УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ

ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10 КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44 , 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11/2004

§ 7.3. Соли. Гидролиз

(окончание)

ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ

1. Напишите молекульно-ионным способом уравнения гидролиза солей (вариант укажет учитель).

1. Ацетат натрия.
2. Хлорид аммония.
3. Хлорид калия.
4. Хлорид натрия.
5. Нитрат аммония.
6. Ацетат аммония.
7. Сульфат аммония.
8. Нитрит аммония.
9. Хлорид железа(III).
10. Сульфат меди(II).
11. Сульфат железа(III).
12. Хлорид меди(II).
13. Сульфат натрия.
14. Карбонат натрия.
15. Фосфат натрия Na₃PO₄.
16. Карбонат аммония.
17. Хлорид цинка.
18. Сульфат цинка.
19. Фосфат аммония (NH₄)₃PO₄.
20. Сульфит натрия.
21. Сульфид натрия.
22. Гидрокарбонат натрия NaHCO₃.
23. Гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃.
24. Дигидрофосфат аммония NH₄H₂PO₄.
25. Сульфат алюминия

В начале работы напишите уравнение диссоциации соли как сильного электролита. Выберите тот ион, который подвергается гидролизу, запишите уравнение гидролиза этого (этих) иона (ионов) с одной молекулой воды. Предскажите рН раствора. Если гидролиз проходит по ступеням, напишите уравнения всех ступеней, соблюдая правило, что в уравнении каждой ступени гидролиза записывается одна молекула воды. Объясните, почему в водном растворе гидролиз проходит не до конца. Как следует поступить, чтобы гидролиз прошел полностью?
Считайте серную кислоту сильной кислотой, фосфорную – слабой.

2. Почему цинк «растворяется» в растворе сульфата цинка ZnSO₄, но не растворяется в растворе ацетата цинка Zn(CH₃COO)₂?

3. При гидролизе соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой, может получиться слабокислотный или слабоосновный раствор в зависимости от того, какой электролит сильнее. Предскажите среду ацетата аммония, если константы диссоциации уксусной кислоты и гидроксида аммония равны: К(СН₃СООН) = 1,86•10^–5, К(NH₄OH) = 1,79•10^–5.

4. Вычислите (по указанию учителя) рН:

а) 0,1М;
б) 0,01М;
в) 0,001М –
растворов солей, приведенных ниже (в скобках приведены константы диссоциации слабых кислот и оснований).

1. Нитрит натрия (К(HNO₂) = 4,0•10^–4).
2. Хлорид аммония (К(NH₄OH) = 1,79•10^–5).
3. Сульфит натрия (К(Н₂SO₃): К₁ = 1,3•10^–2, K₂ = 5,0•10^–6).
4. Сульфид натрия (К(H₂S): К₁ = 5,7•10^–8, K₂ = 1,2•10^–15).
5. Карбонат натрия (К(H₂CO₃): К₁ = 4,3•10^–7, K₂ = 5,6•10^–11).
6. Ацетат натрия (К(CH₃COOH) = 1,86•10^–5).
7. Сульфат аммония (К(NH₄OH) = 1,79•10^–5).
8. Фосфат натрия (К(H₃PO₄): К₁ = 7,5•10^–3, K₂ = 6,2•10^–8, K₃ = 2,2•10^–13).
9. Нитрит калия (К(HNO₂) = 4,0•10^–4).
10. Нитрат аммония (К(NH₄OH) = 1,79•10^–5).

5. Какую среду имеют указанные ниже растворы?

1. Фосфат натрия Na₃PO₄.
2. Гидрофосфат натрия Na₂HPO₄.
3. Дигидрофосфат натрия NaH₂PO₄.
Уравнения реакций обязательны!

6. Приведите объяснения среды раствора соли, если представить катион, окруженный шестью молекулами воды.

1. Хлорид железа(III).
2. Хлорид цинка.
3. Сульфат цинка.
4. Хлорид алюминия.
5. Сульфат алюминия.

7. Среда водного раствора хлорида магния нейтральна. О чем это говорит?

8. Объясните, почему при нагревании раствора гидрокарбоната натрия NaНСО₃ среда из слабощелочной переходит в сильнощелочную.

9. Чем объясняется смещение равновесия гидролиза вправо при разбавлении, ведь при этом уменьшается концентрация соли?

10. Почему среда фторида натрия или калия щелочная (25%-й раствор имеет рН = 8,6), а не нейтральная?

11. Вычислите константу диссоциации гидроксида аммония, исходя из того, что 0,40М раствор нитрата аммония имеет рН = 4,8.

12. Получите как можно больше сведений из данных: 0,1М раствор сульфата меди имеет рН = 4,2 (при 15 °С).

13. Объясните, почему при введении раствора карбоната натрия (сода) в раствор хлорида железа(III) в осадок выпадает не карбонат железа, а гидроксид железа. Напишите уравнение реакции.

14. В чем состоят отличия (перечислите их признаки) реакций гидролиза ацетата алюминия Al(CH₃COO)₃ и сульфида алюминия Al₂S₃?

15. Почему сульфид алюминия Al₂S₃ полностью разлагается водой на гидроксид алюминия
Al(OH)₃ и сероводород H₂S, но из простых веществ образуется с большим выделением теплоты, плавится и даже возгоняется без разложения?

16. Составьте сокращенным молекульно-ионным способом уравнения приведенных ниже реакций, протекающих в водных растворах.

1. Хлорид алюминия + карбонат натрия (сода).
2. Хлорид алюминия + сульфид натрия.
3. Хлорид цинка + карбонат натрия.
4. Хлорид цинка + сульфид натрия.
5. Хлорид железа + карбонат натрия.
6. Хлорид железа + сульфид натрия.
7. Хлорид магния + карбонат натрия.
8. Хлорид магния + сульфид железа.
9. Сульфат меди + карбонат натрия.
10. Сульфат меди + сульфид натрия.

Предложите способы, как узнать, какой осадок образовался в результате каждой из приведенных реакций – карбонат, гидроксид, сульфид алюминия, цинка, магния, железа или меди.

17. В одной из книг по геологии сказано, что с гидролизом солей связан ряд геологических изменений земной коры и образование минералов, формирование природных вод и почв. Постарайтесь объяснить это утверждение и предложите несколько примеров.

18. В одной научной книге сказано, что гидролиз трехкальциевого силиката, входящего в состав цемента, является причиной образования гидроксида кальция (известь) и одной из причин затвердевания цемента. Объясните это утверждение. Напишите уравнение или уравнения реакций.

19. Переведите на русский язык.

Прочитайте этот отрывок про гидролиз на английском языке. Отнеситесь к сказанному в немкритически и найдите то, что не соответствует вашим знаниям, полученным из основного текста.

Salt hydrolysis is essentially the reversal of neutralization. Read the equation of hydrolysis from right to left, it is neutralization.
The following discussion will show that salt hydrolysis is appreciable except when the salt is derived from a strong acid and a strong base. There are four possible cases as below.
1. Salt of a weak acid and a strong base. Suitable example is sodium acetate. This salt is derived from the weak acid, acetic, and the strong base, sodium hydroxide. The salt (a strong electrolyte) can be considered fully ionized. Since sodium hydroxide is a strong base, it can be considered as remaining completely ionized, with no formation (or only negligible formation) of molecules of NaOH. Acetic acid, however, is weak. It is most some unionized molecules, using H⁺ derived from water. This disturbs the equilibrium of water. To restore the equilibrium, more water ionizes. This puts OH^– into еxcess, causes the pH of the solution to rise above 7 and the solution to react alkaline. This is a general situation.
2. Salt of a strong acid and a weak base. Suitable example is ammonium chloride. This salt is derived from the strong acid, hydrochloric, and the weak base, ammonium hydroxide. Like all salts, ammonium chloride is a strong electrolyte and can be taken as fully ionized. Hydrochloric acid is a strong acid, so there is no formation (or only negligible formation) of HCl molecules. Ammonium hydroxide, however, is a weak base so that molecules of NH₄OH are formed by use of OH^– ion from water. Withdrawal of OH^– ion disturbs the ionic equilibrium of water and, to restore equilibrium water ionizes further. This puts H⁺ into excess, pH of the solution falls below 7 and it reacts acidic.
3. Salt of a weak acid and a weak base. Ammonium acetate is strongly hydrolyzed in solution, but the solution remains almost neutral. In general, if the acid from which the salt is derived is stronger than the base, the solution tends to react acidic; and vice versa.
4. Salt of a strong acid and a strong base. The acid and base are both strong so that no formation molecules occurs. The ionic equilibrium of water remains undisturbed, there is no hydrolysis and the solution remains neutral.

Ответ (см. п. 3). Среда раствора ацетата аммония слегка кислотная, т.к. константа диссоциации уксусной кислоты немного больше констаны диссоциации гидроксида аммония.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Необычное поведение растворов солей.

При помощи индикаторов лакмуса, фенолфталеина или метилового оранжевого определите среду нижеприведенных растворов хлоридов (или сульфатов).
1. Хлорид железа(III).
2. Хлорид алюминия.
3. Хлорид аммония.
4. Хлорид цинка.
Возьмите 2–3 мл ~0,1М раствора соли и 1–2 капли раствора индикатора.
В растворы внесите по маленькому кусочку цинка. Если реакция не проходит, слегка нагрейте пробирку в водяной бане. Что вы наблюдаете? Объясните природу реакции.
То же самое проделайте с растворами хлоридов натрия и кальция. Сформулируйте выводы.
Если вы заинтересовались химией, испытайте действие этих растворов на другие металлы, кусочки которых имеются в вашей лаборатории.

2. Среда растворов солей.

Пользуясь набором индикаторов (можно работать только с одним индикатором – лакмусом или фенолфталеином, а также с универсальным индикатором), определите (оцените) среду растворов солей, которые приведены ниже. Варианты вам укажет учитель.
1. Хлорид натрия.
2. Хлорид кальция.
3. Нитрат натрия или калия.
4. Хлорид железа(III).
5. Хлорид алюминия.
6. Хлорид аммония.
7. Карбонат натрия (сода).
8. Гидрокарбонат натрия (питьевая сода).
9. Сульфат натрия.
10. Сульфид натрия.
11. Ацетат натрия.
12. Карбонат аммония.
13. Фосфат натрия.
14. Гидрофосфат натрия.
15. Дигидрофосфат натрия.
Уравнения реакций гидролиза в сокращенной молекульно-ионной форме записывать обязательно! Выше или ниже какого значения может быть рН раствора?

3. Среда растворов карбоната и гидрокарбоната натрия.

Определите рН растворов одинаковой концентрации карбоната натрия Na₂CO₃ и гидрокарбоната натрия NaHCO₃. Сформулируйте выводы.

4. Влияние температуры на равновесие гидролиза.

В две пробирки налейте по 2–3 мл раствора ацетата натрия. Добавьте в каждую пробирку по 2–3 капли раствора фенолфталеина. Отметьте окраску и среду раствора. Нагрейте одну из пробирок на водяной бане. Если окраска изменилась, в какую сторону – кислотную или осно'вную – изменилась среда раствора? Охладите раствор (окраска?) и снова нагрейте. Докажите, что изменение температуры раствора приводит к смещению равновесия гидролиза. На основании принципа Ле Шателье предскажите знаки теплового эффекта и изменения энтальпии реакции гидролиза.

5. Полный гидролиз, или необратимый.

К 2–3 мл раствора хлорида железа FeCl₃ приливайте по каплям раствор карбоната натрия Na₂CO₃ до прекращения реакции. Докажите, что образовался осадок Fe(OH)₃, а не карбонат железа.

6. Исследование сульфида алюминия.

Это задание – творческое, самостоятельное (хотя и проходящее под наблюдением учителя) исследование, включающее получение из простых веществ сульфида алюминия и изучение его поведения в воде.
Рассчитайте количества алюминиевых опилок и порошка серы, которые следует взять, чтобы получить примерно 2 г сульфида алюминия. Отвесьте вычисленные количества веществ и осторожно (не в ступке!) смешайте порошки. Высыпьте смесь на поверхность керамической плитки или кирпича в виде конуса. Подожгите вершину конуса. Осторожно! Запах? После охлаждения смеси рассмотрите ее. Состав смеси однороден? Соберите смесь и поместите ее в стакан с водой. Предскажите продукты реакции с водой и докажите правильность своего предположения. Напишите уравнение реакции и объясните причины ее прохождения.

Вам будет полезно прочитать далее раздел об амфотерных электролитах.

7. Исследование поведения двух солей в растворе.

Изучите поведение следующих пар веществ в их водных растворах. Налейте в пробирки по 2–3 мл растворов, приведенных в каждом варианте. Вариант вам укажет учитель.
1. Хлорид алюминия + карбонат натрия (сода).
2. Хлорид алюминия + сульфид натрия.
3. Хлорид цинка + карбонат натрия.
4. Хлорид цинка + сульфид натрия.
5. Хлорид железа + карбонат натрия.
6. Хлорид железа + сульфид натрия.
7. Хлорид магния + карбонат натрия.
8. Хлорид магния + сульфид железа.
9. Сульфат меди + карбонат натрия.
10. Сульфат меди + сульфид натрия.
Наблюдайте за тем, что будет происходить в растворе.
Составьте уравнения реакций, протекающих в водных растворах. Предложите способы, как узнать, какой осадок образовался в результате реакции – карбонат, гидроксид, сульфид алюминия, цинка, магния, железа или меди.

8. Среда растворов фосфатов натрия.

Определите среду растворов (2–3 мл ~0,1М) фосфатов натрия: однозамещенного (дигидрофосфат натрия), двухзамещенного (гидрофосфат натрия) и трехзамещенного (фосфат натрия). Напишите уравнения реакций, объясняющих обнаруженную среду растворов солей.

9. Определение кислотности или щелочности природной воды.

Одной из характеристик природной воды является ее кислотность или щелочность, которые определяются титрованием 100 мл воды соответственно 0,100М раствором гидроксида натрия с индикатором фенолфталеином до исчезновения слабо-розовой окраски или 0,100М раствором соляной кислоты с индикатором метиловым оранжевым (метилоранж) до появления слабо-розовой окраски. Кислотность или щелочность выражают числом миллилитров 1М растворов щелочи или кислоты, которые пошли бы на титрование, или же в единицах рН природной воды.
Определите кислотность или щелочность воды из различных источников (река, пруд, водопровод, дождевая вода, снег и т. п.). Рассчитайте рН изученных образцов воды.
Почему это задание дано в этом разделе?
Попросите вашего учителя или даже сами переговорите с администрацией города, поселка, села, где вы живете, с целью заключить с вашим классом договор на оплату работы по контролю за рН водоемов ближайшей местности.

О.С.ЗАЙЦЕВ