Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
SHAPE \* MERGEFORMAT
– степень диссоциации
EMBED Equation.3
сильные > 30 %
HCl, HI, HBr, H2SO4, HNO3, щелочи
средние 3 < < 30 %
H3PO4, H2SO3, H2C2O4, HCOOH
слабые < 3 %
H2S, HCN, H2SiO3, гидроксиды d-металлов
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 21
Ответ:
В первой половине XIX в. М. Фарадей ввел понятие об электролитах и неэлектролитах. Электролитами он назвал вещества, водные растворы которых проводят электрический ток, а неэлектролитами — вещества, водные растворы которых не проводят электрический ток.
Для объяснения свойств водных растворов электролитов шведский ученый С. Аррениус (1859—1927) в 1887 г. предложил теорию электролитической диссоциации.
Согласно этой теории, при растворении в воде электролиты распадаются на свободные ионы. Этот процесс назвали электролитической диссоциацией. Растворы веществ тогда становятся проводниками электрического тока, когда они содержат ионы (положительно или отрицательно заряженные частицы), которые в электрическом поле приходят в направленное движение.
Но эта теория не ответила на некоторые вопросы: почему одни вещества являются электролитами, а другие нет? Какую роль в образовании ионов играет растворитель?
Представления о диссоциации электролитов получили развитие в работах русских химиков И. А. Каблукова и В. А. Кистяковского. Они применили к объяснению процесса электролитической диссоциации химическую теорию растворов Д. И. Менделеева. Как известно, он экспериментально доказал, что при растворении электролитов происходит химическое взаимодействие растворенного вещества с водой, которое приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют на ионы. Эти ионы связаны с молекулами воды, то есть являются гидратированными. Гидратированные ионы в растворе находятся в постоянном хаотическом движении. Если же в этот раствор поместить противоположно заряженные электроды, то положительные ионы начнут двигаться к катоду — их назвали катионами, а отрицательные будут двигаться к аноду — и потому их назвали анионами.
Проникнуть в сущность процесса электролитической диссоциации помогло установление природы химической связи.
Электролитами могут быть только вещества с ионной и ковалентной полярной связями. Вы знаете такие вещества — это соли, основания, кислоты. Вспомните определения классов этих веществ с точки зрения теории электролитической диссоциации.
С. Аррениус для количественной характеристики электролитической диссоциации ввел понятие степени электролитической диссоциации, обозначаемой греческой буквой а.
Степень электролитической диссоциации — это отношение числа молекул электролита, распавшихся на ионы, к общему числу растворенных молекул.
Если а = 0, то вещество совсем не распадается на ионы, оно является не электролитом. К не электролитам относятся вещества с ковалентными малополярными и неполярными связями, такие, как эфиры, углеводороды, кислород, азот и др.
Степень электролитической диссоциации может иметь значение от 0 до 1 (в процентах от 0 до 100%).
Сильные электролиты — это такие электролиты, которые в водных растворах (даже концентрированных) практически полностью диссоциируют на ионы. У таких электролитов степень диссоциации стремится к 1 (100%). К сильным электролитам относятся почти все соли, неорганические кислоты (НNO3, НС1, НВг, HI, НClO4, НМп04, Н2SО4), щелочи (LiOН, NаОН, КОН, RЬОН, СsОН, Са(ОН)2, Sr(ОН)2, Ва(ОН)2, Rа(ОН)2).
Слабые электролиты — это такие электролиты, которые в водных растворах не полностью диссоциируют на ионы. Их степень диссоциации значительно меньше 1 (100%), в большинстве случаев она стремится к нулю. Но при разбавлении, как вы помните, степень диссоциации увеличивается.
К слабым электролитам относятся: многие неорганические кислоты (Н2S, НF, Н2СО3, Н2SiO3, НNO2, Н2SО3), органические кислоты, основания (за исключением щелочей), гидрат аммиака NH3 • Н20, вода Н2О, некоторые соли.
В растворах слабых электролитов вследствие их неполной диссоциации устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами. Например, для уксусной кислоты: CH3COOH.
Константу равновесия, характеризующую процесс диссоциации слабого электролита, называют константой диссоциации. Константа диссоциации характеризует способность электролита (кислоты, основания, воды) диссоциировать на ионы. Чем больше константа диссоциации, тем легче электролит распадется на ионы, следовательно, тем он сильнее. Значения констант диссоциации для слабых электролитов приводятся в справочниках.
– закон разбавления Оствальда
Используют в промышленности:
1. Для получения металлов (алюминий, магний, натрий, кадмий получают только электролизом).
2. Для получения водорода, галогенов, щелочей.
3. Для очистки металлов — рафинирования (очистку меди, никеля, свинца проводят электрохимическим методом).
4. Для защиты металлов от коррозии — нанесения защитных покрытий в виде тонкого слоя другого металла, устойчи
вого к коррозии (хрома, никеля, меди, серебра, золота) —
гальваностегия (рис. 46).
5. Получение металлических копий, пластинок — гальванопластика.
ГАЛЬВАНОТЕХНИКА (от гальвано... и техника), область прикладной электрохимии, охватывающая процессы электролитического осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий. Включает гальваностегию и гальванопластику. Разработана Б. С. Якоби (1838).
ГАЛЬВАНОСТЕГИЯ (от гальвано... и греч. stego — покрываю), нанесение металлических покрытий на поверхность металлических и других изделий методом электролитического осаждения. Раздел гальванотехники.
ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА (от гальвано... и греч. plastike — ваяние), получение точных металлических копий методом электролитического осаждения металла на металлическом или неметаллическом оригинале. Раздел гальванотехники.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 22
Ответ:
Тепловой эффект реакции
- теплота, выделяющаяся или поглощающаяся при химической реакции.
Закон Гесса
Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояний веществ и не зависит от пути перехода
С(графит) + О2(г) = СО2(г); ΔН1 = -393,5 кДж
С(графит) + 1/2О2(г) = СО(г); ΔН2 = -110,5 кДж
СО(г) + 1/2О2(г) = СО2(г); ΔН3 = -283,0 кДж
ΔН1= ΔН2 + ΔН3 = -393,5 кДж
Следствия из закона Гесса
Закон Лавуазье-Лапласа. Тепловой эффект обратной реакции равен тепловому эффекту прямой реакции с обратным знаком
Тепловой эффект реакции ΔrH равен сумме теплот образования конечных продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ.
Термохи́мия — раздел химической термодинамики, в задачу которой входит определение и изучение тепловых эффектов реакций, а также установление их взаимосвязей с различными физико-химическими параметрами. Ещё одной из задач термохимии является измерение теплоёмкостей веществ и установление их теплот фазовых переходов.
Катодная защита – металл соединяют с отрицательным полюсом источника тока (катодом).
Протекторная защита – к изделию присоединяют металл с более отрицательным потенциалом (Zn, Mg, Al).
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 23
Ответ:
По Вант-Гоффу осмотическое давление раствора численно равно тому газовому давлению, которое имело бы растворенное вещество, будучи переведенным в газообразное состояние в том же объеме и при той же температуре. Поскольку объем (разбавление) обратно пропорционален концентрации, то закон Вант-Гоффа можно записать в виде
Так как объем одного моля газообразного вещества при нормальных условиях равен 22,4 литра, то осмотическое давление раствора, содержащего 1 моль вещества, равно 22,4 атм.
Измерение осмотического давления раствора используется для определения молекулярных масс даже разбавленных растворов, что позволяет оценивать молекулярные массы растворимых высокомолекулярных соединений, в частности, биополимеров. Заменив C(B) в формуле Вант-Гоффа соотношением (m(B) • 1000 / ?(B) • V), получим уравнение, позволяющее вычислять молекулярные массы растворенных веществ:
m(B) – масса растворенного вещества, V – объем раствора.
Если растворы характеризуются одинаковыми осмотическими давлениями, то по Вант-Гоффу такие растворы называются изотоническими. Независимо от природы растворенного вещества, изотоничность является следствием одинакового числа частиц в растворе.
Поскольку при растворении реальное число частиц может отличаться от числа растворенных молекул, Вант-Гофф ввел понятие изотонического коэффициента i. По определению это отношение числа всех частиц к числу растворенных молекул:
В бензольном растворе уксусной кислоты i < 1, ибо в этом растворе число частиц меньше числа молекул, в результате реакции ассоциации в соответствие с уравнением
Если же в растворе преобладает не ассоциативный, а диссоциативный или ионизационный механизмы взаимодействия, то i > 1. Так, в водном растворе уксусная кислота диссоциирует CH3COOH = CH3COO– + H+, и число частиц становится больше числа молекул. первый закон Рауля – парциальное давление над раствором прямо пропорционально мольной доле растворенного вещества. Второй закон Рауля – понижение температуры кипения и повышение температуры замерзания раствора прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:
Коррозией (от лат. соггоАеге — разъедать) называется самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды. Ежегодно из-за коррозии теряется около четверти всего произведенного в мире железа. Однако не только потеря металлов, но и порча изготовленных из них изделий обходится очень дорого. Затраты на ремонт или на замену деталей судов, автомобилей, аппаратуры химических производств, приборов и коммуникаций во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены.
Коррозия вызывает серьезные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно воздействует на здоровье и жизнь людей. Понятно, почему на защиту металлов и сплавов от коррозии тратятся большие средства.
ЛЕГИРОВАНИЕ (нем. legieren — сплавлять, от лат. ligo — связываю, соединяю), 1) введение в состав металлических сплавов т. н. легирующих элементов (напр., в сталь — Cr, Ni, Mo, W, V, Nb, Ti и др.) для придания сплавам определенных физических, химических или механических свойств. 2) Введение примесных атомов в твердое тело (напр., в полупроводники для создания требуемой электрической проводимости). Легирование диэлектриков обычно называют активированием. ЖАРОУПОРНОСТЬ (жаростойкость, окалиностойкость), способность металлических материалов противостоять химическому разрушению поверхности под действием воздуха или др. окислительной газовой среды при высоких температурах. ЖАРОПРОЧНОСТЬ, способность конструкционных материалов (главным образом, металлических) выдерживать без существенных деформаций механические нагрузки при высоких температурах. Определяется комплексом свойств: сопротивлением ползучести, длительной прочностью и жаростойкостью.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 24
Ответ:
Гидролиз солей.
Взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию молекул слабого электролита, называют гидролизом солей.
Различают несколько вариантов гидролиза солей:
Na2CO3 + Н2О = NaHCO3 + NaOH
CO32- + H2O = HCO3- + OН-
(раствор имеет щелочную среду, реакция протекает обратимо)
СuСl2 + Н2О = CuOHCl + HCl
Cu2+ + Н2О = CuOH+ + Н+
(раствор имеет кислую среду, реакция протекает обратимо)
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OН)3 + 3H2S
2Аl3+ + 3S2- + 6Н2О = 2Аl(OН)3(осадок) + ЗН2S(газ)
(Гидролиз в этом случае протекает практически полностью, так как оба продукта гидролиза уходят из сферы реакции в виде осадка или газа).
Соль сильной кислоты и сильного основания не подвергается гидролизу, и имеет нейтральную среду.
Коллоидные системы (коллоиды, др.-греч. κόλλα — клей и εἶδος — вид) — дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами — взвесями и эмульсиями.
Размеры коллоидных частиц варьируются в пределах от 10-7 до 10-5 см. В свободнодисперсных коллоидных системах (дымы, золи) частицы не выпадают в осадок.
Из коллоидных систем наибольшее значение для химического анализа имеют гидрозоли — двухфазные микрогетерогенные дисперсные системы, характеризующиеся предельно высокой дисперсностью, в которых дисперсионной средой является вода — наиболее часто применяемый в аналитической практике растворитель. Встречаются также органозоли, в которых дисперсионной средой являются неводные (органические) растворители. В результате молекулярного сцепления частиц дисперсной фазы из золей при их коагуляции образуются гели. При этом не происходит разделения фаз; другими словами, переход золей в гель не является фазовым превращением.
При образовании геля вся дисперсионная среда (например, вода в гидрозоле) прочно связывается поверхностью частиц дисперсной фазы и в ячейках пространственной структуры геля. Гели способны обратимо восстанавливать свою пространственную структуру во времени, но после высушивания наступает разрушение их структуры и они теряют эту способность.
Поверхностная энергия
ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ
энергия, сосредоточенная на границе раздела фаз, избыточная по сравнению с энергией в объеме
Поверхностная энергия связана с межмолекулярным взаимодействием, т.к. состояние частиц (атомов, молекул) на границе раздела фаз отличается от состояния в объеме фаз вследствие нескомпен-сированности силовых полей частиц на пов-сти раздела.
Обычно, говоря о поверхностной энергии, имеют в виду уд. свободную поверхностную энергию s. С ростом т-ры вдали от критич. точки s линейно уменых ается, тогда как e практически от т-ры не зависит. При приближении к критич. точке различие в св-вах контактирующих фаз сглаживается и поверхностная энергия обращается в нуль
ΔG – свободная поверхностная энергия (энергия Гиббса образования поверхности, Дж)
σ – удельная поверхностная энергия (Дж/м2)
S – площадь поверхности раздела фаз (м2)
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 25
Ответ:
Самопроизвольное протекание изобарно-изотермического процесса определяется двумя факторами: энтальпийным, связанным с уменьшением энтальпии системы (ΔH), и энтропийным TΔS, обусловленным увеличением беспорядка в системе вследствие роста ее энтропии. Разность этих термодинамических факторов является функцией состояния системы, называемой изобарно-изотермическим потенциалом или свободной энергией Гиббса (G, кДж):
ΔG = ΔH – TΔS
При ΔG < 0 реакция термодинамически разрешена и система стремится к достижению условия ΔG = 0, при котором наступает равновесное состояние обратимого процесса; ΔG > 0 указывает на то, что процесс термодинамически запрещен.
Записав уравнение (4.2) в виде ΔH = ΔG + TΔS, получим, что энтальпия реакции включает свободную энергию Гиббса и «несвободную» энергию ΔS · T. Энергия Гиббса, представляющая собой убыль изобарного (P = const) потенциала, равна максимальной полезной работе. Уменьшаясь с течением химического процесса, ΔG достигает минимума в момент равновесия (ΔG = 0). Второе слагаемое ΔS · T(энтропийный фактор) представляет ту часть энергии системы, которая при данной температуре не может быть превращена в работу. Эта связанная энергия способна лишь рассеиваться в окружающую среду в виде тепла (рост хаотичности системы).
Итак, в химических процессах одновременно изменяются энергетический запас системы (энтальпийный фактор) и степень ее беспорядка (энтропийный фактор, не совершающая работу энергия).
Анализ уравнения (4.2) позволяет установить, какой из факторов, составляющих энергию Гиббса, ответственен за направление протекания химической реакции, энтальпийный (ΔH) или энтропийный (ΔS · T).
|
1. |
ΔH < 0 |
C2H5–O–C2H5 + 6O2 = 4CO2 + 5H2O |
|
2. |
ΔH > 0 |
реакция невозможна |
|
3. |
ΔH < 0 |
N2 + 3H2 = 2NH3 (возможна при низкой температуре) |
|
4. |
ΔH > 0 |
N2O4(г) = 2NO2(г) (возможна при высокой температуре). |
Для оценки знака ΔG реакции важно знать величины ΔH и ΔS наиболее типичных процессов. ΔH образования сложных веществ и ΔH реакции лежат в пределах 80–800 кДж∙. Энтальпия реакции сгорания всегда отрицательна и составляет тысячи кДж∙. Энтальпии фазовых переходов обычно меньше энтальпий образования и химической реакции Δ – десятки кДж∙, Δ и Δ равны 5–25 кДж∙.
Зависимость ΔH от температуры выражается соотношением ΔHT = ΔH° + ΔCp · ΔT, где ΔCp – изменение теплоемкости системы. Если в интервале температур 298 К – Т реагенты не претерпевают фазовых превращений, то ΔCp = 0, и для расчетов можно пользоваться значениями ΔH°.
Энтропия индивидуальных веществ всегда больше нуля и составляет от десятков до сотен Дж∙моль–1K–1 (табл. 4.1). Знак ΔG определяет направление реального процесса. Однако для оценки осуществимости процесса обычно пользуются значениями стандартной энергии Гиббса ΔG°. Величина ΔG° не может использоваться в качестве критерия вероятности в эндотермических процессах со значительным возрастанием энтропии (фазовые переходы, реакции термического разложнения с образованием газообразных веществ и др.). Такие процессы могут быть осуществлены за счет энтропийного фактора при условии
Свободная энергия Гельмгольца (или просто свободная энергия) —термодинамический потенциал, убыль которого в квазистатическом изотермическом процессе равна работе, совершённой системой над внешними телами.
Адсорбцией называют самопроизвольное концентрирование вещества (молекул, ионов) на границе раздела фаз. Она опре деляется как избыток массы вещества на единице поверхности раздела. Адсорбция может быть вызвана действием межмолеку лярных сил (физическая адсорбция) или действием сил химичес кого сродства (химическая адсорбция, хемосоpбция). Хемосорби рованное вещество прочно удерживается поверхностью, образуя химическое соединение с материалом поверхности.
Вещества, адсорбция которых приводит к снижению свобод ной поверхностной энергии на границе раздела фаз, называют поверхностно-активными. Молекулы этих веществ содержат по лярные (-ОН, -СООН, - NH2, -ОNа., - SОзNа, -(О-СН2-GН2)n-он) и неполярные (длинные углеводородные, кремнийорганические
и фторуглеродные радикалы) группы. Благодаря дифильному ст роению поверхностно-активные вещества оказываются родственными обеим контактирующим фазам: полярная группа обусловли вает сродство к полярной фазе (воде), а углеродная цепь - к неполярной фазе. Их молекулы ориентируются на гpаницe конта ктирующих фаз, создавая переходный слой, выравнивающий по лярности обеих фаз. С помощью поверхностно-активных веществ можно управлять свойствами поверхности твердого материала, в частности, способностью его смачиваться водой. Первонача льно хорошо смачивающаяся ВОДОЙ (гидрофильная) поверхность будет плохо смачиваемой (гидрофобной) после обработки ее раствором или парами поверхностно-активного вещества, если
в адсорбционном слоe молекулы поверхностно-активного веще ства ориентированы неполярной группой наружу. Эффект гидро фобизации проявляется наиболее сильно в случае хемосорбции поверхностно-активного вещества. Гидрофобизация материалов широко применяется в технике и в строительном деле. Например, с целью увеличения срока хранения цемента без потери активности в цементный клинкер при помоле добавляют жирные кислоты, мылонафт, окисленный петролатум в количестве 0,06 - 0,З%. Гидрофобный цемент менее гигроскопичен, чем обычный. Объемная и поверхностная гидрофобизация бетона кремнийорга ническими препаратами увеличивает долговечность изделий, снижает капиллярный подсос влаги и фильтруемость воды через бетон.
Адсорбция поверхностно-активных веществ и снижение сво бодной поверхностной энергии облегчают процессы образования новых поверхностей при диспергировании жидкостей и твердых тел (эффект Ребиндера). Молекулы этих веществ помогают разви тию микротрещин в твердых телах. Проникал в устья щелей, они раздвигают их или препятствуют полному залечиванию. Таким об разом, с помощью поверхностно-активных веществ можно снизить энергозатраты на обработку металлов, измельчение цементного клинкера и пигментов, бурение скважин.
Твердые материалы, поверхность которых сложена из ионов или полярных молекул, способны адсорбировать ионы. Часто адсорбция одного иона сопровождается десорбцией другого в эквивалентном количестве, т.е. имеет место ионо обменная адсорбция. Ионный обмен находит большое техническое применение и играет огромную роль в процессах , протекающих в почвах и грунтах. В почве ионообменными свойствами обладает высоко дисперсная смесь алюмосиликатов и органоминеральных соединений ("поглощающий комплекс"), которая поглощает катионы калия, выделяя эквивалентные количества других. Минералы, составляющие грунты, и особенно глинистые, обменивают катионы натрия, калия, кальция, магния, ионы водорода.
Важно отметить, что состав обменных катионов существен но влияет на строительные свойства глинистых грунтов. Глинистые грунты, насыщен ные ионами натрия, сильно набухают в воде и сжимаются под нагрузкой, почти водонепроницаемы, обладают повышенной мяг костью и пластичностью. Они легко "распускаются" в воде (пеп тизируются), иногда проявляют тиксотропность. Глинистые грун ты, насыщенные ионами кальция в меньшей степени тиксотpoпны
и пластичны, меньше удерживают влагу и более водонепроницаемы. Следовательно, с помощью обмена можно управлять свойствами грунтов. Ионный обмен неизбежно происходит при засолении грунтов хлоридами натрия и кальция с целью предохранения их от промерзания или освобождения от снега и льда. Инженеру, планирующему подобную операцию, следует подумать о возможных последствиях ее.