Тема 4. Загальні характеристики розчинів.

Розчин – це суміш, що складається з двох компонентів:

Розчиненої речовини (р.р.)

2. розчинника (р-ка)

В залежності від кількості розчиненої речовини і розчинника розчини поділяються:

1. насичені розчини – це розчини, в яких не може додатково розчинитися розчинена речовина при даній температурі.

2. ненасичені розчини – це розчини, в яких може додатково розчинитися розчинена речовини при даній температурі.

3. перенасичені розчини – це розчини, в яких може додатково розчинитися розчинена речовина при даній температурі, тобто концентрація розчиненої речовини є більша за межу розчинності її при даній температурі.

4. концентровані розчини – це розчини, в яких багато розчиненої речовини, аде мало розчинника (води). (Розчин, в якому менше ніж 10% розчиненої речовини)

5. розведені або розбавлені розчини – це розчини, в яких мало розчиненої речовини, а багато розчинника (води). (Розчин, в якому більше ніж 50% розчиненої речовини)

Процес при якому розчиняємо розчинену речовину в розчиннику(воді)

називається процесом розчинення.

При розчиненні речовини у воді відбувається такі процеси:

1. Взаємодія молекул води з молекулами розчиненої речовини і цей процес назива ється гідратацією (сольватація) – при цьому процесі тепло виділяється – екзотермічна реакція;

2. Руйнування кристалічної гратки - процес йонізації - при цьому процесі тепло поглинається – ендотермічна реакція;

3. Розподіл частинок в обємі розчинника - процес дифузії.

У розчині молекули розчиненої речовини зв’язані з певною кількістю молекул води і ці сполуки називаються гідрати. Але вода може входити до складу солей у твердому кристалічному стані і це є кристалогідрати, а вода в нихназивається кристалізаційною водою.

Приклади найважливіших кристалогідратів і їх назви:

1. CuSO₄·5H₂O - мідний купорос; купрум (ІІ) сульфат, пентагідрат

2. FeSO₄·7H₂O - залізний купорос; ферум (ІІ) сульфат, гептагідрат

3. Na₂CO₃·10H₂O - кристалічна сода; натрій карбонат, декагідрат

4. CаSO₄·2H₂O - гіпс; кальцій сульфат, дигідрат

5. Na₂SO₄•10H₂O - глауберова сіль; натрій сульфат, декагідрат

Задача 1.

Знайти відносну молекулярну масу мідного купоросу.

Задача 2.

Скільки молекул кристалізаційної води входить до складу однієї формульної одиниці кристалогідрату, якщо при прожарюванні певної кількості його було одержано натрій сульфат масою 21,3 г та воду масою 27 г.

Різні речовини по різному розчиняються у воді при даній температурі, тому для кількісної характеристики процесу розчинення вводять поняття «розчинність» або «коефіцієнт розчинності».

Розчинність – це певна маса розчиненої речовини, що може розчинитися в 100 г води при даній температурі.

В залежності від розчинності всі речовини поділяються на:

1. Розчинні (більше 100 г р.р. на 100 г води)

2. малорозчинні (від 1г до 10 г р.р. на 100 г води)

3. нерозчинні (менше 0,01 г р.р. на 100 г води)

Розчинність переважної більшості твердих речовин зростає із збільшеннямтемператури і навпаки.

Розчинність газів із пониженням температури і підвищенням тиску зростає і навпаки із збільшенням температури і зниженням тиску спадає (всі газовані напої охолоджуємо перед використанням)

Дисперсні системи – це суміші в яких одна речовина рівномірно розміщена в іншій речовині. Дисперсні системи складаються з двох компонентів:

1. дисперсна фаза (подібно як розчинена речовина в розчині)

2. дисперсне(дисперсійне) середовище (подібно як розчинник).

Дисперсна система в залежності від розмірів дисперсної фази поділяються на:

1. Істинні розчини – дисперсні системи в яких розмір частинок дисперсної фази менше 1 нм.

Наприклад: розчин цукру, солі, спирту у воді; повітря, сплави металів. Для істинних розчинів характерна властивість – однорідність.

2. Колоїдні розчини(колоїди) – дисперсні системи в яких розмір частинок дисперсної фази є від 1 до 100 нм.

Наприклад: білок яйця, мармелад, желе, холодець. Колоїди подібні до істинних розчинів однорідністю (прозорістю), але відрізняються від них тим, вже під мікроскопом видно частинки дисперсної фази. А також при довгому стоянні випадають в осад і ефект Тиндаля.

3. Грубодисперсні системи (суспензії і емульсії) – дисперсні системи в яких розмір частинок дисперсної фази більше 100 нм.

Наприклад: суспензія (тверда нерозчинна речовина у воді)

Суміш глини, крейди у воді.

Емульсія ( рідка нерозчинна речовина у воді )

Суміш олії, бензину у воді.

 

 

Тема 5. Кількісні характеристики розчинів.

 

Щоб кількісно визначити саме масу розчиненої речовини у розчині вводять поняття «масова частка розчиненої речовини у розчині»

Масова частка розчиненої речовини у розчині – це фізична величина,що означає відношення маси розчиненої речовини до маси розчину.

Позначається: ώ(р.р.)

m(р.р.)

Формула: ώ(р.р.)=-------------- ·100%

m(р-ну)

 

Одиниці: у % або частках від одиниці. Наприклад: ω =10% або ω =0,1.

Необхідно знати, що при розв’язування задач на масову частку розчиненої речовини завжди використовується маса розчиненої речовини і маса розчину, а також

1см³ = 1мл; 1л = 1дм³;

1л = 1000см³ або мл; 1м³ = 1000л або дм³

Тільки для води: об’єм і маса для води є однакові числові значення, бо густина води дорівнює 1г/мл. Наприклад: 100мл води = 100г води

Формула густини розчинів:

m(р-ну)

ρ(р-ну) = -----------;

V(р-ну)

 

Додатково

Молярна концентрація (молярністьрозчину) - це фізична величина,що означає відношення кількості розчиненої речовини до об´єму розчину (тільки в л або дм³).

Позначається: С_м

ν (р.р.) m(р.р.)

Формула: С_м =-------------- або С_м =----------------------------

V (р-ну)(в л) М(р.р.) ·V (р-ну)(в л)

 

Одиниці: моль/ л або М. Наприклад: С_м =1моль/л або С_м =1М.

 

 

Приклади задач:

Задача 1.

До 150 г води додали 50 г солі. Яка масова частка солі в розчині?

Задача 2.

Приготувати розчин масою 200г з масовою часткою солі 20%. Яку масу води і солі необхідно взяти?

Задача 3.

До розчину масою 200 г з масовою часткою кислоти 30% додали 50 г води. Яка масова частка кислоти у новому розчині?

Задача 4.

До розчину масою 400г з масовою часткою 25% додали 40 г солі. Яка масова частка солі в новому розчині?

Задача 5.

Із розчину масою 300г з масовою часткою цукру 15% випарували 50г води. Яка масова частка цукру в новому розчині?

Задача 6.

Змішали два розчини: розчин масою 300г з масовою часткою солі 12% і

розчин масою 150г з масовою часткою солі 30%. Знайти масову частку солі в одержаному розчині?

 

Задача 7.^*

Приготувати розчин об’ємом 300мл з масовою часткою солі 20%(або 0,2). Який об’єм води (в мл) і масу солі потрібно взяти, якщо густина розчину = 1,2 г/мл?

Задача 8^*.

До розчину об’ємом 200мл з масовою часткою солі 0,2 (густиною розчину 1,5г/мл) долили 150 мл води. Знайти масову частку солі у новому розчині.

Задача 9.^*

У 200мл води розчинили 56л (н.у.) аміаку. Знайти масову частку аміаку в одержаному розчині.

Задача 10^*.

У 300мл води розчинили 2 моль натрій карбонату. Знайти масову частку натрій карбонату в одержаному розчині.

 

 

Додатково!!!

 

Для полегшення використання правила змішування застосовують правило хреста (правило павука)

 

m _1(р-ну) ώ ₁ ώ₃ – ώ₂

ώ₃

m_2(р-ну) ώ₂ ώ₁ – ώ₃

 

Складаємо пропорцію: m _1(р-ну) ώ₃ – ώ₂

---------- = -----------

m _2(р-ну) ώ₁ – ώ₃

і обчислюємо невідомі маси вихідних розчинів.

 

По діагоналі!!!з більшого значення масової частки віднімають менше

значення і записують по діагоналі.

Тема 6. Електролітична дисоціація (ЕД).

 

Всі речовини, що вивчає хімія щодо провідності електричного струму поділяються на:

1. Провідники І роду – це всі метали і їх сплави. Провідником електричного струму є негативно заряджені електрони.

2. Провідники ІІ роду – це розчини кислот, лугів і солей. Провідником

електричного струму в них є позитивно(катіони) і негативно(аніони)

заряджені йони.

Речовини ще поділяються на:

1. електроліти – це речовини, розчини або розплави яких проводять

Електричний струм.

До них відносяться: кислоти, основи і солі тільки розчинні у воді.

(Скористатись таблицею розчинності)

2. неелектроліти – це речовини, розчини або розплави яких не проводять

електричний струм.

До них відносяться: прості речовини, оксиди, нерозчинні основи,

кислоти і солі, а також майже всі органічні речовини.

При розчиненні електролітів у воді відбувається їх розпад на йони

(катіони і аніони) тому, що розчини електролітів є провідниками ІІ роду, а

в них провідником електричного струму є катіони і аніони.

Електролітична дисоціація(ЕД) – це реакція розпаду електролітів на

йони під час розчинення їх у воді або розплавлення.

ЕД є реакція оборотня.

Теорія ЕД була відкрита шведським вченим С.Арреніусом.

 

ЕД кислот

 

Кислоти дисоціюють на катіони Гідрогену (Н⁺) і аніони кислотного залишку.

Кислоти, що містять 2 і більше атомів Гідрогену (дво і триосновні)

дисоціюють ступінчасто, тобто по о д н о м у відривають атоми Н і переводять у вигляді катіону Гідрогену Н⁺.

Наприклад:

HCl ↔ H⁺ + Cl^-;

 

1 стадія H₂SO₄ ↔ H⁺ + HSO₄^-

2 стадія HSO₄^- ↔ H⁺ + SO₄^2-

Загальне: H₂SO₄ ↔ 2H⁺ + SO₄^2-

 

H₂SіO₃ ≠

 

 

ЕД основ(лугів)

 

Тільки луги (розчинні основи) дисоціюють на катіон металу і Гідроксид - іон ОН^-.

Луги, що містять 2 і більше груп Гідроксиду ОН (дво і трикислотні)

дисоціюють ступінчасто, тобто по о д н і й відривають групи ОН і переводять у вигляді аніону Гідроксиду ОН^-.

Наприклад:

NaOH ↔ Na⁺ + OH^-;

 

1 стадія Ba(OH)₂ ↔ BaOH⁺ + OH^-

2 стадія BaOH⁺ ↔ Ba²⁺ + OH^-

Загальне: Ba(OH)₂ ↔ Ba²⁺ + 2OH^-

 

Fe(OH)₂ ≠

 

ЕД солей

 

Солі зразу ж дисоціюють на катіон металу і аніон кислотного залишку.

Наприклад:

AlCl₃ ↔ Al³⁺ + 3Cl^-;

 

Fe₂(SO₄)₃ ↔ 2Fe³⁺ + 3SO₄^2-

 

CaCO₃ ≠

 

Так як реакція ЕД є оборотною(відбувається одночасно процес розпаду

молекул і сполучення йонів), то для кількісної характеристики її вводять поняття «ступінь електролітичної дисоціації».

Ступінь ЕД – фізична величина, що означає відношення числа молекул,що практично розпалися на йони до загального числа молекул, введених у розчин. N (дисоційованих)

Позначається: α; Формула: α = -------------------------·100%

N (загальної)

Одиниці: у % або частках від одиниці.

Задача 1.

У розчині є 200 молекул електроліту, розпалися на йони 60 молекул. Знайти ступінь ЕД електроліту.

Задача 2.

У розчині мурашиної кислоти (НСООН) масою 200 г з масовою часткою кислоти 9,2% міститься 3,76·10^-3 моль катіонів Гідрогену. Знайти ступінь ЕД кислоти (у%).

 

В залежності від ступеня ЕД всі електроліти поділяються на:

1. сильні електроліти;

2. слабкі електроліти.

Сильні електроліти – це електроліти, які практично повністю розпадаються на йони(у розчині існують у вигляді йонів, а не молекул) і ступінь ЕД близький до 100%.

До сильних електролітів відносяться: солі і луги тільки розчинні у воді і кислоти(тільки HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄).

Слабкі електроліти – це електроліти, які частково дисоціюють на Йони (у розчині практично існують переважно у вигляді молекул, ніж йонів).

До слабких електролітів відносяться: всі інші солі і основи мало і нерозчинні у воді, а також кислоти(H₂S, H₂SO₃, H₂CO₃, HF) і всі органічні речовини, прості речовини, оксиди.

 

Реакції йонного обміну.

 

Всі реакції в хімії практично переважно відбуваються в розчинах, а якщо беруть участь електроліти, то у розчинах вони розпадаються на йони. Тому реакції в розчинах відбуваються не між молекулами електролітів, а між йонами – реакції йонного обміну.

При написанні реакцій йонного обміну (молекулярне, повне йонне і скорочене йонне рівняння) необхідно користуватися поняттями «сильні» і «слабкі» електроліти.

 

Вправа: Написати рівняння реакції в молекулярному, повному та скороченому йонних виглядах:

1. NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Na⁺ + OH^- + H⁺ + Cl^- = Na⁺ + Cl^- + H₂O

H⁺ + OH^- = H₂O

Додаткові вправи:

2. FeO + HNO₃ =

3. FeCl₃ + AgNO₃ =

4. Al + CuSO₄ =

5. H₂S + KOH =

6. Al₂(SO₄)₃ + BaCl₂ =

7. Ca + H₃PO₄ =

8. Ba(OH)₂ + CuSO₄ =

9. Fe(OH)₃ + HBr =

10. P₂O₅ + NaOH =

Згідно йонної теорії: сильні кислоти позначаються Н⁺, сильні основи (луги) - ОН^-, а розчинні солі розпадаються або на катіони металів, або на аніони кислотних залишків. Слабкі електроліти і неелектроліти записуємо в молекулярному вигляді.

Вправа: Скласти рівняння реакції в молекулярній та повній йонній формах відповідно до схеми: Н⁺ + ОН^- = Н₂О

HCl + КOH = КCl + H₂O

H⁺ + Cl^- + К⁺ + ОН^- = К⁺ + Cl^- + H₂O

H⁺ + OH^- = H₂O

Приклади вправ:

1. Cu(OH)₂ + 2H⁺ = Cu²⁺ + 2H₂O

2. Ag⁺ + Cl^- = AgCl↓

3. S^2- + 2H⁺ = H₂S

4. Ca²⁺ + CO₃^2- = CaCO₃

5. Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂↑

6. CO₂ + 2OH^- = CO₃^2- + H₂O

7. 2K + Fe²⁺ = 2K⁺ + Fe

8. Al(OH)₃ + 3H⁺ = Al³⁺ + 3H₂O