Задачи и упражнения для самостоятельного решения. 12.1. Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: NaCN, KNO3, CuCl2, ZnSO4?

12.1. Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: NaCN, KNO₃, CuCl₂, ZnSO₄? Cоставить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций, указать рН среды.

12.2. К раствору Cr₂(SO₄)₃ добавили раствор K₂S. Объяснить причину образования осадка и выделения газа. Составить молеклярное и ионно-молекулярные уравнения реакции.

12.3. Какие из солей: Na₂SO₄, К₂SO₃, NH₄CN, LiCl, Fe₂(SO₄)₃ подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей. Какое значение pH (> 7 <) имеют растворы этих солей?

12.4. Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения совместного гидролиза, происходящего при сливании растворов: а) Fe(NO₃)₃ и Na₂CO₃;

б) CuCl₂ и K₂CO₃.

12.5. Подобрать по два уравнения в молекулярном виде к каждому из трех ионно-молекулярных уравнений: а) Al³⁺ +H₂O AlOH²⁺ + H⁺;

б) S²⁻ + H₂O HS^‾ + OH^‾; в) CН₃СОО^‾ + H₂O СН₃СООН +OH^‾.

12.6. Подобрать по два уравнения в молекулярном виде к каждому из трех ионно-молекулярных уравнений: а) Fe³⁺ + 2H₂O Fe(OH)₂⁺ + 2H⁺;

б) CO₃^2- + H₂O HCO₃^‾ + OH^‾; в) NH₄⁺+ H₂O NH₄OH + H⁺.

12.7. Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций для солей, подвергающихся гидролизу, указать реакцию среды: K₂SO₃, Cr(NO₃)₃, NaNO₂, NiSO₄.

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

12.9. Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций для солей, подвергающихся гидролизу, указать реакцию среды: KI, Cu(NO₃)₂, K₂SiO₃, ZnSO₄.

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

12.11. Какие из солей NaI, CrCl_3, NH₄NO₃, NH₄NO₂ подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей, указать реакцию среды.

12.12. К раствору Al₂(SO₄)₃ добавили следующие вещества: а) H₂SO₄; б) KOH;

в) Na₂SO₃; г) ZnSO₄. В каких случаях гидролиз сульфата алюминия усилится? Почему? Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.

12.13. Какие из веществ: Na₂CO₃, Li₂SO₃, CuCl₂, MgSO₄, BaS создадут избыток гидроксид-ионов в растворе своей соли? Почему? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

12.14. При сливании растворов солей CrCl₃ и Na₂CO₃ образуется осадок Cr(OH)₃ и выделяется газ СО₂. Объяснить причину и написать молекулярное и ионно-молекулярные уравнения реакции.

12.15. Написать уравнения реакций гидролиза в ионно-молекулярном и молекулярном виде: ацетата лития CH₃COOLi, хлорида алюминия NH₄Cl, цианида аммония NH₄CN, сульфида бария BaS.

12.16. Объяснить, почему водные растворы NaNO₂, Li₂CO₃, Na₃PO₄ имеют щелочную реакцию. Ответ подтвердить уравнениями реакций в ионно-молекулярном и молекулярном виде.

12.17. К раствору FeCl₃ добавили следующие вещества: а) HCl; б) KOH; в) CuCl₂; г) Na₂CO₃. В каких случаях гидролиз хлорида железа усилится? Почему? Составить ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.

12.18. При смешивании растворов Fe₂(SO₄)₃ и K₂S образуется осадок и выделяется газ. Написать молекулярное и ионно-молекулярные уравнения совместного гидролиза солей.

12.19. Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза cолей: NH₄CH₃COO, Ca(NO₂)₂, К₃PO₄, MnCl₂.

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

Коллоидные растворы

Теоретическое введение

Системы, в которых одно вещество распределено в мелкораздробленном состоянии в среде другого, называются дисперсными. Раздробленное (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 (или золе) представлена коллоидными частицами, в состав которых входят ядро, зарядообразующие ионы и противоионы. Зарядообразующие ионы могут быть положительно или отрицательно заряженными, поэтому и коллоидные частицы имеют либо положительный, либо отрицательный заряд. Заряженные коллоидные частицы притягивают к себе молекулы Н₂О из дисперсионной среды; так создается гидратная оболочка, окружающая коллоидную частицу.

Примерный состав коллоидных частиц золей Sb₂S₃ и Fe(OH)₃ можно выразить следующими формулами:

[(m Sb₂S₃)· n HS⁻·(n-x)H⁺· y H₂O] ^{x -;}

[(m Fe(OH)₃· n Fe³⁺·3(n-x)Cl⁻· y H₂O]^{3 x +}.

Противоионы Н⁺ или Cl^-, которые входят в состав коллоидных частиц, называют связанными. Свободные противоионы остаются в дисперсионной среде.

Коллоидную частицу и эквивалентную ей часть дисперсионной среды (гидратированных свободных противоионов) называют мицеллой. Мицеллу считают структурной единицей коллоидного раствора. Формулы

{[(m Sb₂S₃)· n HS^-·(n-x)H⁺· y H₂O] ^{x −}+ x H⁺· z H₂O},

{[(m Fe(OH)₃· n Fe³⁺·3(n-x)Cl⁻· y H₂O]^{3 x +} + 3 x Cl⁻· z H₂O}⁰

выражают примерный состав мицелл золей сульфида сурьмы и гидроксида
железа.

Коллоидная дисперсность вещества является промежуточной между группой дисперсности, характерной для взвеси и молекулярной, характерной для истинных растворов. Поэтому коллоидные растворы получают либо из истинных растворов путем укрупнения частиц молекулярной дисперсности до определенного предела (максимум до 100 нм), либо из взвеси путем дробления грубодисперсных частиц также до определенного предела (минимум до 1 нм). В этой связи различают конденсационные методы (укрупнение частиц) и метод диспергирования (дробление частиц).

Конденсация частиц молекулярной дисперсности может происходить в процессе гидролиза солей некоторых поливалентных металлов, например, FeCl₃. Гидролиз иона Fe³⁺ протекает по ступеням:

Fe³⁺ + H₂O = FeOH²⁺ + H⁺

FeOH²⁺ + H₂O = Fe(OH)₂⁺ + H⁺

Fe(OH)₂⁺ + H₂O = Fe(OH)₃ + H⁺.

Гидроксид железа Fe(OH)₃ не выпадает в осадок, т.к. степень гидролиза FeCl₃ по третьей ступени мала.

Зарядообразующими ионами в процессе образования золя могут быть Fe³⁺, FeOH²⁺, Fe(OH)₂⁺, а противоионами − Cl⁻.

Примером получения золей методом диспергирования может служить получение коллоидного раствора Fe(OH)₃ путем химического дробления осадка гидроксида железа (III), называемого пептизацией. Пептизатором может быть электролит с одноименным ионом, входящим в состав осадка, например, FeCl₃.

Добавление пептизатора к небольшому количеству осадка в водной среде приводит к тому, что ионы Fe³⁺ проникают в глубь осадка и разрыхляют его, постепенно дробя до коллоидной дисперсности. Дробление называют химическим потому, что ионы непросто проникают в осадок, а, взаимодействуя с его частицами, образуют дисперсную фазу положительного заряда. Ионы Fe³⁺ являются зарядообразующими в составе коллоидных частиц получающегося золя, а ионы Cl⁻ противоионами.

Коллоидные растворы обладают специфическими оптическими, кинетическими и электрическими свойствами (специфика связана с размерами и зарядом коллоидных частиц) и характеризуются высокой кинетической и агрегативной устойчивостью.

Устойчивость коллоидного раствора можно нарушить. Потеря агрегативной устойчивости золя приводит к укрупнению частиц дисперсной фазы, их слипанию. Этот процесс называют коагуляцией. Коагуляция вызывает нарушение кинетической устойчивости системы, которая приводит к образованию осадка (коагулята). Этот процесс называют седиментацией.

Примерный состав коагулята золей сульфида сурьмы и гидроксида железа выражают формулами:

[(m Sb₂S₃)· n HS⁻· n H⁺]⁰;

[(m Fe(OH)₃· n Fe³⁺·3 n Cl⁻]⁰.

Примеры решения задач

Пример 13.1. Золь иодида серебра получен при добавлении к раствору AgNO₃ избытка KI. Определить заряд частиц полученного золя и написать формулу его мицеллы.

Решение. При смешивании растворов AgNO₃ и KI протекает реакция

AgNO₃ + KI (изб.) = 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 {[(m AgI)· n I^‾·(n-x)К⁺· y H₂O] ^{x −} + x К⁺∙ z H₂O}⁰.

Пример 13.2. Золь кремневой кислоты был получен при взаимодействии растворов K₂SiO₃ и HCl. Написать формулу мицеллы золя и определить, 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

SiO₃²⁻ + 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

{[(m H₂SiO₃) · n HSiO₃^‾·(n-x)H⁺∙ y H₂O] ^{x −} + x H⁺∙ z H₂O}.

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

Пример 13.3. 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) [(m Fe(OH)₂· n Fe²⁺ 2(n-x)Cl^‾∙yH₂O]^{2 x +} 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 SO₄²⁻ и Cl‾. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом – чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Заряд иона SO₄²⁻ больше заряда иона Cl‾, поэтому, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), раствора K₂SO₄ потребуется меньше, чем раствора KCl.

Пример 13.4. Составить 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

{[(m Cu(OH)₂·nCu²⁺ 2(n-x)Cl‾∙ y H₂O]^{2 x +} + 2 x Cl‾∙ z H₂O}.