Вправа 42. Чому молекула води є полярною? На тому кінці молекули, де знаходяться ядра атомів Гідрогену, концентрується частково позитивний заряд +δ, а на другому - частково негативний -δ. Отже, молекула води полярна, тобто являє собою диполь.
Які частинки називають диполями? Частинку, в якій на різних її кінцях існують полюси зарядів, називають диполем.
Вправа 43. Опишіть процес розчинення речовин у воді. У разі потрапляння кристала йонної будови у воду молекули води орієнтуються навколо заряджених йонів: до позитивно заряджених йонів молекули притягуються негативним полюсом, а до негативних йонів — позитивним полюсом. Молекули води починають притягувати йони до себе. Коли сила притягання йонів до молекул води стає більшою за силу, що утримує йони між собою, йон в оточенні молекул води переходить у розчин.
Подібним чином розчиняються у воді й молекулярні речовини.
Під час розчинення у воді речовин йоної будови утворюються гідратовані йони. При розчинені у воді полярних молекулярних речовин молекули руйнуються й розпадаються на йони, а з неполярними молекулами ніяких змін не відбувається. У воді молекули і йони стають гідратованими.
Вправа 44. Чому під час розчинення речовин поглинається або виділяється теплота? Теплота поглинається, бо витрачається енергія на руйнування зв’язків між частинками в кристалі, а - виділяється, бо утворюються нові міжмолекулярні зв’язки під час утворення гідратів.
Від чого це залежить? Загальний тепловий ефект процесу розчинення залежить від сукупності теплових ефектів на двох перших стадіях: взаємодії частинок речовини з молекулами розчинника — гідратації та руйнування структури речовини (кристалічних ґраток).
Вправа 45 До яких процесів — фізичних чи хімічних — належить процес розчинення? Відповідь поясніть.
Розчинення речовин у воді - це фізико-хімічний процес, в якому присутні як фізичні, так і хімічні процеси.
З одного боку, при розчиненні речовини у воді відбувається подрібнення речовини до стану молекул, йонів, а також дифузія частинок, що утворилися, між молекулами води - це фізичні процеси.
З другого боку, відбувається взаємодія розчинника з розчиненою речовиною, яка називається гідратацією, а продуктами є гідрати - це хімічні процеси, які супроводжується тепловими явищами.
Вправа 46. Які чинники і як впливають на швидкість розчинення речовин? Ступінь подрібнення речовин (чим дрібніші кристали, тим більша площа зіткнення між речовиною та розчинником), перемішування (прискорює процес дифузії), температура розчину (швидкість дифузії зростає і коливання молекул або йонів в кристалічних ґратках, що полегшує процес руйнування кристалічних ґраток речовини.).
Які умови необхідно створити для прискорення розчинення? Подрібнити тверду речовину, розчинення здійснювати при перемішуванні або нагріванні.
Вправа 47. Чи можна виділити кристалізаційну воду з кристалогідратів? Можна. Яким чином? Під час нагрівання або прожарювання кристологідратів вода, яка входить до їхнього складу, випаровується.
Вправа 48. Як відрізнити кристалогідрат від безводної солі? Можна відрізнити за зовнішнім виглядом (безводна сіль - порошок, а кристалогідрати - кристалічні речовини) та кольором (кристалогідрати яскраво забарвлені і часто мають інше забарвлення, ніж відповідна їхня безводна сіль).
Вправа 49. Складіть рівняння реакцій, що відбуваються під час прожарювання глауберової солі та кристалічної соди.
Na2SO4 • 10H2O = Na2SO4 + 10H2O
Na2CO3 • 10H2O = Na2CO3 + 10H2O
Вправа 50. Магній сульфат утворює кристалогідрат, що також називають англійською сіллю. Учень розчинив англійську сіль масою 1,23 г у воді й додавав розчин барій хлориду до завершення процесу утворення осаду. Маса осаду виявилася 1,165 г. Визначте склад англійської солі.
Відомо: m(MgSO4•xH2O)=1,23 г, m(BaSO4)=1,165 г
Знайти: формулу кристалогідрата MgSO4•xH2O -?
Розв'язування
М(BaSO4)=233 г/моль
n(BaSO4)=m(BaSO4)/M(BaSO4)=1,165 г : 233 г/моль=0,005 моль
Записуємо рівняння реакції: MgSO4+BaCl2=BaSO4↓+MgCl2
За рівнянням реакції n(MgSO4):n(BaSO4)=1:1, кількість речовини однакова, тому
n(MgSO4)=n(BаSO4)=0,005 моль
Визначаємо формулу кристалогідрату.
І спосіб
1. М(MgSO4)=120 г/моль
m(MgSO4)=n(MgSO4)•M(MgSO4)=0,005 моль • 120 г/моль=0,6 г
2. Обчислюємо масу кристалізаційної води у кристалогідраті:
m(хH2O)=m(MgSO4•xH2O)-m(MgSO4)=1,23 г - 0,6 г = 0,63 г
3. Виразимо масу кристалізаційної води через кількість речовини:
М(Н2О)=18 г/моль
n(хH2O)=m(хH2O)/M(H2O)=0,63 г : 18 г/моль=0,035 моль
4. Співвідношення кількості речовини магній сульфату і кристалізаційної води становить:
n(MgSO4):n(хH2O)=0,005:0,035=1:7
Отже, формула кристалогідрату MgSO4•7H2O
ІI спосіб
1. Знаходимо у якій кількості речовини кристалогідрату міститься 0,05 моль безводної солі.
1 моль кристалогідрату MgSO4•xH2O містить 1 моль безводної солі MgSO4 і х моль кристалізаційної води Н2О, тому кількість речовини кристалогідрата:
n(MgSO4•xH2O)=n(MgSO4)=0,005 моль
2. Знаходимо молярну масу кристалогідрата:
М(MgSO4•xH2O)=m(MgSO4•xH2O)/n(MgSO4•xH2O)=1,23 г:0,005 моль=
=246 г/моль
3. Обчислимо молярні маси (M=Mr г/моль) безводної солі та води.
Mr(MgSО4)=Ar(Mg)+Ar(S)+4•Ar(O)=24+32+4•16=120,
тому M(MgSО4)=120 г/моль.
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18 г/моль, тому M(H2O)=18 г/моль.
4. Обчислюємо молярну масу кристалізаційної води у кристалогідраті.
М(xH2O)=М(MgSO4•xH2O)-M(MgSO4)=246 г/моль - 120 г/моль = 126 г/моль.
5. х=М(xH2O)/М(H2O)=126 г/моль:18 г/моль=7
Отже, формула кристалогідрата MgSO4•7H2O
ІII спосіб
1. М(MgSO4)=120 г/моль
m(MgSO4)=n(MgSO4)•M(MgSO4)=0,005 моль • 120 г/моль=0,6 г
2. Знаходимо масову частку безводної солі магній сульфату MgSО4 в кристалогідраті.
w(MgSО4)=m(MgSО4)/m(MgSО4•хН2О)=0,6/1,23=0,49
3. З формули w(MgSО4)=М(MgSО4)/М(MgSО4 • хН2О) знаходимо формулу для обчислення молярної маси кристалогідрата
М(MgSО4 • хН2О)=М(MgSО4)/w(MgSО4)=120 г/ моль : 0,49=245 г/моль
4. Обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) води. Молярна маса безводної солі MgSO4 знайдена вище.
Mr(Н2О)=2•Ar(Н)+Ar(О)=2•1+16=18 г/моль, тому M(H2O)=18 г/моль.
5. Беручи до уваги, що М(MgSО4•хН2О)=М(MgSО4)+ х•М(Н2О), отримуємо рівняння:
120 + х • 18 = 245
х = (245 - 120) : 18
х = 7
Отже, формула кристалогідрату MgSО4 • 7Н2О.
Вправа 51. Визначте формулу кристалогідрату натрій карбонату, якщо відомо, що під час прожарювання цієї речовини масою 14,3 г її маса зменшилася на 9 г.
При прожарюванні кристалогідрату випарувалася кристалізаційна вода масою 9 г.
Відомо: m(Na2CO3•xH2O)=14,3 г, m(xH2O)=9 г
Знайти: формулу кристалогідрату Na2CO3•xH2O -?
Розв'язування
I спосіб
1. m(Na2CO3)=m(Na2CO3•xH2O)-m(xH2O)=14,3 г-9 г=5,3 г, бо при прожарюванні кристалогідрату отримують відповідну безводну сіль
2. М(Na2СO3)=106 г/моль
n(Na2CO3)=m(Na2CO3)/M(Na2CO3)=5,3 г : 106 г/моль=0,05 моль
3. М(Н2О)=18 г/моль
n(хH2O)=m(хH2O)/M(H2O)=9 г : 18 г/моль=0,5 моль
4. Співвідношення кількості речовини натрій карбонату і кристалізаційної води становить: n(Na2CO3):n(хH2O)=0,05 моль:0,5 моль=1:10
Отже, формула кристалогідрату Na2CO3•10H2O
ІІ спосіб
1. m(Na2CO3)=14,3 г-9 г=5,3 г, бо при прожарюванні кристалогідрату отримують відповідну безводну сіль.
2. М(Na2СO3)=106 г/моль
n(Na2CO3)=m(Na2CO3)/M(Na2CO3)=5,3 г : 106 г/моль=0,05 моль
3. Знаходимо у якій кількості речовини кристалогідрату міститься 0,05 моль безводної солі.
1 моль кристалогідрату Na2CO3•xH2O містить 1 моль безводної солі Na2CO3 і х моль кристалізаційної води Н2О, тому кількість речовини кристалогідрату:
n(Na2CO3•xH2O)=n(Na2CO3)=0,05 моль
4. Знаходимо молярну масу кристалогідрату:
М(Na2CO3•xH2O)=m(Na2CO3•xH2O)/n(Na2CO3•xH2O)=14,3 г/0,05 моль = 286 г/моль
5. Обчислюємо молярну масу кристалізаційної води у кристалогідраті:
М(xH2O)=М(Na2CO3•xH2O)-M(Na2CO3)=286 г/моль - 106 г/моль = 180 г/моль
6. М(Н2О)=18 г/моль
х=М(xH2O)/М(H2O)=180 г/моль:18 г/моль=10
Отже, формула кристалогідрату Na2CO3•10H2O
ІІІ спосіб
1. m(Na2CO3)=14,3 г-9 г=5,3 г, бо при прожарюванні кристалогідрату отримують відповідну безводну сіль.
2. М(Na2СO3)=106 г/моль
n(Na2CO3)=m(Na2CO3)/M(Na2CO3)=5,3 г : 106 г/моль=0,05 моль
3. Знаходимо масову частку безводної солі натрій карбонату Na2CО3 в кристалогідраті.
w(Na2CО3)=m(Na2CО3)/m(Na2CО3•хН2О)=5,3/14,3=0,37
4. З формули w(Na2CО3)=М(Na2CО3)/М(Na2CО3•хН2О) знаходимо молярну масу кристалогідрата
М(Na2CО3•хН2О)=М(Na2CО3)/w(Na2CО3)=106 г/ моль : 0,37=286 г/моль.
5. М(Н2О)=18 г/моль
Беручи до уваги, що М(Na2CО3•хН2О)=М(Na2CО3)+ х•М(Н2О), отримуємо рівняння:
108 + х • 18 = 286
х = (286 - 108) : 18
х = 10
Отже, формула кристалогідрату Na2CО3 • 10Н2О.
Вправа 52. У народних казках трапляється ситуація, коли герой вичавлює воду з каменя. Чи можливо таке з хімічної точки зору? Можливо, якщо припустити, що камінь - це кристалогідрат. Кристалогідрати є нестійкими сполуками, які під час нагрівання легко втрачають кристалізаційну воду, перетворюючись на звичайні безводні солі.
Вправа 53. Як ви вважаєте, чи відрізняється механізм розчинення молекулярних і йонних речовин? Механізм розчинення цих речовин практично не відрізняється. Речовини з яким типом зв’язку краще розчиняються у воді? З йонним та ковалентним полярним зв’язками. Відповідь обґрунтуйте. Молекула води являє собою диполь, тобто частинку, на різних кінцях якої є різнойменні заряди. Існує правило, що подібне розчиняється в подібному. Тому у воді (полярному розчиннику) добре розчиняються речовини молекулярної будови, що мають полярні молекули, а також речовини йонної будови.