Химия

 

Вопрос  №1:  Ненасыщенные, насыщенные и перенасыщенные растворы. Способы выражения концентрации растворов. И их взаимный перерасчет. 

Ответ:  

Если молекулярные или ионные частицы, распределённые в жидком растворе

присутствуют в  нём в таком количестве, что  при данных условиях не

происходит дальнейшего  растворения вещества, раствор называется насыщенным.

(Например, если поместить  50 г NaCl в 100 г H2O, то при 20єC  растворится 

только 36 г соли).  

Насыщенным называется раствор, который находится в  динамическом равновесии

с избытком растворённого  вещества.

Поместив в 100 г  воды при 20єC меньше 36 г NaCl мы получим  ненасыщенный

раствор.  

При нагревании смеси  соли с водой до 100°C произойдёт растворение 39,8 г 

NaCl в 100 г воды. Если теперь удалить из раствора  нерастворившуюся соль, а 

раствор осторожно  охладить до 20єC, избыточное количество соли не всегда

выпадает в осадок. В этом случае мы имеем дело с  перенасыщенным раствором.

Перенасыщенные растворы очень неустойчивы. Помешивание, встряхивание,

добавление крупинок соли может вызвать кристаллизацию избытка соли и 

переход в насыщенное устойчивое состояние.  

Ненасыщенный раствор - раствор, содержащий меньше вещества, чем в 

насыщенном.  

Перенасыщенный раствор - раствор, содержащий больше вещества, чем в 

насыщенном.  

Раствор, в котором  данное вещество при данной температуре  больше не

растворяется, т. е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым

веществом, называют насыщенным, а раствор, в котором  еще можно растворить

добавочное количество данного вещества, — ненасыщенным. 

Способы выражения концентрации растворов  

Существуют различные  способы выражения состава раствора. Наиболее часто 

используют массовую долю растворённого вещества, молярную и нормальную

концентрацию.  

Массовая доля растворённого  вещества w(B) - это безразмерная величина,

равная отношению  массы растворённого вещества к  общей массе раствора m :  

w(B)= m(B) / m  

Молярная концентрация C(B) показывает, сколько моль растворённого  вещества

содержится в 1 литре  раствора.

C(B) = n(B) / V = m(B) / (M(B) • 

V),  

где М(B) - молярная масса  растворенного вещества г/моль.  

Концентрацию раствора можно выразить количеством молей  растворённого 

вещества в 1000 г  растворителя. Такое выражение концентрации называют

моляльностью раствора.  

Нормальность раствора обозначает число грамм-эквивалентов данного вещества

в одном литре  раствора или число миллиграмм-эквивалентов в одном миллилитре

раствора.

Грамм - эквивалентом вещества называется количество граммов  вещества,

численно равное его эквиваленту. Для сложных  веществ - это количество

вещества, соответствующее  прямо или косвенно при химических превращениях 1

грамму водорода или 8 граммам кислорода.  

Эоснования = Моснования / число замещаемых в реакции гидроксильных  групп  

Экислоты = Мкислоты / число замещаемых в реакции атомов водорода  

Эсоли = Мсоли / произведение числа катионов на его заряд  

Величины нормальности обозначают буквой "Н". Например, децинормальный

раствор серной кислоты  обозначают "0,1 Н раствор H2SO4". Так  как 

нормальность может  быть определена только для данной реакции, то в разных

реакциях величина нормальности одного и того же раствора может оказаться 

неодинаковой. Так, одномолярный раствор H2SO4 будет однонормальным, когда 

он предназначается  для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата 

NaHSO4, и двухнормальным  в реакции с образованием Na2SO4.  

Пересчет  концентраций растворов  из одних единиц в  другие  

При пересчете процентной концентрации в молярную и наоборот, необходимо

помнить, что процентная концентрация рассчитывается на определенную массу 

раствора, а молярная и нормальная - на объем, поэтому  для пересчета 

необходимо знать  плотность раствора. Если мы обозначим: с - процентная

концентрация; M - молярная концентрация; N - нормальная концентрация; э -

эквивалентная масса, ? - плотность раствора; m - мольная  масса, то формулы 

для пересчета из процентной концентрации будут следующими:  

M = (c • p • 10) / m

N = (c • p • 10) / э  

Этими же формулами  можно воспользоваться, если нужно  пересчитать нормальную

или молярную концентрацию на процентную.  

Иногда в лабораторной практике приходится пересчитывать  молярную

концентрацию в  нормальную и наоборот. Если эквивалентная  масса вещества

равна мольной массе (Например, для HCl, KCl, KOH), то нормальная

концентрация равна  молярной концентрации. Так, 1 н. раствор  соляной кислоты 

будет одновременно 1 M раствором. Однако для большинства  соединений

эквивалентная масса  не равна мольной и, следовательно, нормальная

концентрация растворов  этих веществ не равна молярной концентрации.

Для пересчета из одной концентрации в другую можно  использовать формулы:  

M = (N • Э) / m

N = (M • m) / Э  
 
 

Вопрос  № 2 Многоатомные спирты. Этиленгликоль и  глицерин. Получение  и химические свойства. 

  Ответ: 

Многоатомные спирты - органические соединения содержащие в своём составе более одной  гидроксильной группы -ОН. 

Диолы - этиленгликоль, 1,2-пропиленгликоль, 1,3-пропиленгликоль, 1,4-бутандиол 

Триолы - глицерин 

Гексолы - маннит 

Из спиртов, содержащих не менее четырёх групп — ОН, наибольшее значение имеют пентаэритрит и генетически связанные с  моносахаридами пентиты (например, ксилит, адонит, арабит) и гекситы (маннит, сорбит, дульцит и др.). Многоатомные спирты — бесцветные кристаллические вещества сладкого вкуса, легко растворимые  в воде; многие из них синтезируются  растениями; для каждого спирта известно большое число стереоизомеров. Многоатомные спирты обладают всеми свойствами одноатомных  спиртов (они легко, например, этерифицируются  и окисляются). Нитраты многоатомных спиртов обладают взрывчатыми свойствами. Многоатомные спирты в промышленности получают обычно восстановлением соответствующих  альдоз и кетоз; применяют в производстве полимеров (пентаэритрит, ксилит), взрывчатых веществ, используют в качестве заменителей  сахара для больных диабетом (сорбит, ксилит), в косметической и фармацевтической промышленности (как увлажнители, а  эфиры многоатомных спиртов —  как эмульгаторы). 

Соединения с двумя  группами ОН при одном атоме углерода неустойчивые. Они отщепляют воду и превращаются в альдегиды. 

Получение 

Гликоли получают окислением алкенов в водной среде. Например, при действии перманганата калия  или кислорода воздуха в присутствии  серебряного катализатора алкены превращаются в двухатомные спирты. 

Другой способ получения  многоатомных спиртов – гидролиз галогенпроизводных углеводородов. 

Этиленгликоль и  глицерин подобны одноатомным спиртам. Так, они реагируют с активными  металлами.

   Глицерин  – бесцветная сиропообразная  жидкость со сладким вкусом, не  ядовитая, хорошо растворяется в  воде, входит в состав жиров  и масел.

Получение

I. Этиленгликоля

1) был получен  в 1856 году Вюрцем в результате  гидролиза дихлорэтана

2) Окисление этилена  перманганатом калия

II. Глицерина 

1) гидролиз жиров

2) из пропилена 

            Химические свойства

Этиленгликоль и  глицерин схожи по своим химическим свойствам. Для обоих спиртов  характерны следующие реакции: 

1) Взаимодействие  с металлами

2) Взаимодействие  с щелочами

3) взаимодействие  с галогенами, галогеноводородом

раствора ярковасилькового цвета. 

5) Глицерин взаимодействует   с азотной кислотой с образованием  нитроглицерина, который используется  в медицине как лекарственный  препарат 

6) взаимодействие  с карбоновыми кислотами  

Применение 

1) растворы этиленгликоля  применяются в качестве антифризов 

2) для изготовления  лавсана – ценного синтетического  волокна 

3) применяют в  кожевенной промышленности 

4) для изготовления  лаков и растворителей 

5) применение в  медицине, в частности нитроглицерин  применяется как средство, расширяющее  коронарные сосуды 

Многоатомные спирты в реакции с галогеноводородами обменивают одну или несколько гидроксильных  групп ОН на атомы галогена. 

Глицерин взаимодействует  с азотной кислотой с образованием сложных эфиров. В зависимости  от условий реакции (мольного соотношения  реагентов, концентрации катализатора – серной кислоты и температуры) получаются моно-, ди- и тринитроглицериды. 

Качественная реакция  многоатомных спиртов, позволяющая  отличить соединения этого класса, – взаимодействие со свежеприготовленным  гидроксидом меди(II). В щелочной среде  при достаточной концентрации глицерина  голубой осадок Cu(OH)2 растворяется с  образованием раствора ярко-синего цвета  – гликолята меди(II). 
 

Вопрос  № 3: Практическое задание.

Ответ:

а) Закончите следующее  уравнение окислительно – восстановительной  реакции, укажите окислитель и восстановитель, подберите коэффициенты, пользуясь  методом ионно – электронного баланса.

3 HNO₂ = HNO₃ + H₂O + 2NO 

N⁺³ – 2e → N⁺⁵       1 восст.

N⁺³ + 1e → N⁺²     2 окислит.

Это реакция диспропорционирования (самоокисление, самовосстановления) –  реакции, которые идут с изменением степени окисления атомов одного и того же элемента.

б) Напишите молекулярное и молекулярно – ионное уравнение  гидролиза следующих соединений. Укажите рН полученных растворов.

                NH₄OH – слабое основание     

NH₄Br 

                HBr – сильная кислота 

           Гидролиз по катиону

NH₄⁺ + Br ^- + HOH = NH₄OH + Br ^- + H ⁺

                                   NH₃   H₂O    

NH₄ + HOH = NH₄OH + H ⁺

                        NH₃  H₂O

                        среда кислая

                        pH < 7 
 

                 NH₄OH – слабое основание     

NH₄CN       

                  HCN – слабая кислота 
 

Гидролиз по катиону  и по аниону 

NH₄ ⁺  + CN ^- + HOH = NH₄OH + HCN

                                     NH₃   H₂O

                                   Среда слабощелочная