ПМ-18 Хімія

Виконані завдання надіслати на електронну пошту

nataliasuhina15@gmail.com до 13.04.2020

10.04.2020

Лекція (2 год.)

Тема 4.11. Солі, їх поширення в природі. Середні та кислі солі. Поняття про жорсткість води та способи її усунення.

Опрацювати: Хімія 11 клас (за посиланням «Підручники»), с.163-175, §§27,28, лекційний матеріал.

https://drive.google.com/open?id=1vaHLd7F4EvXzR_K8iTCHfcFO8SwUbTNt

Виконати (письмово):

1. Що таке солі? Класифікація солей.

2. Складіть рівняння електролітичної дисоціації солей Lі₂SO₄, NaH₂PO₄, Fe(OH)₂NO₃.

3. Доберіть для реакцій із натрій ортофосфатом другий реагент — луг, кислоту, сіль — і складіть три відповідні хімічні рівняння.

4. Чи можуть утворювати кислі солі хлоридна, сульфатна, нітратна кислота? У разі позитивної відповіді запишіть формули відповідних кислих солей Калію та Кальцію.

5. Складіть формули кислих ортофосфатів Кальцію, основних хлоридів Хрому(ІІІ) і дайте назву кожній солі.

6. Напишіть рівняння реакцій магній нітрату з лугом, амоній карбонатом, сульфатною кислотою. Укажіть умови, за яких відбувається кожна реакція.

7. Наведіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити

такі перетворення:

SO₃ → MgSO₄ → K₂SO₄ → PbSO₄.

8. Доберіть другий реагент для того, щоб добути алюміній сульфат:

а) із солі Al(OH)SO₄;

б) із солі Al(HSO₄)₃.

9. Складіть схеми термічного розкладу нітратів Літію, Феруму(ІІІ), Меркурію(ІІ) та перетворіть їх на хімічні рівняння за методом електронного балансу.

10. Розчин, що містив 17,1 г барій гідроксиду, змішали з розчином, у якому містилося 29,4 г ортофосфатної кислоти. Назвіть сіль, яка утворилася, та знайдіть її масу.

11. Обчисліть сумарний об’єм газів (у перерахунку на нормальні умови), що виділилися внаслідок повного термічного розкладу 7,4 г магній нітрату.

12. До кальцій гідроксиду масою 3,7 г додали розчин, що містив 8,4 г нітратної кислоти. Яка сполука не прореагувала повністю? Знайдіть масу її залишку.

13. Жорсткою чи м’якою є дощова вода, тала вода? Відповідь обґрунтуйте.

14. Чому мило не милиться у воді зі значною жорсткістю?

15. Як позбавити природну воду розчинених солей Магнію та Кальцію?

16. Чи можна усунути постійну жорсткість води кип’ятінням? Чому?

17. Чи можна повністю усунути жорсткість води додаванням гашеного вапна? Відповідь аргументуйте.

Солі — один із найважливіших класів неорганічних сполук.

Солі — це йонні сполуки, які містять катіони, утворені металічними елементами, або катіони амонію та аніони кислотних залишків.

Поширеність у природі. У літосфері трапляється багато солей. Майже всі вони нерозчинні у воді. Серед них найбільше силікатів,карбонатів, сульфідів, фосфатів.

Кальцій карбонат входить до складу черепашок, коралів, яєчної шкаралупи. У гідросфері містяться катіони металічних елементів, аніони кислотних залишків. При випаровуванні води із концентрованих природних розчинів кристалізуються розчинні солі (наприклад, натрій хлорид, калій хлорид). У давнину з таких солей утворилися різноманітні поклади.

Класифікація солей. Зважаючи на склад солей, виокремлюють три важливі типи цих сполук: середні, кислі, основні.

Середні солі. До солей цього типу належать сполуки із формулами NaCl, NH₄F, Al₂S₃, Na₂CO₃, Ca₃(PO₄)₂ та багато інших. Загальні формули середніх солей —Ме_nЕ_m, Ме_n(ЕО_m)_p.

Середню сіль часто розглядають як продукт повного заміщення атомів Гідрогену в молекулі кислоти на атоми (точніше — йони) металічного елемента або йони амонію: H₂S => Na₂S. Її також можна вважати продуктом повного заміщення аніонів ОН– (гідроксогруп) в основі чи амфотерному гідроксиді на аніони кислотних залишків: Zn(OH)₂ => Zn(NO₃)₂.

Назва середньої солі складається із двох слів — назви катіона (за потреби додають значення його заряду римською цифрою) і назви аніона: NaI — натрій йодид, NН₄Cl — амоній хлорид, Fe₂(SO₄)₃ — ферум(ІІІ) сульфат.

Кислі солі. Утворюються при гідролізі середніх солей, які містять багатозарядні аніони. Приклади формул кислих солей: NaHCO₃, NH₄HS, KH₂PO₄, K₂HPO₄. Кожна сполука містить аніони гідрогеновмісного кислотного залишку. Для карбонатної кислоти H₂CO₃ це — йон HCO₃^– (продукт 1-ї стадії дисоціації кислоти), а для ортофосфатної H₃PO₄ — два йони — H₂PO₄^– і HPO₄^2– (продукти 1-ї та 2-ї стадій дисоціації). Отже, кисла сіль — продукт неповного заміщення атомів Гідрогену в молекулі багатооснoвної кислоти на атоми (йони) металічного елемента або йони амонію.

Назва кислої солі складається із назв катіона та аніона із зазначенням кількості атомів Гідрогену в ньому (якщо їх два або більше): K₂HPO₄ — калій гідрогенортофосфат; KH₂PO₄ — калій дигідрогенортофосфат.

Основні солі. Оснoвні солі утворюються при гідролізі деяких середніх солей. Вони походять від основ або амфотерних гідроксидів Ме(ОН)_n (n ≥ 2): Mg(ОH)Cl, Al(OH)SO₄, Al(OH)₂NO₃. Оснoвна сіль — продукт неповного заміщення гідроксид-іонів (гідроксильних груп) в основі або амфотерному гідроксиді на йони кислотного залишку. У солях цього типу є гідроксовмісні катіони металічних елементів.

Катіон MgOH⁺ відповідає основі Mg(OH)₂, а катіони Al(OH)₂⁺ і AlOH²⁺ — амфотерному гідроксиду Al(OH)₃.

Назва оснoвної солі містить назву катіона із зазначенням кількості гідроксильних груп (якщо їх дві або більше) і назву аніона: Mg(ОH)Cl — гідроксомагній хлорид; Fe(OH)₂NO₃ — дигідроксоферум(ІІІ) нітрат.

Властивості солей. Багато солей розчиняється у воді. При випарюванні їх розчинів часто виділяються кристалогідрати; їхній колір зумовлений кольором гідратованих катіонів: Ca(NO₃)₂ · 4H₂O (білий), Cu(NO₃)₂ · 3H₂O (фіолетовий), Ni(NO₃)₂ · 6H₂O (бірюзовий), Co(NO₃)₂ · 6H₂O (буряковий).

Нерозчинними є аргентум хлорид, барій сульфат, більшість карбонатів, ортофосфатів, сульфідів тощо. Таку властивість солей використовують для виявлення відповідних йонів у водних розчинах, тобто при проведенні якісних реакцій. Розчинність у воді сульфатів Аргентуму, Плюмбуму, Кальцію, деяких інших солей досить мала. Кислі солі, як правило, розчиняються краще за середні.

Електролітична дисоціація і гідроліз. У водних розчинах солі дисоціюють на відповідні йони:

KNO₃ = K⁺ + NO₃^–;

NaHCO₃ = Na⁺ + HCO₃^–;

Al(ОH)Cl₂ = AlОH²⁺ + 2Cl^–.

Солі, утворені слабкими основами або/і слабкими кислотами, зазнають гідролізу:

NH₄NO₃ + H₂O ↔ NН₄ОН + НNO₃;

Na₂S + H₂O ↔ NaHS + NaОН;

Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑.

Реакції з металами. Розчинені у воді солі реагують з металами. Більш активний метал витискує менш активний метал із розчину його солі:

CuSO₄ + Mg = MgSO₄ + Cu.

Реакції з лугами, кислотами, іншими солями. Оскільки солі складаються з йонів, то вони вступають у реакції обміну. Реакція між сіллю і лугом, кислотою або іншою сіллю в розчині відбувається, якщо серед можливих продуктів — нерозчинна чи нестійка сполука, слабкий електроліт або газ. Приклади реакцій обміну за участю водорозчинних сульфатів:

FeSO₄ + 2KOH = Fe(OH)₂↓ + K₂SO₄;

CuSO₄ + Na₂S = CuS↓ + Na₂SO₄.

Із кислотами сульфати, як правило, не взаємодіють, бо сульфатна кислота є сильною й нелеткою.

Кислі та оснoвні солі можна перетворити на середні, додавши до них відповідно луг або кислоту:

NaHSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + H₂O;

Zn(OH)Cl + HCl = ZnCl₂ + H₂O.

Можливі й протилежні перетворення:

Na₂SO₄ + H₂SO₄ = 2NaHSO₄;

ZnCl₂ (надлишок) + NaOH = Zn(OH)Cl + NaCl.

Термічний розклад. Важливою є поведінка солей оксигеновмісних кислот за нагрівання. Карбонати і сульфати розкладаються на два відповідних оксиди:

PbCO₃ = PbO + CO₂↑;

Fe₂(SO₄)₃ = Fe₂O₃ + 3SO₃↑. За високої температури сульфур(VI) оксид розкладається: 2SO₃ = 2SO₂ + O₂.

Склад продуктів термічного розкладу нітратів залежить від перебування в ряду активності металу, від якого походить катіон солі.

Продукти термічного розкладу Mе(NO₃)_n:

1) Ме розміщений зліва від Mg: Mе(NO₂)_n + О₂↑

2) Mе — від Mg до Cu включно: М_aO_b + NO₂ + O₂↑

3) Ме розміщений справа від Cu: Ме + NO₂ + O₂↑

Приклади відповідних реакцій (t):

2NaNO₃ = 2NaNO₂ + O₂↑;

2Pb(NO₃)₂ = 2PbO + 4NO₂↑ + O₂↑;

2AgNO₃ = 2Ag + 2NO₂↑ + O₂↑.

Солі лужних елементів є термостійкими (карбонати, сульфати) або зазнають специфічного розкладу:

4Na₂SO₃ = Na₂S + 3Na₂SO₄.

Якщо сіль утворена твердим кислотним оксидом (наприклад, P₂O₅, SiO₂), то вона не розкладається при нагріванні.

Застосування. Солі, порівняно зі сполуками інших класів — оксидами, гідроксидами, кислотами, найбільше використовуються в різних сферах:

1. Виробництво скла (кальцинована сода — Na₂CO₃, вапняк — СaCO₃)

2. Будівництво (гіпс — CaSO₄ · 2H₂O, вапняк, силікати)

3. Медицина (харчова сода — NaНСO₃, гіпс, натрій хлорид, солі органічних кислот)

4. Мінеральні добрива для сільського господарства

5. Повсякденне життя (кухонна сіль, сода, солі вищих карбонових кислот — мила)

6. Сировина для хімічної промисловості

Кальцій хлорид використовують у техніці, лабораторній практиці для осушування газів і органічних розчинників; ця сіль є компонентом охолоджувальних сумішей. Купрум(ІІ) сульфат пентагідрат, або мідний купорос CuSO₄•5H₂O, — один із засобів проти хвороб і шкідників рослин. Нітрати Калію, Натрію й амонію застосовують у виробництві вибухових речовин, а нітрати Літію, Стронцію і Барію є складниками піротехнічних сумішей. Кислі ортофосфати Кальцію, Натрію, амонію слугують кормовими добавками у тваринництві.

ВИСНОВКИ

Солі — сполуки, які складаються з катіонів, утворених металічними елементами (або катіонів амонію), і аніонів кислотних залишків.

Розрізняють середні, кислі й основні солі.

Кислі солі містять гідрогеновмісні аніони, а основні — гідроксовмісні катіони.

Солі в розчинах взаємодіють із металами, лугами, кислотами, іншими солями. Більшість солей зазнає гідролізу, а деякі розкладаються при нагріванні.

Багато солей використовують на практиці.

Жорсткість води. На виробництві, у побуті майже завжди використовують прісну воду. У ній містяться невеликі кількості різних йонів, серед яких — катіони Ca²⁺ і Mg²⁺. Наявність цих йонів зумовлює так звану жорсткість води — властивість, яка спричиняє певні проблеми під час її використання. У «м’якій» воді концентрація катіонів Кальцію і Магнію дуже мала.

Цікаво знати: в 1 л дніпровської води міститься в середньому 64 мг йонів Кальцію і 12 мг йонів Магнію.

Мило (милами називають солі вищих карбонових кислот і лужних елементів) у жорсткій воді утворює мало піни, що не сприяє відокремленню часточок бруду від поверхні тканини. Складники мила (аніони карбонових кислот — пальмітинової, стеаринової) взаємодіють із йонами Са²⁺ і Mg²⁺ з утворенням нерозчинних сполук Кальцію і Магнію:

Са²⁺ + 2С₁₇Н₃₅СОО^– → (С₁₇Н₃₅СОО)₂Са↓.

                                         кальцій стеарат

Під час прання такі сполуки осідають на тканині й погіршують її якість. Вода зі значною жорсткістю негативно діє на виробниче устаткування, побутову техніку, в яких здійснюють її нагрівання або кип’ятіння. Тому в багатьох випадках намагаються пом’якшити воду, тобто позбутися якомога більшої кількості йонів Кальцію і Магнію в ній.

Розрізняють тимчасову і постійну жорсткість природної води.

Тимчасова, або карбонатна, жорсткість.

Цей вид жорсткості зумовлений наявністю в природній воді катіонів Ca²⁺, Mg²⁺ і аніонів HCO₃^–, тобто вмістом розчинених гідрогенкарбонатів Ca(HCO₃)₂ і Mg(HCO₃)₂. При кип’ятінні такої води відбуваються реакції

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O;

Mg(HCO₃)₂ = MgCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O.

Середні карбонати, осаджуючись, утворюють так званий накип у системах водяного опалення, парових котлах. Це погіршує теплообмін, зменшує пропускну спроможність тепломагістралей, іноді спричиняє аварії. Накип з’являється в чайниках, прасках, пральних машинах, на поверхні нагрівних пристроїв, водопровідних кранів.

Цікаво знати: у побуті накип зазвичай видаляють за допомогою оцту або розчину лимонної кислоти.

Гідрогенкарбонати Кальцію і Магнію постійно утворюються під час взаємодії карбонатних мінералів (CaCO₃, MgCO₃) із розчиненим у природній воді вуглекислим газом:

MеCO₃ + CO₂ + H₂O ↔ Mе²⁺ + 2HCO₃^–.

За певної зміни зовнішніх умов (наприклад, при підвищенні температури) відбуваються зворотні реакції. Середні солі, виділяючись із води, нерідко утворюють у вапнякових печерах карбонатні «бурульки» — сталактити — і баштоподібні нарости — сталагміти.

Найпростіший спосіб усунення тимчасової жорсткості природної води — її кип’ятіння. При цьому відбуваються реакції згідно з наведеними вище хімічними рівняннями. Після відокремлення осаду карбонатів відстоюванням або фільтруванням вода містить значно менше йонів Ca²⁺ і Mg²⁺ (за рахунок розчинених сульфатів та інших солей цих елементів).

Природну воду можна «звільнити» від гідрогенкарбонатів Кальцію і Магнію, додавши до неї невелику кількість гашеного вапна

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃↓ + 2H₂O;

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = MgCO₃↓ + CaCO₃↓ + 2H₂O

чи кальцинованої соди:

Ме(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ = МеCO₃↓ + 2NaHCO₃

(Ме — Са, Mg).

Постійна, або некарбонатна, жорсткість природної води зумовлена наявністю у ній катіонів Ca²⁺ і Mg²⁺, які належать іншим розчиненим солям Кальцію і Магнію (наприклад, сульфатам).

Усунути постійну жорсткість води кип’ятінням не можна. Цього досягають додаванням до неї кальцинованої соди або натрій ортофосфату. Внаслідок реакцій обміну йони Сa²⁺ і Mg²⁺ осаджуються повністю:

CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + Na₂SO₄;

3MgSO₄ + 2Na₃PO₄ = Mg₃(PO₄)₂↓ + 3Na₂SO₄.

Сода й ортофосфат усувають не лише постійну, а й тимчасову жорсткість води:

3Mg(HCO₃)₂ + 2Na₃PO₄ = Mg₃(PO₄)₂↓ + 6NaHCO₃.

Незначна кількість йонів Натрію, яка потрапляє при цьому у воду, не впливає на її технологічні якості.

За сумарною концентрацією йонів Кальцію і Магнію визначають загальну жорсткість води.

На деяких виробництвах для усунення жорсткості води використовують особливі речовини — йонообмінні смоли. Іноді у воду, яку застосовують для технічних потреб, додають реагенти, що «зв’язують» йони Ca²⁺ і Mg²⁺ у розчинні, стійкі до підвищення температури сполуки і цим запобігають утворенню накипу. Такі реагенти використовують при експлуатації пральних і посудомийних машин.

Видалити всі розчинені солі з води можна, застосувавши перегонку й отримавши дистильовану воду.

Цікаво знати: оптимальний вміст у питній воді йонів Са²⁺ 25—75 мг/л, а йонів Mg²⁺  10—50 мг/л.

ВИСНОВКИ

Жорсткість природної води зумовлена наявністю у ній йонів Кальцію і Магнію. Гідрогенкарбонати цих елементів визначають тимчасову жорсткість води, а інші розчинені солі Кальцію і Магнію — її постійну жорсткість.

Тимчасову жорсткість води усувають кип’ятінням, додаванням гашеного вапна, кальцинованої соди, а загальну — додаванням кальцинованої соди, натрій ортофосфату, деяких інших речовин, а також за допомогою йонообмінних смол.