OH^- =H2O;
3) 2 Ag^++ SO4^2- = Ag2SO4;	4) Fe^3++ 3OH^- = Fe(OH)3;
5) NH4^+ + OH^- = NH4OH;	6) 2H^+ + CO3^2- = H2O + CO2;

 

7) Sn^2+ + 2 OH^-= Sn(OH)2;	8) Zn(OH)2+2OH^- = [Zn(OH)4]^2-
9) Ca^2+ + CO3^2- = CaCO3;	10) ZnS + 2 H^+ = H2S + Zn^2+;
11) H^+ + NO2^-= HNO2;	12) Sn(OH)2+2OH^-= [Sn(OH)4] ^2-
13) Cd^2+ + 2 OH^- = Cd(OH)2;	14) CuS + 2 H^+ = H2S + Cu^2+;
15) Ag^+ + Cl^-= AgCl;	16) 2H^+ + S^2- = H2S;
17) HCO3^- + H^+ = H2CO3;	18) 2Ag^+ + CrO4^2- = Ag2CrO4;
19) CaCO3 +2 H^+ = Ca^2+ + CO2 + H2O;	20) CH3COO^-+ H^+ = CH3COOH;
21) Cu(OH)2 +2H^+ = Cu^2+ + H2O;	22) Ni^2++ S^2- = NiS;
23) SO3^2- + 2 H^+ = SO2+ H2O;	24) Mg^2+ + 2OH^- = Mg(OH)2;
25) Ba^2+ + SO4^2- = BaSO4;	26) HNO2 + OH^-= NO2^- + H2O;
27) Pb^2+ + 2 Cl^- = PbCl2;	28) Al^3+ + 3 OH^-= Al(OH)3;
29) Al(OH)3 + OH^- = [Al(OH)4]^-;	30) 2 H^+ + Zn(OH)2 = Zn^2+ + 2H2O.