Реакции обмена в растворах электролитов

Электролиты – это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Распад молекул вещества на ионы называется электролитической диссоциацией. К электролитам относятся кислоты, основания, соли. Кислоты – это электролиты, диссоциирующие в растворах с образованием катионов водорода: HCN ↔ H⁺ + CN^‾; H₂SO₄ = 2H⁺ + SO₄^2-. Основания – электролиты, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид-ионов:

NH₄OH ↔ NH₄⁺ + OH^‾; Ba(OH)₂ = Ba²⁺ + 2OH^‾. Существуют электролиты, которые могут диссоциировать по типу кислоты и по типу основания, такие электролиты называются амфотерными. К ним относятся гидроксиды амфотерных элементов, а также гидроксиды металлов, находящихся в промежуточной степени окисления, например: Be(OH)₂, Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Cr(OH)₃ и многие другие. Диссоциацию растворенной части амфотерного гидроксила по обоим типам можно представить следующей схемой:

H⁺ + RO^‾ ↔ ROH ↔ R⁺ + OH^‾.

В насыщенном водном растворе амфотерного гидроксида ионы H⁺, RO^‾ и R⁺, OH^‾ находятся в состоянии равновесия, поэтому амфотерные гидроксиды взаимодействуют и с кислотами и с основаниями. При добавлении кислоты равновесие смещается в сторону диссоциации по типу основания, при добавлении основания – в сторону диссоциации по типу кислоты.

Соли – электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют, отщепляя положительные ионы, отличные от ионов водорода и отрицательные, отличные от гидроксид-ионов. Соли средние, кислые и основные диссоциируют:

Al₂(SO₄)₃ = 2Al³⁺ + 3SO₄^2-; CuOHCl ↔ CuOH⁺ + Cl^‾; KHCO₃ = K⁺ + HCO₃^‾.

По способности к диссоциации электролиты делятся на сильные и слабые. У сильных электролитов в растворе диссоциируют на ионы практически все молекулы, у слабых - лишь часть молекул. К сильным электролитам относятся почти все соли, основания щелочных и щелочноземельных металлов, а из важнейших кислот: HClO₄, H₂SO₄, HNO₃, HCl, HBr, HJ, HMnO₄.

К слабым электролитам относятся почти все органические кислоты, например, CH₃COOH, неорганические соединения: H₂CO₃, H₂SO₃, H₂SiO₃, HCN, HNO₂, H₃PO₄, HF, NH₄OH, H₂O и т. д.

Реакции в растворах электролитов протекают между ионами и идут необратимо, если в результате реакции образуются осадки, газы и слабые электролиты. Обычно такие реакции изображаются при помощи ионно-молекулярных уравнений. Осадки, газы и слабые электролиты пишутся в виде молекул, хорошо растворимые сильные электролиты – в виде ионов.

Рассмотрим типичные варианты реакций в растворах электролитов:

а) 3АgNO₃ + FeCl₃ = Fe(NO₃)₃ + 3AgCl↓ – молекулярное уравнение

3Ag⁺ + 3NO₃^- + Fe³⁺ + 3NO₃^- + 3AgCl↓ – полное ионное уравнение

Ag⁺ + Cl^-= AgCl↓ - сокращенное ионное уравнение

б).Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑

2Na⁺ + CO₃^2- + 2H⁺ + SO₄^- = 2Na⁺ + SO₄^2- + H₂O + CO₂↑

2H⁺ + CO₃^2- = H₂O + CO₂↑.

в) HCI + NaOH = NaCI + H₂O

H⁺ + CI^- + Na⁺ + OH^‾ = N a⁺ + CI^‾ + H₂O

H⁺ + ОH^‾ = H₂O

При составлении ионно-молекулярных уравнений следует помнить, что сумма электрических зарядов в левой части должна быть равна сумме электрических зарядов в правой части уравнения. Одинаковые ионы из обеих частей уравнения исключаются.

Примеры решения задач

Пример 10.1. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения:

а) Fe(OH)₃ + 3H⁺ = Fe³⁺ + 3H₂O

б) H₃PO₄ + 3OH^- = PO₄^3- + PO₄^3- + 3H₂O

в) HCO₃^‾ + OH^- = CO₃^2- + H₂O

Решение. В левой части данных ионно-молекулярных уравнений указаны ионы, которые образуются при диссоциации сильных электролитов, следовательно, при составлении молекулярных уравнений следует исходить из соответствующих растворимых сильных электролитов. Например:

а) Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O

б) H₃PO₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O

в) KHCO₃ + KOH = K₂CO₃ + H₂O

При решении подобных заданий следует пользоваться таблицей №2 (приложение).

Пример 10.2. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, подтверждающие амфотерный характер гидроксида свинца.

Решение. Амфотерные электролиты могут диссоциировать по типу кислоты и основания, поэтому Pb(OH)₂ может растворяться как в кислоте, проявляя свойство основания, так и в щелочи, проявляя свойства кислоты:

а) как основание: Pb(OH)₂ + 2HNO₃ = Pb(NO₃)₂ + 2H₂O

Pb(OH)₂ + 2H⁺ = Pb²⁺ + 2H₂O

б) как кислота: Pb(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Pb(OH)₄]

Pb(OH)₂ + 2OH^‾ = [Pb(OH)₄]^2-

Схема диссоциации Pb(OH)₂ выглядит так:

2H⁺ + [Pb(OH)₄]^2-- ↔ Pb(OH)₂ + 2H₂O ↔ [Pb(H₂O)₂]²⁺ +2OH^‾

Задачи

181. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K₂S и CuSO₄; б) AgNO₃ и NH₄Cl;

в) Na₂SiO₃ и H₂SO₄; г) CaCO₃ и HNO₃.

182. Составьте по два молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) Fe³⁺ + 3OH^- = Fe(OH)₃; б) H⁺ + OH^- = H₂O; в) Cu²⁺ + S^2- = CuS.

183. Можно ли приготовить раствор, содержащий одновременно следующие пары веществ: а) KOH и Ba(NO₃)₂; б) Cr(OH)₃ и NaOH; в) Pb(NO₃)₂ и KCl; г) CuCl₂ и Na₂S? Представьте возможные реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

184. Смешивают попарно растворы: а) KOH и Mg (NO₃)₂; б) Li₂СO₃ и HCI; в) Fe(NO₃)₃ и KOH; г) NH₄CI и NaOH. В каких случаях реакции практически пойдут до конца? Представьте их в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

185. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) BaCO₃ и HNO₃; б) Fe₂(SO₄)₃ и KOH; в) HCl и K₂S; г) CH₃COOK и HCl.

186. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Mg(OH)₂ и CH₃COOH; б) NH₄Cl и NaOH; в) Ca(OH)₂ и K₂CrO₄; г) AlCl₃ и Ba(OH)₂.

187. Смешивают попарно растворы: а) K₂SO₃ и HCl; б) Na₂SO₄ и KCl; в) CH₃COONa и HNO₃; г) Al₂(SO₄)₃ и избыток KOH. В каких из приведенных случаев реакции практически пойдут до конца? Составьте для этих уравнений молекулярные и ионно-молекулярные реакции.

188. Какие из веществ будут взаимодействовать с гидроксидом калия:

а) Ba(OH)₂; б) Zn(OH)₂; в) FeCl₃; г) H₃PO₄? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

189. Составьте по два молекулярных уравнения, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) OH‾ + HS^‾ = H₂O + S^2-; б) CO₃^2- + 2H⁺ = H₂O + CO₂; в) OH^‾ + NH₄⁺ = NH₄OH.

190. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) K₂SO₃ и HCl; б) CH₃COOH и KOH;

в) Na₂HPO₄ и NaOH; г) Al(OH)₃ и KOH.

191. Смешивают попарно растворы: а) Cu(NO₃)₂ и Na₂SO₄; б) BaCl₂ и K₂SO₄; в) NaHCO₃ и NaOH; г) Cu(OH)₂ и HCl. В каких из приведенных случаев реакции практически пойдут до конца? Составьте для этих реакций молекулярные и ионно-молекулярные уравнения.

192. Составьте молекулярные и ионно- молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) CuS и HCI; б) Cr(OH)₃ и KOH; в) MgSO₄ и BaCI _2; г) Cu(OH)₂ и H₂SO₄.

193. Напишите уравнения реакций, соответствующие следующим превращениям: а) CO₃^2- → CaCO₃ → Ca^2+- → CaSO₄ ; б) S^2- → PbS → Pb²⁺.

194. Напишите молекулярно-ионные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Hg(NO₃)₂ и NaOH; б) K₂S и HCI; в) Ca(H₂PO₄)₂ и Ca(OH)₂.

195. Составьте по два молекулярных уравнения, которые соответствуют следующим сокращенным ионно-молекулярным уравнениям:

а) NH₄⁺ + OH^-- = NH₄OH; б) Cu²⁺ + S^2- = CuS; в) Ag⁺ + I^- = AgI.

196. Составьте ионно-молекулярные уравнения реакций, протекающих в растворах между: а) диоксидом углерода и гидроксидом бария; б) силикатом натрия и хлороводородной кислотой; в) сульфидом железа (II) и серной кислотой; г) иодидом калия и нитратом свинца.

197. Составьте ионно-молекулярные уравнения следующих реакций:

а) Fe₂(SO₄)₃ + K₃PO₄; б) Ba(NO₃)₂ + К₂CO₃; в) Ni(NO₃)₂ + K₂S.

198. Составьте ионно-молекулярные уравнения следующих реакций:

а) CuCI₂ + H₂SO₄; б) CaCI₂ + AgNO₃; в) Cu(NO₃)₂ + NaOH; г) KOH + HNO₃.

199. Исходя из сокращенной ионно-молекулярной формы уравнения, составьте по два молекулярных уравнения:

а) CaCO₃ + 2H⁺ = Ca^2- + H₂O + CO₂; б) H⁺ + OH^- = H₂O;

в) CuOH⁺ + H⁺ = Cu²⁺ + H₂O

200. Напишите ионно-молеулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) Hg(NO₃)₂ и NaI; б) K₂S и HCI; в) Ca(H₂PO₄)₂ и Ca(OH)₂.

11. Гидролиз солей

Гидролизом солей – называется обменное взаимодействие ионов соли с водой, которое приводит к образованию слабого электролита и сопровождается изменением pH среды. Изменение pH среды происходит вследствие нарушения ионного равновесия диссоциации воды H₂O ↔ H⁺ + OH^‾. Катионы сильных оснований и анионы сильных кислот не образуют слабых электролитов, поэтому гидролизу не подвергаются. Если же соли содержат в своем составе ионы слабых кислот и оснований, либо те и другие одновременно, то в водных растворах они гидролизуются. В этих случаях в растворе могут устанавливаться следующие равновесия:

а) при гидролизе аниона (A^‾) слабой кислоты: А^‾+ HOH ↔ HA + OH^-

(образуются ионы OH^-, среда щелочная, pH >7);

б) при гидролизе катиона (B⁺) слабого основания: B⁺ + HOH ↔ BOH + H⁺

(образуются ионы Н⁺, среда кислая, pH <7);

в) при гидролизе катиона слабого основания и аниона слабой кислоты:

А^‾ + НОН ↔ НА + ОН^-, В⁺ + НОН ↔ ВОН + Н⁺

Гидролиз солей, образованных многоосновными кислотами или многокислотными основаниями, протекает ступенчато (преимущественно по первой ступени) с образованием кислых или основных солей, Введение дополнительного количества ионов H⁺ или OH⁺ в равновесную систему может усилить или подавить процесс гидролиза в соответствии с принципом Ле Шателье.

Примеры решения задач

При составлении ионно-молекулярных уравнений гидролиза необходимо:

а) записать уравнение диссоциации соли;

б) определить природу катиона и аниона (найти катион слабого основания или анион слабой кислоты);

в) записать ионно-молекулярное уравнение реакции, учитывая, что вода - слабый электролит, и, что сумма зарядов должна быть одинаковой в обеих частях уравнения.

Пример 11.1. С оставьте ионно-молекулярные и молекулярные и уравнения гидролиза солей: а) CH₃COOK; б) K₂S; в) CuSO₄.

Решение. а) Ацетат калия - соль слабой кислоты CH₃COOН и сильного основания КОН. При растворении в воде ацетат калия диссоциирует на ионы: CH₃COOK = CH₃COO^- + K⁺. Катионы К⁺ не могут связывать анионы OH^-, так как KOH – сильный электролит. Ионы CH₃COO^‾, связываясь с катионами H⁺ воды, образуют слабую кислоту CH₃COOH. Гидролиз идет по аниону слабой кислоты.

Сокращенное ионно-молекулярное уравнение:

CH₃COO^‾ + H₂O ↔ CH₃COOH + OH^‾;

полное ионно-молекулярное уравнение:

CH₃COO^‾ + К⁺ + H₂O ↔ CH₃COOH + К⁺ + ОН^‾;

молекулярное уравнение: CH₃COOK + H₂O ↔ CH₃COOH + KOH.

В растворе появляется избыток ионов OH^‾, поэтому раствор имеет щелочную реакцию (pH >7).

б) Сульфид натрия – соль двухосновной слабой кислоты H₂S и сильного основания NaOH, диссоциирует на ионы: Na₂S = Na⁺+ S^2-. Анионы слабой кислоты S^2- связывают ионы водорода из воды, образуя анионы кислой соли HS^-. Соль гидролизуется по аниону.

Сокращенное ионно-молекулярное уравнение: S^2- + H₂O ↔ HS^‾ + OH^‾;

полное ионно-молекулярное уравнение:

2Na⁺ + S^2- + H₂O ↔ Na⁺ + HS^‾ + Na⁺+ OH^‾;

молекулярное уравнение: Na₂S + H₂O ↔ NaHS + NaOH.

Появление избыточного количества ионов OH^‾ обусловит щелочную реакцию среды (pH >7).

в) Сульфат меди – соль слабого двухкислотного основания Cu(OH)₂ и сильной кислоты H₂SO₄, диссоциирует на ионы: CuSO₄ = Cu²⁼+ SO₄^2-. Гидролиз такой соли идет по катиону слабого основания по первой ступени с образованием катионов основной соли CuOH⁺.

Сокращенное ионно-молекулярное уравнение:

Cu²⁺ + H₂O ↔ CuOH⁺ + H⁺;

полное ионно-молекулярное уравнение:

2Cu²⁺ + 2SO₄^2- + 2H₂O ↔ 2CuOH⁺ + SO₄^2- + 2H⁼ + SO₄^2-;

молекулярное уравнение: 2CuSO₄ + 2H₂O ↔ (CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄.

В растворе накопились катионы водорода, которые создадут кислую реакцию среды (pH <7).

Пример11.2. Какие продукты получатся при смешивании растворов AlCl₃ и Na₂S? Составьте ионно-молекулярные и молекулярное уравнение реакции.

Решение. Соль AlCl₃ гидролизуется по катиону: Al³⁺ + H₂O ↔ AlOH²⁺ + H⁺, Na₂S – по аниону: S^2- + H₂O ↔ HS^‾ + OH^‾.

Образующиеся ионы H⁺ и OH^‾ связываются в молекулы слабого электролита H₂O, сдвигая гидролитическое равновесие вправо. Гидролиз идет до конца, с образованием Al(OH)₃ и H₂S. Ионно-молекулярные и молекулярное уравнение имеют вид:

Al³⁺ + 3S^2- + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑

2AlCl³⁺ + 6Cl^- + 6Na⁺ +3S^2- + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑ + 6Na⁺ + 6Cl^-

2AlCl₃ + 3Na₂S + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑ + 6NaCl

Таким образом, продуктами гидролиза являются Al(OH)₃ и H₂S.

 

Задачи

201. Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: КCN, KNO₃, CuCl₂, ZnSO₄? Cоставьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения, укажите реакцию среды.

202. К раствору Cr₂(SO₄)₃ добавили раствор K₂S. Объясните причину образования осадка. Составьте соответствующие ионно-молекулярные и молекулярное уравнения.

203. Какие из солей: K₂SO₄, Na₂SO_3, NH₄CN, LiCl, Fe₂(SO₄)₃ подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей. Какое значение pH (>7<) имеют растворы этих солей?

204. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения совместного гидролиза, происходящего при сливании растворов: а) FeCl₃ и Na₂CO₃; б) CuSO₄ и K₂CO₃.

205. Подберите по два уравнения в молекулярном виде к каждому из ионно-молекулярных уравнений:

а) Al³⁺ +H₂O ↔ AlOH²⁺ + H⁺; б) S^2- + H₂O ↔ HS^‾ + OH^‾;

в) CN^‾ + H₂O ↔ HCN +OH^‾.

206. Подберите по два уравнения в молекулярном виде к каждому из ионно-молекулярных уравнений:

а) Fe³⁺ + 2H₂O ↔ Fe(OH)₂⁺ + 2H⁺; б) CO₃^2- + H₂O ↔ HCO₃^‾ + OH^‾;

в) NH₄⁺+ H₂O ↔ NH₄OH + H⁺.

207. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций для солей, подвергающихся гидролизу, укажите реакцию среды: K₂SO₃, Cr(NO₃)₃, NaNO₂, NiSO₄.

208. В какой цвет будет окрашен лакмус в водных растворах: K₂S, (NH₄)₂SO₄, Na₂CO₃, Li₂SO₄? Ответ обоснуйте ионно-молекулярными уравнениями соответствующих реакций гидролиза солей.

209. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций для солей, подвергающихся гидролизу, укажите реакцию среды: KJ, Cu(NO₃)₂, K₂SiO₃, ZnSO₄.

210. Какие из приведенных солей подвергаются гидролизу по катиону, по аниону, по катиону и аниону BaS, Mn(NO₃)_2, AlCl_3, Cr₂S₃? Укажите pH среды для водных растворов солей. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза.

211. Какие из солей NaI, CrCI_3, NH₄NO₃, NH₄NO₂ подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза этих солей, укажите реакцию среды.

212. Какие процессы будут происходить при смешивании растворов хлорида железа (III) и сульфида натрия? Составьте ионно-молекулярные уравнения реакций.

213. Какие из веществ: Na₂CO₃, Li₂SO₃, CuCI₂, MgSO₄, BaS создадут избыток гидроксид-ионов в растворе своей соли? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза.

214. При сливании растворов солей CrCI₃ и Na₂CO₃ образуется осадок Cr(OH)_3. Объясните причину и напишите соответствующие ионно-молекулярные уравнения.

215. Напишите уравнения реакций гидролиза в ионно-молекулярном виде: ацетата лития, хлорида алюминия, цианида аммония, сульфида бария.

216. Объясните, почему водные растворы NaNO₂, Li₂CO₃, Na₃PO₄ имеют щелочную реакцию. Ответ подтвердите уравнениями реакций в ионно-молекулярном виде.

217. К раствору Na₂CO₃ добавили следующие вещества: а) HCI; б) NaOH; в) Cu(NO₃)₂; г) K₂S. В каких случаях гидролиз карбоната калия усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярные уравнения соответствующих солей.

218. При смешивании растворов Fe₂(SO₄)₃ и K₂S каждая из солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Напишите соответствующие ионно-молекулярные уравнения совместного гидролиза солей.

219. Составьте ионно-молекулярные уравнения гидролиза cолей: NH₄CH₃COO, Ca(NO₂)₂, Na₃PO₄, MnCI₂.

220. Почему при добавлении горячей воды к водному раствору хлорида железа(III) выпадает осадок? Подтвердите это уравнениями реакций в ионно-молекулярном виде.

 

Коллоидные растворы

Системы, в которых одно вещество распределено в мелкораздробленном состоянии в среде другого, называются дисперсными. Распределенное вещество называется дисперсной фазой, а среда, в которой распределена дисперсная фаза – дисперсионной средой. Дисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы от 1 до 100 нм называются коллоидными растворами или золями.

Дисперсная фаза в коллоидном растворе представлена коллоидными частицами, в состав которых входит ядро, состоящее из электронейтрального агрегата частиц с адсорбированными на нем зарядообразующими ионами, и противоионы.

В качестве примера рассмотрим строение коллоидной частицы золя хлорида серебра, полученного действием избытка раствора AgNO₃ на раствор NaCl. Реакция протекает по уравнению AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃. При образовании золя хлорида серебра молекулы AgCl соединяются вместе, образуя более крупные частицы: mAgCl → (mAgCl). На них адсорбируются зарядообразующие ионы. В качестве зарядообразующих выступают те ионы, которые находятся в растворе в избытке и принадлежат элементу, входящему в состав ядра. Эти ионы могут быть положительно или отрицательно заряженными, поэтому коллоидные частицы имеют положительный, либо отрицательный заряд. В нашем примере зарядообразующими являются ионы Ag⁺. Заряженные коллоидные частицы притягивают к себе противоионы и молекулы воды из дисперсионной среды. Зарядообразующие ионы и противоионы с растворителем составляют адсорбированный слой. Так образуется коллоидная частица золя AgCl, примерный состав которой можно выразить формулой:

[(mAgCl)nAg⁺ (n-x)NO₃^‾ ∙ yH₂O]^x+

Вокруг коллоидной частицы находится диффузный слой противоионов, заряд которых равен заряду коллоидной частицы. Коллоидная частица и диффузный слой образуют электронейтральную мицеллу. Примерный состав мицеллы хлорида серебра выражается формулой:

{[(mAgCl)nAg⁺ (n-x)NO₃^‾ ∙ yH₂O]^x+ + xNO₃^‾ ∙ zH₂O}⁰

Коллоидные растворы обладают оптическими, кинетическими, электрическими свойствами и характеризуются кинетической и агрегативной устойчивостью.

Устойчивость коллоидного раствора можно нарушить, нейтрализуя электрические заряды коллоидных частиц, что приводит к укрупнению частиц в более сложные агрегаты. Этот процесс называется коагуляцией. Вещества, вызывающие коагуляцию, называются коагулянтами; к ним относятся различные электролиты. При добавлении электролита коллоидная частица адсорбирует ионы противоположного знака, что и вызывает нейтрализацию зарядов. Чем меньше заряд коагулирующего иона, тем больше ионов требуется на коагуляцию коллоида.

При пропускании через коллоидный раствор постоянного электрического тока все коллоидные частицы движутся к одному электроду, а противоионы к другому. Перемещение коллоидных частиц под действием электрического тока называется электрофорезом.

 

Примеры решения задач

Пример 12.1. Золь иодида серебра получен при добавлении к раствору AgNO₃ избытка KI. Определите заряд частиц полученного золя и напишите формулу его мицеллы.

Решение. При смешивании растворов AgNO₃ и KI протекает реакция

AgNO₃ + KI = AgI + KNO₃.

Ядро коллоидной частицы золя иодида серебра состоит из агрегата молекул (mAgI) и зарядообразующих ионов I^‾, которые находятся в растворе в избытке и обеспечивают коллоидным частицам отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы калия. Формула мицеллы иодида серебра имеет вид: {[(mAgI)nI^‾(n-x)К⁺ ∙yH₂O]^x- + xК⁺∙zH₂O}⁰.

Пример 12. 2. Золь кремневой кислоты был получен при взаимодействии растворов K₂SiO₃ и HCl. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был взят в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду.

Решение. Образование золя кремневой кислоты происходит по реакции

K₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃ + 2KCl

Чтобы двигаться к катоду (отрицательному электроду) противоионы должны иметь положительный заряд, а коллоидные частицы золя должны быть заряжены отрицательно. На электронейтральном агрегате частиц (mH₂SiO₃) адсорбируются ионы элемента, входящего в состав ядра. Таковыми являются ионы HSiO₃^‾, которые образуются в результате гидролиза соли K₂SiO₃:

K₂SiO₃ + H₂O ↔ KHSiO₃ + KOH или в ионной форме

SiO₃^2- + H₂O ↔ HSiO₃^‾ + OH^‾

Ионы HSiO₃^‾, адсорбируясь на поверхности частиц золя кремниевой кислоты, сообщают им отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы водорода H⁺. Формула мицеллы золя кремневой кислоты:

{[(mH₂SiO₃)nHSiO₃^‾ (n-x)H⁺∙yH₂O]^x- + xH⁺∙zH₂O}

Так как коллоидные частицы золя кремневой кислоты заряжены отрицательно за счет ионов HSiO₃^‾, то, следовательно, в избытке был взят K₂SiO₃.

Пример 12.3. Какого из веществ, K₂SO₄ или KCl, потребуется меньше, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), полученного по реакции FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂ + 2NaCl?

Решение. Из формулы коллоидной частицы золя гидроксида железа(II)

[(mFe(OH)₂nFe²⁺ 2(n-x)Cl^‾∙yH₂O]^2x+ видно, что частицы золя имеют положительный заряд. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов прибавленного электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. В данной задаче – это ионы SO₄^2- и Cl‾. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом – чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Заряд иона SO₄^2- больше заряда иона Cl‾, поэтому, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), раствора K₂SO₄ потребуется меньше, чем раствора KCl.

Пример 12.4. Составьте схему строения мицеллы золя гидроксида меди (II) в растворе хлорида меди.

Решение. В состав мицеллы гидроксида меди входят: агрегат молекул (mCu(OH)₂), адсорбированный слой, состоящий из зарядообразующих ионов меди Cu²⁺ и гидратированных противоионов хлора, и диффузный слой гидратированных противоионов хлора. Схема строения мицеллы гидроксида меди:

{[(mCu(OH)₂nCu²⁺ 2(n-x)Cl‾∙yH₂O]^2x+ + 2xCl‾∙zH₂O}

Задачи

221. Составьте схему строения мицеллы золя сульфида мышьяка As₂S₃ в растворе сульфида натрия.

222. Какой из солей: Ca(NO₃)₂, NaNO₃ или Al(NO₃)₃ потребуется меньше для коагуляции золя хлорида серебра?

223. Составьте схему строения мицеллы золя сульфата бария в растворе сульфата натрия.

224. Образование золя сульфата бария происходит по реакции

3BaCl₂ + Al₂(SO₄)₃ = 3BaSO₄ + 2AlCl₃

Напишите формулу мицеллы золя BaSO₄ и определите, какой из электролитов был в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к аноду.

225. Составьте схему строения мицеллы золя кремниевой кислоты в растворе силиката натрия.

226. При пропускании избытка сероводорода в раствор AsCl₃ получили золь сульфида мышьяка As₂S₃. Определите знак заряда частиц золя и напишите формулу мицеллы золя сульфида мышьяка.

227. Золь иодида свинца был получен по реакции

Pb(NO₃)₂ + 2KI = PbI₂ + 2KNO₃

Составьте формулу мицеллы золя иодида свинца и определите, какой из электролитов был взят в избытке, если при электрофорезе противоионы двигались к аноду.

228. Составьте схему строения мицеллы золя кремниевой кислоты в растворе соляной кислоты.

229. Какого электролита, FeCl₃ или AgNO₃, нужно взять в избытке, чтобы частицы золя хлорида серебра в электрическом поле двигались к аноду? Напишите формулу мицеллы золя.

230. Составьте схему строения мицеллы гидроксида железа (III) в растворе соляной кислоты.

231. Составьте схему строения мицеллы оловянной кислоты H₂SnO₃ в растворе станната калия K₂SnO₃.

232. Какой из солей, NaCl, Na₂SO₄ или Na₃PO₄, потребуется больше для коагуляции золя гидроксида железа (III), частицы золя которого заряжены положительно?

233. Золь бромида серебра был получен по реакции

AgNO₃ + NaBr = AgBr + NaNO₃

Составьте формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был взят в избытке, если при электрофорезе частицы золя двигались к катоду.

234. Составьте схему строения мицеллы гидроксида железа (III) в растворе хлорида железа (III).

235. Какого из веществ, CrCl₃, Ba(NO₃)₂ или K₂SO₄, потребуется меньше для коагуляции золя кремниевой кислоты, частицы которого заряжены отрицательно?

236. Составьте схему строения сульфида сурьмы (III) в растворе сульфата калия.

237. Золь сульфида кадмия был получен по реакции

Cd(NO₃)₂ + Na₂S = CdS + Na₂S

Составьте формулу мицеллы золя сульфида кадмия и определите, какой из электролитов был взят в избытке, если при электрофорезе противоионы двигались к аноду.

238. Золь хлорида свинца был получен по реакции

Pb(NO₃)₂ + 2NaCl = PbCl₂+ 2NaNO₃

Составьте формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был взят в избытке, если при электрофорезе частицы золя двигались к катоду.

239. При пропускании избытка сероводорода в раствор SbCl₃ получили золь сульфида сурьмы Sb₂S₃. Определите знак заряда частиц золя и напишите формулу мицеллы золя сульфида сурьмы.

240. Представьте строение мицеллы оксида олова (IV) в растворе K₂SnO₃.