Примеры составления задач и их решения

Задача 858

Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: NH₄I, Na₂S, Al(CH₃COO)₃, CaCl₂?

Решение:

Иодид аммония - соль, образованная сильной кислотой и слабым основанием. Гидролиз соли: гидролизу подвергается катион соли. Реакция раствора кислая: рН<7.

NH₄I + HOH « NH₄OH + HI.

Или в ионном виде:

NH₄⁺ + HOH « NH₄OH + H⁺.

Сульфид натрия – соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой.

При растворении солей многоосновных кислот гидролиз протекает ступенчато:

Na₂S + H₂O « NaHS + NaOH.

Или в ионной форме:

S^2– + H₂O « HS^– + OH^–.

Гидролизу подвергается анион соли. Процесс отражает гидролиз по первой стадии.

Чтобы гидролиз соли многоосновной кислоты прошел полностью, как правило, увеличивают температуру процесса:

,

или в ионной форме: .

Раствор такой соли проявляет щелочную реакцию рН>7.

Ацетат алюминия – соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой. Гидролизу подвергается как катион, так и анион соли:

Al(CH₃COO)₃ + H₂O « AlOH(CH₃COO)₂ + CH₃COOH.

Параллельно идут два процесса:

Al³⁺ + H₂O « AlOH²⁺ + H⁺,

CH₃COO^– + H₂O « CH₃COOH + OH^–.

В этом случае реакция раствора зависит от относительной силы кислоты и основания, образующих соль. Для гидролиза А1(СН₃С00)₃ реакция полученного раствора будет слабокислотной, поскольку константа диссоциации А1(OН)₃ (К=1,38×10^-9) меньше константы диссоциации уксусной кислоты (К=I,75×10^-5).

Хлорид кальция - соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой. Взаимодействие с водой можно представить таким образом:

CaCl₂ + 2H₂O «Ca(OH)₂ + 2HCl,

H₂O « H⁺ + OH^–.

Однако единственным малодиссоциирующим соединением в реакции остается сама вода, следовательно, равновесие реакции полностью смещено влево - гидролиз не идет. Раствор соли проявляет нейтральную среду.

Реакция гидролиза представляет собой эндотермический процесс. Поскольку гидролиз является обычным равновесным процессом, то он за­висит от всех тех факторов, которые влияют на равновесие реакций, и к нему применимо правило Ле-Шателье.

Задача 864

Вычислить константу гидролиза NН₄Сl.

Решение:

Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, характеризуется константой гидролиза:

,

где - ионное произведение воды; К_осн – константа диссоциации основания.

Из табл. 7 приложения находим = 1,8 × 10^-5 .

Отсюда

.

Задача 880

Вычислить степень гидролиза ZnCl₂ по 1 ступени в 0,5 М растворе.

Решение:

Ионное уравнение гидролиза

Zn²⁺ + H₂O « ZnOH⁺ + H⁺,

= 1,5×10^-9.

Степень гидролиза вычисляем по формуле:

(0,36 %).

Степень гидролиза соли тем больше, чем меньше ее концентрация; иначе говоря, при разбавлении раствора гидролизующейся соли степень ее гидролиза возрастает.

При выполнении заданий рекомендуется использовать методические указания [8].

При решении задач по гидролизу использовать данные констант диссоциации некоторых электролитов, приведенные в табл. 7 приложения.

В задачах 825–858 указать, какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу. Для каждой из гидролизующихся солей написать в молекулярной и ионной форме уравнения гидролиза, указать реакцию водного раствора соли

В задачах 859–868 вычислить константу гидролиза

В задачах 869–880 вычислить степень гидролиза

СТРОЕНИЕ АТОМА

Вся совокупность сложных движений электрона в атоме описывается четырьмя квантовыми числами: главным n , побочным ℓ , магнитным m_ℓ и спиновым m_S.

Главное квантовое число n определяет общую энергию электрона на данной орбитали и его удаленность от ядра. Оно может принимать любые целые значения, начиная с единицы: 1,2,3,4... ¥. Под главным квантовым числом, равным ¥, подразумевают, что атому сообщена энергия, достаточная для полного отделения электрона от ядра (ионизация атома). N = 2n² – максимальное число электронов, которое находится на каждом энергетическом уровне.

Энергетические уровни представляют собой совокупность некоторых энергетических подуровней. Существование различий в энергетическом состоянии электронов отражается побочным (орбитальным) квантовым числом ℓ. Это квантовое число может принимать целочисленное значение от 0 до n-1 (ℓ = 0, 1, 2 ... n - 1). Численные значения ℓпринято обозначать буквенными символами:

В этом случае говорят о s, p, d, f, g, – состояниях элект­ронов, или s, p, d, f, g –орбиталях. Орбиталь – совокупность положений электрона в атоме, т.е. область пространства, где энер­гетически выгоднее всего находиться электрону.

ℓ – определяет форму электронного облака, а также орбитальный момент – момент количества движения электрона при его вращении вок­руг ядра (отсюда и второе название этого квантового числа – орбитальное). Если ℓ = 0 (s -орбиталь), то электронное облако имеет сферическую форму и не обладает направленностью в пространстве. При ℓ = 1(р -орбиталь) электронное облако имеет форму гантели, т.е. форму тела вращения, полученного из "восьмерки". При ℓ = 2 (d- орбиталь) электронное облако имеет четырехлепестковую фигуру. Формы f и g электронных облаков намного сложнее. Максимальное число электронов на подуровне рассчитывается по формуле 2(2ℓ + 1).

Ориентация электронного облака в пространстве не может быть произвольной. Она определяется значением третьего, так называемого магнитного квантового числа m_ℓ.

m_ℓ может принимать значения любых целых чисел, как положительных так и отрицательных от -1до +1, включая 0, т.е. всего (2ℓ + 1) значений. Например, при l = 0 m_ℓ = 0; при ℓ = 1 m_ℓ равно -1, 0, +1; при ℓ, равном 3, m_ℓ имеет семь значений (2ℓ + 1 = 2∙3 + 1 = 7): -3, -2, -1, 0, +1,+2,+3 – семь различных ориентаций f электрон­ных облаков в пространстве.

m_S – спиновое квантовое число определяет собственное состояние электрона, результат вращения электрона вокруг своей оси. Спиновое квантовое число может иметь два значения: +1/2 или -1/2. Итак, состояние электронов можно описать набором четырех квантовых чисел, но для объяснения строения электронных оболочек атомов нужно знать еще три основных положения: принцип Паули, правило Хунда, принцип наименьшей энергии.

Принцип Паули. В атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми.

Правило Хунда. При данном значении ℓ (то есть в пределах определенного под­­­уровня) электроны располагаются таким образом, чтобы суммарный спин был максимальным.

Принцип наименьшей энергии – правило Клечковского: в атоме каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальна (что отвечает наибольшей его связи с ядром). Энергия электрона в основном определяется главным квантовым числом n и побочным числом ℓ, поэтому сначала заполняются те подуровни, для которых сумма значений n + ℓ является меньшей (энергия электрона на подуровне 4s меньше , чем на подуровне 3d, так как n + ℓ = 4 + 0 = 4 для 4s и n + ℓ = 3 + 2 = 5 для 3d. Когда для двух подуровней суммы n + ℓ равны, сначала идет заполнение с меньшим значением n (на подуровнях 3d, 4p, 5s n + ℓ = 5 – в этом случае происходит заполнение подуровней сначала с меньшим значением n , т.е. 3d ® 4p ® 5s).