Газообразное состояние вещества
|
Скачать 1.64 Mb.
|
|
Тема: Гидролиз органических и неорганических соединений. Необратимый гидролиз. Обратимый гидролиз солей. Практическое значение гидролиза для получения гидролизного спирта и мыла. Биологическая роль гидролиза в пластическом и энергетическом обмене веществ и энергии в клетке. Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления. Понятие об окислительно-восстановительных реакциях. Окисление и восстановление, окислитель и восстановитель. Электролиз. Электролиз как окислительно-восстановительный процесс. Электролиз расплавов и растворов на примере хлорида натрия. Практическое применение электролиза. Электролитическое получение алюминия. Основные понятия и термины по теме: гидролиз и его виды, электролиз, окислительно-восстановительные реакции, степень окисления, окислитель, восстановитель. План изучения темы: (перечень вопросов, обязательных к изучению): 1.Понятие гидролиза и его виды. 2.Практического значение гидролиза. 3. Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления. 4.Электролиз как окислительно-восстановительный процесс. Практическое применение электролиза. Содержание: Гидролизом называют разложение вещества с водой, что приводит к образованию слабого электролита. Эта реакция является обратной к реакции нейтрализации. Гидролизу подвергаются как неорганические, так и органические вещества в результате обменной реакции между молекулами воды и вещества. Реакции гидролиза могут протекать как обратимо, так и необратимо. Гидролиз имеет большое практическое значение и основан на теории, а именно теории протекания химических явлений, теории растворов. Причиной гидролиза является электролитическая диссоциация соответствующих солей и воды. Вода незначительно диссоциирует на ионы Н+ и ОН–, но в процессе гидролиза один или оба из этих ионов могут связываться ионами, образующимися при диссоциации соли, в малодиссоциированные, летучие или труднорастворимые соединения (молекулы или сложные ионы). Происходит изменение реакции среды. Электролиты – вещества, проводящие электрический ток в растворенном или расплавленном состоянии. К электролитам относятся вещества, имеющие ионную связь: соли, основания, полярные молекулы кислот. Гидролиз соли - взаимодействие ионов соли с водой, когда образуется слабый электролит [H+] = [OH-] - среда нейтральная, [H+] > [OH-] - среда кислая, [OH-] > [H+] - среда щелочная. Процесс гидролиза протекает до тех пор, пока не установится равновесие между ионами соли, водой и продуктами гидролиза. Чтобы точно определить продукты гидролиза, мы должны знать силу кислот и оснований. В зависимости от своего состава соли по-разному реагируют с водой, поэтому можно выделить 4 типа гидролиза солей.
Процесс гидролиза количественно характеризуется степенью гидролиза (h) и константой гидролиза (Кг). Степенью гидролиза называется отношение числа молекул, подвергшихся гидролизу (Сгидр.), к общему числу растворенных молекул (Собщ.):  Степень гидролиза зависит от следующих факторов:1. природы соли; 2. ее концентрации; 3. температуры раствора. Гидролизу подвергаются только те соли, которые образуют при диссоциации ион от слабого электролита. Соли, образованные сильными основаниями и сильными кислотами гидролизу, не подвергаются. Разбавление раствора равноценно увеличению концентрации одного из реагирующих веществ (воды) и приводит к усилению гидролиза. Усилению гидролиза способствует: увеличение концентрации исходных веществ, продуктов, добавление спирта, кислоты. Гидролиз концентрированных растворов происходит слабее. Процесс гидролиза эндотермичен, поэтому с повышением температуры протекает полнее. Следовательно, при гидролизе соблюдается принцип Ле-Шателье. Роль гидролиза в природе и жизни человека: в процессах формирования и преобразования земной коры; в создании среды для развития жизни в мировом океане; в народном хозяйстве для производства продуктов из непищевого сырья; в повседневной жизни человека, гидролиз спирта и мыла (стирка, борьба с жесткостью воды, процессы пищеварения), в организме человека: биологическая роль гидролиза в пластическом и энергетическом обмене веществ и энергии в клетке. Уравнения окислительно-восстановительных реакций. Многие химические реакции уравниваются простым подбором коэффициентов. Но иногда возникают сложности: количество атомов какого-нибудь элемента в левой и правой частях уравнения никак не удается сделать одинаковым без того, чтобы не нарушить "равновесия" между атомами других элементов. Чаще всего такие сложности возникают в уравнениях окислительно-восстановительных реакций. Для их уравнивания используют несколько способов, из которых мы пока рассмотрим один – метод электронного баланса. Напишем уравнение реакции между алюминием и кислородом: Al + O2 = Al2O3 Итак, в чем заключается метод электронного баланса? Баланс – это равенство. Поэтому следует сделать одинаковым количество электронов, которые отдает один элемент и принимает другой элемент в данной реакции. Первоначально это количество выглядит разным, что видно из разных степеней окисления алюминия и кислорода:
Алюминий отдает электроны (приобретает положительную степень окисления), а кислород – принимает электроны (приобретает отрицательную степень окисления). Чтобы получить степень окисления +3, атом алюминия должен отдать 3 электрона. Молекула кислорода, чтобы превратиться в кислородные атомы со степенью окисления -2, должна принять 4 электрона:  Чтобы количество отданных и принятых электронов выровнялось, первое уравнение надо умножить на 4, а второе – на 3. Для этого достаточно переместить числа отданных и принятых электронов против верхней и нижней строчки так, как показано на схеме вверху. Если теперь в уравнении перед восстановителем (Al) мы поставим найденный нами коэффициент 4, а перед окислителем (O2) – найденный нами коэффициент 3, то количество отданных и принятых электронов выравнивается и становится равным 12. Электронный баланс достигнут. Видно, что перед продуктом реакции Al2O3 необходим коэффициент 2. Теперь уравнение окислительно-восстановительной реакции уравнено:  4Al + 3O2 = 2Al2O3 Все преимущества метода электронного баланса проявляются в более сложных случаях, чем окисление алюминия кислородом. Например, известная всем "марганцовка" – марганцевокислый калий KMnO4 – является сильным окислителем за счет атома Mn в степени окисления +7. Даже анион хлора Cl– отдает ему электрон, превращаясь в атом хлора. Это иногда используют для получения газообразного хлора в лаборатории:
Составим схему электронного баланса:  Двойка и пятерка – главные коэффициенты уравнения, благодаря которым удается легко подобрать все другие коэффициенты. Перед Cl2следует поставить коэффициент 5 (или 2·5 = 10 перед KСl), а перед KMnO4 – коэффициент 2. Все остальные коэффициенты привязывают к этим двум коэффициентам. Это гораздо легче, чем действовать простым перебором чисел. 2KMnO4 + 10KCl + 8H2SO4 = 5Cl2 + 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O Чтобы уравнять количество атомов К (12 атомов слева), надо перед K2SO4 в правой части уравнения поставить коэффициент 6. Наконец, чтобы уравнять кислород и водород, достаточно перед H2SO4 и H2O поставить коэффициент 8. Мы получили уравнение в окончательном виде. Метод электронного баланса, как мы видим, не исключает и обыкновенного подбора коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций, но может заметно облегчить такой подбор. Окислительно-восстановительные реакции играют огромную роль в природе и технике. Без этих реакций невозможна жизнь, потому что дыхание, обмен веществ, синтез растениями клетчатки из углекислого газа и воды – все это окислительно-восстановительные процессы. В технике с помощью реакций этого типа получают такие важные вещества как аммиак (NH3), серную (H2SO4) и соляную (HCl) кислоты и многие другие продукты. Вся металлургия основана на восстановлении металлов из их соединений – руд. Большинство химических реакций– окислительно-восстановительные. Приведем важнейшие определения, связанные с окислительно-восстановительными реакциями. Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными. Окислителями называются вещества, присоединяющие электроны. Во время реакции они восстанавливаются. Восстановителями называются вещества, отдающие электроны. Во время реакции они окисляются. Поскольку окислитель присоединяет электроны, степень окисления его атомов может только уменьшаться. Наоборот, восстановитель теряет электроны и степень окисления его атомов должна повышаться. Окисление всегда сопровождается восстановлением и, наоборот, восстановление всегда связано с окислением. Число электронов, отдаваемых восстановителем, равно числу электронов, присоединяемых окислителем Если каждый атом окислителя может принять иное количество электронов, чем отдает атом восстановителя, то необходимо так подобрать количество атомов того и другого реагента, чтобы количество отдаваемых и принимаемых электронов стало одинаковым. Это требование положено в основу метода электронного баланса, с помощью которого уравнивают уравнения окислительно-восстановительных реакций.
Совокупность химических реакций, которые протекают на электродах в растворах или расплавах при пропускании через них электрического тока, называется электролизом. В расплавах или растворах происходит диссоциация электролита. Катионы смещаются к катоду, анионы к аноду. Электролиз расплавов. На катоде происходит восстановление катионов, на аноде окисление анионов. При электролизе как на аноде, так и на катоде могут происходить конкурирующие процессы. При проведении электролиза с использованием инертного (нерасходуемого) анода (например, графита), как правило, конкурирующими являются два окислительных и два восстановительных процесса: на аноде — окисление анионов и гидроксид-ионов на катоде — восстановление катионов и ионов водорода При проведении электролиза с использованием активного (расходуемого) анода процесс усложняется и конкурирующими реакциями на электродах являются следующие: на аноде — окисление анионов и гидроксид-ионов; анодное растворение металла — материала анода на катоде — восстановление катиона соли и ионов водорода; восстановление катионов металла, полученных при растворении анода При выборе наиболее вероятного процесса на аноде и катоде следует исходить из положения, что будет протекать та реакция, для которой требуется наименьшая затрата энергии. Кроме того, для выбора наиболее вероятного процесса на аноде и катоде при электролизе растворов солей с нерасходуемым электродом используют следующие правила. 1. На аноде могут образовываться следующие продукты: а) при окислении анионов  выделяется кислород;б) при окислении анионов  выделяются соответственно хлор, бром, иод;в) при окислении анконов органических кислот происходит процесс:  2. Если конкурирующими процессами на катоде является восстановление катионов (металл стоит в электрохимическом ряду напряжений металлов левее водорода) и ионов водорода, то при этом выделяется водород. В тех случаях, когда в процессе электролиза используется активный (расходуемый) анод, то последний будет окисляться в ходе электролиза и переходить в раствор в виде катионов. Энергия электрического тока при этом расходуется ка перенос металла с анода на катод. Данный процесс широко используется при рафинировании (очистка) металлов. Так, на этом принципе основано, в частности, получение чистой меди из загрязненной. В раствор медного купороса погружают пластины из очищенной и неочищенной меди. Пластины соединяют с источником постоянного тока таким образом, чтобы первая из них (очищенная медь) была отрицательным электродом (катод), а вторая — положительным (анод). В результате пластина из неочищенной меди растворяется и ионы меди из раствора осаждаются на катоде. При этом примесь остается в растворе или оседает на дно ванны. Этот же принцип используется для защиты металлов от коррозии путем нанесения на защищаемое изделие тонких слоев хрома или никеля. Электролиз расплава хлорида натрия. Для получения высокоактивных металлов (натрия, алюминия, магния, кальция и др.), легко вступающих во взаимодействие с водой, применяют электролиз расплава солей. На катоде восстанавливаются катионы Na+ и выделяется металлический натрий, на аноде окисляются хлорид-ионы и выделяется хлор:   Зависимость количества вещества, образовавшегося под действием электрического тока, от времени, силы тока и природы электролита может быть установлена на основании обобщенного закона Фа-радея:  где m — масса образовавшегося при электролизе i-вещества (г); Э — эквивалентная масса i-вещества (г/моль); М — молярная масса i-вещества (г/моль); n — заряд i-иона; I — сила тока (A); t — продолжительность процесса; F — константа Фарадея, характеризующая количество электричества, необходимое для выделения 1 эквивалентной массы вещества (F = 96 500 К = 26,8 А•ч). Электролиз водных растворов. В процессах на катоде и аноде могут участвовать не только ионы электролита, но и молекулы воды. Будут ли на катоде восстанавливаться катионы металла или молекулы воды, зависит от положения металла в ряду напряжений металлов. Если металл находится в ряду напряжений правее водорода, на катоде восстанавливаются катионы металла; если металл находится в ряду напряжений левее водорода, на катоде восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород. Наконец, в случае катионов металлов от цинка до свинца может происходить либо выделение металла, либо выделение водорода, в зависимости от концентрации раствора и других условий. На аноде также может происходить либо окисление анионов электролита, либо окисление молекул воды. При электролизе солей бескислородных кислот или самих кислот на аноде окисляются анионы (кроме F.) В случае кислородсодержащих кислот на аноде окисляются молекулы воды и выделяется кислород. Электролиз раствора хлорида натрия: На катоде восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород, а на аноде окисляются хлорид-ионы и выделяется хлор NaCl  Na+ + Cl–,H2O Н+ + ОН–;катод (–) (Na+; Н+): H+ + е = H0, 2H0 = H2 (2H2O + 2е = H2 + 2OH–), анод (+) (Cl–; OН–): Cl– – е = Cl0, 2Cl0 = Cl2; 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2  + H2.Электролиз раствора нитрата меди(II): Cu(NO3)2 Cu2+ +Н2O H+ + OH–;катод (–) (Cu2+; Н+): Cu2+ + 2е = Cu0, анод (+) ( OН–): OH– – е = OH0, 4H0 = O2 + 2H2O; 2Cu(NO3)2 + 2H2O = 2Cu  + O2 + 4HNO3.Эти три примера показывают, почему электролиз проводить выгоднее, чем осуществлять другие способы получения металлов: получаются металлы, гидроксиды, кислоты, газы. Мы писали схемы электролиза, а теперь попробуем написать сразу уравнения электролиза, не обращаясь к схемам, а только используя шкалу активности ионов:  Примеры уравнений электролиза: 2HgSO4 + 2H2O = 2Hg + O2 + 2H2SO4;Na2SO4 + 2H2O = Na2SO4 + 2H2 + O2;2LiCl + 2H2O = 2LiOH + H2 + Cl2.Применение электролиза в народном хозяйстве 1. Для защиты металлических изделий от коррозии на их поверхность наносят тончайший слой другого металла: хрома, серебра, золота, никеля и т.д. Иногда, чтобы не расходовать дорогие металлы, производят многослойное покрытие. Например, внешние детали автомобиля сначала покрывают тонким слоем меди, на медь наносят тонкий слой никеля, а на него – слой хрома. При нанесении покрытий на металл электролизом они получаются ровными по толщине, прочными. Таким способом можно покрывать изделия любой формы. Эту отрасль прикладной электрохимии называют гальваностегией. 2. Кроме защиты от коррозии гальванические покрытия придают красивый декоративный вид изделиям. 3.Другая отрасль электрохимии, близкая по принципу к гальваностегии, названа гальванопластикой. Это процесс получения точных копий различных предметов. Для этого предмет покрывают воском и получают матрицу. Все углубления копируемого предмета на матрице будут выпуклостями. Поверхность восковой матрицы покрывают тонким слоем графита, делая ее проводящей электрический ток. Полученный графитовый электрод опускают в ванну с раствором сульфата меди. Анодом служит медь. При электролизе медный анод растворяется, а на графитовом катоде осаждается медь. Таким образом получается точная медная копия. С помощью гальванопластики изготавливают клише для печати, грампластинки, металлизируют различные предметы. Гальванопластика открыта русским ученым Б.С.Якоби (1838). Изготовление штампов для грампластинок включает нанесение тончайшего серебряного покрытия на пластмассовую пластинку, чтобы она стала электропроводной. Затем на пластинку наносят электролитическое никелевое покрытие. Чем следует сделать пластинку в электролитической ванне – анодом или катодом? (О т в е т. Катодом.) 4. Электролиз используют для получения многих металлов: щелочных, щелочноземельных, алюминия, лантаноидов и др. 5. Для очистки некоторых металлов от примесей металл с примесями подключают к аноду. Металл растворяется в процессе электролиза и выделяется на металлическом катоде, а примесь остается в растворе. 6. Электролиз находит широкое применение для получения сложных веществ (щелочей, кислородсодержащих кислот), галогенов. Алюминотермия — способ получения металлов, неметаллов (а также сплавов) восстановлением их оксидов металлическим алюминием: 2Al + Cr2О3 = Al2О3 + 2Cr При этой реакции выделяется большое количество теплоты, смесь нагревается до 1900—2400 °C. Контроль знаний:
Литература: 1.Габриелян О.С. Химия. 11 класс. Базовый уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений. – М., 2010, 2. Габриелян О.С. Химия: учеб. для студ. сред. проф. учеб. заведений.- 2-е издание / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – М., 2013. 3. http://ru.wikipedia.org- энциклопедия 4. .Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г, химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень). – М.: Просвещение, 2016. ![owl%20book[1]](117591_html_8989278.png) Самостоятельная работа №5 |
Похожие:
 |
Инструкция по эксплуатации модели С° чернила сублимируют (переходят в газообразное состояние) и проникают в поверхностный слой синтетических материалов, образуя прочные... |
 |
Ф. А. Брокгауз И. А. Ефрон Энциклопедический словарь (П-2) При переходе тел из твердого состояния в жидкое и потом в газообразное или при обратных переходах тел, без изменения их химического... |
|
Нанообъекты занимают промежуточное состояние между атомно-молекулярным... Следует подчеркнуть, что нанообъекты занимают промежуточное состояние между атомно-молекулярным и конденсированным непрерывным (континуальным)... |
|
Гентамицин I. Общие сведения Гентамицина сульфат 4% раствор – лекарственное средство, содержащее в качестве действующего вещества гентамицина сульфат. В 1 мл... |
|
А могут быть превышены при написании дозы этого вещества прописью с восклицательным знаком Лекарственная форма придаёт лекарственному средству или лекарственному растительному сырью удобное для применения состояние, при... |
|
Руководство по общей рецептуре для студентов медицинских училищ и колледжей Фармакология знакомит нас с химическими веществами, их биологическими свойствами и фармакотерапевтическим действием, при помощи которого... |
|
Руководство по общей рецептуре для студентов медицинских училищ и колледжей Фармакология знакомит нас с химическими веществами, их биологическими свойствами и фармакотерапевтическим действием, при помощи которого... |
|
Инструкция о порядке уничтожения использованных ампул из-под наркотических... Заявка на наркотические средства и психотропные вещества, сильнодействующие вещества списка пккн для многопрофильного стационара... |
|
Программа предметного курса для учащихся 11 класса Пояснительная записка При рассмотрении теоретического материала, выполнении лабораторных и практических работ используются вещества, имеющие практическое... |
|
идентификация вещества / препарата и компании / предприятия Соответствующие установленные области применения вещества или смеси и нерекомендуемые области применения |
|
идентификация вещества / препарата и компании / предприятия Соответствующие установленные области применения вещества или смеси и нерекомендуемые области применения |
|
Правила освидетельствования лица, которое управляет транспортным... Освидетельствованию на состояние алкогольного опьянения, медицинскому освидетельствованию на состояние опьянения подлежит водитель... |
|
Правительство российской федерации постановление Льствование на состояние опьянения, медицинского освидетельствования этих лиц на состояние опьянения и оформления его результатов... |
|
Ооо ветпродукт инструкция Тилозин 50 и Тилозин 200 – антибактериальные лекарственные средства в форме растворов для инъекций, содержащие в качестве действующего... |
|
Система стандартов безопасности труда пожаровзрывоопасность веществ и материалов Настоящий стандарт распространяется на простые вещества, химические соединения и их смеси в различных агрегатных состояниях и комбинациях,... |
|
Инструкция №1/10 по применению дезинфицирующего средства «жавель син (javel chin)» В качестве действующего вещества в состав средства входит натрий дихлоризоцианурат дигидрат–80,5%, а также вспомогательные вещества... |