Вопрос 21: гетерогенные равновесия, произведение растворимости (ПР),растворимость.

Гетероген. реакции протекают в несколько стадий: перенос вещ-ва диффузей к поверхности раздела фаз(1стадия), хим.реакция на пов-ти(2стадия), диффузионный отвод продуктов реакции(3стадия). Общ.скорость реакции опред. скоростью самой медленной стадии. Малой скоростью обладают диффузионные процессы,особенно в жидкостях. Поэтому для увеличения скорости реакций широко применяют перемешивание. Скорости процессов на всех стадиях пропорциональны поверхности раздела фаз. Поэтому общ.скорость гетероген.реакций при проч.равн.условиях зависит от величины пов-ти,т.е.от степени измельчения реагирующих вещ-в. Если в гетероген.системе протекает обратим.реакция, то к ней также применим ЗДМ, однако выражение для K_равбудет иметь более простой вид.

Принцип Ле-Шателье позволяет качественно судить о состоянии равновесия, а количественную хар-ку дает ЗДМ или з-н хим.равновесия. Он устанавливает соотношение между равновесными концентрациями реагирующ.вещ-в хим.реакциях.

Произведение растворимости – пост.величина при данной t- представл.собой произведение концентраций ионов в насыщен. р-ре малорастворимого электролита.

Растворимость – св-во вещ-ва растворяться в воде или др. растворителе.

Вопрос

Потенциал электрода – разность потенциалов,возникающая между метеллом и окружающей его водной средой при наступлении равновесия. Потенциал кажд. электрода зависит от природы металла,концентрации или активности его ионов в р-ре и температуры: выраж. ур-нием Нернста: Е=Е^о+(RT)/(nF)*lnc(a), где Е- электродн.потенциал металла, с – концентрация ионов металла, а – активность ионов металла, Е^о – электродный потенциал при концентрации(или активности) иона, равен 1, R–универс.газов.постоянная, Т – температура, n–зарядность иона металла, F–постоянная Фарадея.

Водородный электрод — электрод, использующийся в кач-ве электрода сравнения при различных электрохим. измерениях и в гальванических эл-тах. Водородн. электрод (ВЭ) представл. собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразн. водород (обычно используют платину или палладий), насыщенную Н (при атмосферном давлении) и погруженную в водн. р-р,содержащий ионы Н. Потенциал пластины зависитот концентрации ионов Н+ в р-ре. Электрод явл.эталоном, относительно кот. ведется отсчет электродного потенциала определяемой хим.реакции. При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция:

2Н+ + 2e− = H2

т.е., происх. либо восстановление Н, либо его окисление — это зависит от потенциала реакции, протекающей на определяемом электроде. Измеряя ЭДС гальванического электрода при станд. условиях определяют станд. электродный потенциал определяемой хим. реакции.

ВЭ применяют для измерения станд. электродного потенциала электрохим. реакции, для измерения концентрации (активности) водородн. ионов, а также любых других ионов. Применяют ВЭ так же для определения произведения растворимости, для определения констант скорости некот. электрохим. реакций.

Гальванич.эл-т – устройство,в кот.на основе ОВР получают электрич.ток,т.е.хим.энергия реакции превращается в энергию электрич.тока. Одним из наиб.простых гальванич.эл-тов явл.

медго-цинковый,или эл-т Даниэля-Якоби. В нем проводником соединяются пластинкииз цинка и меди,при этом кажд.из металлов опущен в р-р соответствующей соли: сульфата цинка и сульфата меди (II). Полуэл-ты соединены электролитич.ключом,если нах-ся в разн.сосудах, или разделены пористой перегородкой,если нах-ся в одном сосуде.

Располагая металлы в порядке возрастания алгебраич.величины из станд.электродных потенциалов,получают электрохим. ряд напряжений металлов. Ряд станд. электродн. потенциалов хар-ет хим. св-ва металлов. Он используется для определения последов-ти разрряда ионов при электролизе,а также для описания общ.св-в металлов. При этом величины станд.электродн.потенциалов количественно характеризуют восстановительную способность металлов и окислит. способность их ионов.

На электродах гальванич.эл-тов протекают реакции окисления-восстановления. Материал электродов при этом изменяется. Однако м.б. построены и такие гальванич.эл-ты,электроды кот. не претерпевают изменений, а явл. лишь переносчиками электронов.

Потенциал окислит.-восстановит.системы,измеренный по отнош.к станд.водородному электроду,при условии,когда отношение активностей окисленной и восстановленной форм равно1,назыв.станд.электродным окислит.-восстановит. потенциалом.

Для получения электрич. энергии можно использовать люб.ОВР. Для этого надо разделить процессы окисления восстановителя и восстановления окислителя и провести их на отдельн.электродах. Устройства,вырабатывающие электрич.ток за счет энергии ОВР,назыв. хим. источниками тока или гальванич.эл-тами.

Источники тока:

-первичные(для одноразового использования. после разряда к дальнейшей работе непригодны)

-вторичные(аккумуляторы – многократное использование. Хар-ся обратимостью: после разрядки их работоспособность м.б. восстановлена пропусканием тока от внешн.. источника в обратном направлении. Анод аккумулятора при разрядке служит катодом при зарядке. Наиб.распространены свинцовый(кислотный) и железно-никелевый(щелочной) аккумуляторы).

Особой разновидностью хим.источников тока явл. электрохим. генераторы или топливные эл-ты. В топливном эл-те хим.энергия реакции горения топлива непосредственно превращается в электрич.энергию.

 

Вопрос

К IА-подгруппе относятся s-эл-ты:литий,натрий,калий,рубидий,цезий,франций,называемые щелочными металлами,т.к.гидроксиды некот.из них издавна известны как щелочи. Щелочн. металлы имеют на внешн.электрон.ур-не атома по 1 e,сильно удаленному от ядра, отличаются низкими потенциалами ионизации. Атомы их легко отдают е, проявляя степень окисления +1.Это самые активн.металлы,восстановит.св-ва выражены у них особенно резко и усиливаются с увеличением порядкового номера эл-та. Природные натрий и цезий – моноизотопные эл-ты,у лития и рубидия по 2 изотопа в природной смеси,а у калия – 3, 1 из кот. радиоактивный. Щелочн.металлы легко окисляются,поэтому в природе могут нах-ся только в виде соединений,главн.обоазом, солей:хлоридов,сульфатов,карбонатов,нитратов. Щелочн.металлы не восстанавливаются из природн. соединений углем,оксидом углерода(II) и водородом. Поэтому для получения их в свободном виде прибегают к электролизу расплавленных солей или гидроксидов. Щелочн.металлы мягки,легко режутся,на свежем срезе имеют серебристую окраску(кроме цезия). Все они – легкие и легкоплавкие металлы с хорошей электрической проводимостью. Весьма активны в хим.отношения. Восстановит.активность их быстро растет от лития к францию вместе с увеличением радиусом атомов и уменьшением энергии ионизации. Щелочные металлы образуют главн.образом соединения ионного типа. Их ионы имеют на внешн.ур-не по 8 е(литий – 2),не проявл. окислит.-восстановит. св-в в хим.реакциях,восстанавливаются только электролизом,не склонны к комплексообразованию(кроме лития). Соли щелочн.металлов(кроме лития) хорошо растворимы в воде.Летучие соли лития окрашивают бесцветное пламя горелки в разные цвета,что используется в хим.анализе и пиротехнике.

 

Вопрос

В IВ-подгруппу(подгруппу меди) входят медь,серебро и золото. Хотя все они явл. предпоследними членами декад d-эл-тов в своих периодах, их атомысодержат в d-подур-не не 9, а 10 е. Несмотря на то что d-подур-нь предпоследн.ур-ня в атомах меди,серебра золота заполнен до конца,он еще не вполне стабилен. От него могут отрываться 2 е. Поэтому эти эл-ты могут проявл.степени окисленя от +1 до +3,что не соответствует номеру группы в периодич.системе. В действит-ти для меди более характерна стпень окисления +2,для серебра +1, для золота +3. Радиусы эл-то IВ-подгруппы гораздо меньше,чем у металлов IА-подгруппы.Вследствие этого медь,серебро и золото отличаются большей плотностью, высокими t плавления. Вместе с тем имеет место нелинейный х-р изменения радиусов атомов. При переходе от меди к серебру радиус увеличив., а у золота уменьшается. Объясняется это тем,что золото расположено после лантаноидов и еще испытывает эффект лантаноидного сжатия. Металлы IВ-подгруппы мягки,имеют гранецентрированные кристаллич.решетки,легко поддаются механич.обработке,окрашены, имеют диамагнитные св-ва и высокую электрич.проводимость. В хим. отношении малоактивны. Восстановит.активность их нейтральн.атомов понижается от меди к золоту. Оксиды этих металлов разлагаются при нагреваннии,проявл.основн. св-ва, с водой не взаимодействуют, за искл. оксида серебра(I)Гидроксиды получают действием на их соли р-ров щелочей. Галогениды серебра (за искл AgF)мало растворимы в воде и используются в кач-ве светочувствит. материалов. Из разбавленных соляной,серной и уксусной к-т медь не вытесняет Н. Азотная к-та окисляет медь и восстанавливается до оксида азота(II), а концентр. серная к-та – до оксида серы(IV). Хлорид меди(I) с соляной к-той образует хлоридн.комплексные анионы. Соляная и разбавлен.серная к-ты не растворяют серебро. С концентрирован.азотной к-той оно взаимодействует. Золото растворяется в селеновой к-те H₂SeO₄.,получается селенат золота Au₂(SeO₄)₃.

Вопрос

IIА-подгруппа объединяет s-эл-ты: бериллий,магний,кальций,стронций,барий,радий. Кроме бериллия,все эл-ты полиизотопны. Атомы этих эл-тов имеют на внешн.электрон.ур-не по 2 электрона с противоположными спинами. При затрате необходимой энергии один из е s-состояния переходит в p-состояние,т.е.оба е стан-ся неспаренными. Поэтому эти эл-ты проявл. степень окисления +2. Входящие в IIА-подгруппу магний,кальций,стронций,барий и радий назыв. щелочно-земельными металлами,т.к.их гидроксиды обладают щелочными св-вами,а оксиды сходны с оксидами аллюминия и тяжелых металлов(«земель»). Восстановит.активность эл-тов IIА-подгруппы увеличив-ся от бериллия к радию,но в целом они – менее активн.восстановители,чем щелочные металлы;только барий не уступает по активности щелочным металлам. На воздухе пов-ть бериллия и магния покрыв-ся защитной пленкой оксидов. Остальные металлы подгруппы взаимодействуют с кислородом энергичнее. Природную воду,содержащую много гидрокарбонатов или сульфатов кальция и магния,считают жесткой. Жесткая вода образует накипи,свертывает мыло. Различают временную (карбонатную) и постоянную(некарбонатную) жесткость воды. Первая обусловлена присутствием гидрокарбонатов,легко разлагающихся при нагревании. Постоянная жесткось вызывается сульфитами кальция CaSO₄и магнияMgSO_4. Она не устраняется кипячением. Сумму временной и постоянной жесткости называют общей жесткостью природной воды. Водоумягчение – удаление из воды солей. Хим. (содово-известковый способ) – к жесткой воде прибавляют соду и гашеную известь,осаждающие кальций в виде карбонатов. Ионообменная сорбция – сорбент поглащает из воды катионы Ca²⁺и Mg²⁺путоем обмена на катионы,посылаемые сорбентом в р-р. Оксиды щелочно-земляных металлов получают в технике термич.разложением карбонатов. Все они – туголавкие в-ва,устойчивые к действию высоких температур,проявляют(кроме оксида бериллия) основные с-ва. Оксид магния слабо взаимодействует с водой,а оксиды остальных металлов энергично с ней взаимодействуют. Гидроксиды щелочно-земельных металлов – сильные щелочи. Их сила,а также растворимость в воде закономерно растут от гидроксида кальция к гидроксиду бария. Малорастворимые гидроксиды бериллия и магния получают с помощью реакций обмена между солями этих металлов и едкими щелочами. Бериллий исп. как замедлитель нейтронов в атомн.реакторах. В кач-ве легирующей добавки он сообщает сплавам твердость,прочность,антикоррозийную устойчивость. Бериллий больше всех проницаем для рентгеновских лучей и использ-ся в рентгеновских трубках. Сплавы на основе магния широко применяют как конструкционные материалы в ракетной технике, авиа- и автостроении. Сплавы бария со свинцом применяются в типографии.