Явление коагуляции. 
Задачи и упражнения по общей химии

Коагуляция процесс слипания частиц с образованием более крупных агрегатов. Внешне коагуляция проявляется в помутнении золя, в изменении окраски золя, в выпадении твёрдой фазы в осадок или в образовании студнеобразной массы.

Коагуляция происходит вследствие уменьшения электрокинетического.

(или потенциала или вследствие потери сольватной оболочки.

Коагуляцию коллоидных растворов можно вызвать нагреванием, замораживанием, интенсивным перемешиванием, прибавлением к золю электролита.

Наиболее изучена коагуляция при добавлении к золю электролитов. Коагуляция электролитами подчиняется правилам ШульцеГарди, которые можно сформулировать следующим образом:

• 1) коагуляцию вызывает ион, заряженный противоположно грануле золя;
• 2) чем больше заряд коагулирующего иона, тем сильнее его коагулирующее действие.

Минимальное количество электролита, прибавляемое к золю, которое может вызвать коагуляцию золя, называют порогом коагуляции С (пор) моль/л.

Примеры решения задач Пример 2. Определение заряда коллоидных частиц.

Золь иодида серебра AgJ получен при добавлении к 0,02 л 0,01н. раствора KJ 0,028 л 0,005 н. AgNO3. Определите заряд полученного золя и напишите формулу его мицеллы.

Решение:

При смешивании растворов AgNO3 и KJ протекает реакция:

AgNO3 + KJ = AgJ + KNO3.

Определяем количества AgNO3 и KJ, участвующих в реакции:

• а) n (AgNO3)= 0,005. 0,028 = 1,4. 104 (моль);
• б) n (KJ) = 0,02. 0,01 = 2,0 .104 (моль).

Расчёт показывает, что в растворе избыток KJ, следовательно, ядром коллоидных частиц золя иодида серебра будут адсорбироваться ионы J — и частицы золя приобретают отрицательный заряд. Противоионами являются ионы К+. Формула мицеллы золя иодида серебра при условии избытка KJ имеет вид:

{m[AgJ] ;

Пример 3. Определение минимального объёма электролита, необходимого для получения золя.

Какой объём 0,002 н. раствора BaCl2 надо прибавить к 0,03 л 0,0006 н. Al2(SO4)3, чтобы получить положительно заряженные частицы золя сульфата бария. Напишите формулу мицеллы золя BaSO4.

Решение:

Образование золя BaSO4 происходит по уравнению:

BaCl2 + Al2(SO4)3 = 3BaSO4 + 2AlCl3.

Если вещества участвуют в стехиометрических соотношениях, то для реакции необходимо:

(л) раствора BaCl2.

Для получения положительных частиц золя BaSO4 в растворе должен быть избыток хлорида бария по сравнению с сульфатом алюминия. Следовательно, для реакции нужно взять более 0,009 л 0,002 н. раствора BaCl2.

Формула мицеллы золя сульфата бария:

Пример 4. Вычисление порога коагуляции электролита с учётом его концентрации.

В каждую из трёх колб налито по 0,01 л золя хлорида серебра. Для коагуляции этого золя в первую колбу добавлено 0,002 л 1н. NaNO3, во вторую — 0,012 л. 0,01н. Сa (NO3)2; в третью — 0,007 л. 0,001н. Al (NO3)3. Вычислите пороги коагуляции электролитов, определите знак заряда частиц золя.

Решение:

Минимальное количество электролита, прибавляемого к золю, которое может вызвать коагуляцию золя, называется порогом коагуляции Спор (ммоль/л). Порог коагуляции может быть рассчитан по формуле:

где СЭ эквивалентная концентрация электролита (моль/л);

VЭл, VЗ соответственно объёмы электролита и золя, л.

Вычисляем пороги коагуляции добавляемых электролитов:

Добавляемые электролиты — NaNO3, Ca (NO3)3 и Al (NO3)3 cодержат анион NO3 и катионы Na+, Ca2+, Al3+ разной зарядности. Наименьший порог коагуляции у Al (NO3)3, следовательно, частицы золя хлорида серебра заряжены отрицательно.

Пример 5. Расчёт порога коагуляции.

Пусть молярная концентрация исходного электролита будет равна С, объём его, вызвавший коагуляцию, V; тогда число миллимолей электролита:

.

Порог коагуляции относится к одному литру золя, и если для его определения было взято w мл золя, то величина порога коагуляции будет:

(ммоль/л) Контрольное задание.

• 1. При достаточно медленном введении вещества В в разбавленный раствор вещества, А возможно образование гидрозоля вещества С.
• а) Напишите формулу мицеллы золя и укажите знак заряда коллоидных частиц этого золя.
• б) Какое из рекомендованных веществ является наиболее эффективным коагулятором этого золя?

• 2. Золь иодида серебра получен при добавлении к 20 мл 0,01н. раствора KJ к 15 мл 0,15% ного раствора AgNO3 (плотность d = 1г/мл). Каков заряд и строение мицеллы?
• 3. Частицы сульфата бария, полученного смешением равных объёмов BaCl2 и H2SO4 перемещаются в электрическом поле к катоду. Одинаковы ли исходные концентрации растворов? Записать строение мицеллы золя.
• 4. Для коагуляции 100 мл золя гидроокиси железа потребовалось добавить следующие количества каждого из электролитов: 10,5 мл 1н. раствора KCl; 62,5 мл 0,01н. раствора Na2SO4 и 37 мл 0,001 н. раствора Na3PO4. Определите знак заряда золя и пороги коагуляции. Записать формулу мицеллы золя.
• 5. Даны пороги коагуляции для следующих электролитов (моль/л):

KNO3 — 50; MgCl2 — 0,717; Na3PO4 — 43 ;

Na2SO4 — 49; MgSO4 0,810; AlCl3 — 0,099. Каков заряд частиц золя?

• 6. Порог коагуляции золя Al (OH)3 составляет 0,63 ммоль/л. Какой объём 0,01 М раствора K2Cr2O7 надо добавить к 100 мл золя, чтобы вызвать его коагуляцию?
• 7. Золь иодистого серебра получен путём смешивания равных объёмов
• 0,1 н. раствора иодида калия и 0,008 н. раствора нитрата серебра. Какой из электролитов K3[Fe (CN)6] или MgSO4 будет иметь больший порог коагуляции для данного золя и почему?
• 8. Какой объём 0,001 М FeCl3 надо прибавить к 0,3 л 0,02 н. раствора AgNO3, чтобы частицы хлорида серебра двигались в электрическом поле к аноду? Напишите формулу мицеллы золя.
• 9. Золь гидроксида кадмия получен путём сливания растворов хлорида кадмия и гидроксида натрия (один из растворов берётся в избытке). Каков знак заряда коллоидных частиц, если пороги коагуляции 0,1 н. растворами электролитов оказались равными (ммоль/л): K2SO4 — 10, Mg (NO3)2 — 50, K3PO4 — 0,1 .Напишите формулу мицеллы золя.
• 10. Золь сульфата бария получен путём сливания равных объёмов 0,01 н раствора нитрата бария и 0,008 н. раствора сульфата натрия. Какой из двух электролитов: Mg3(PO4)2 или FeCl3 будет иметь больший порог коагуляции для данного золя?
• 10. Окислительновосстановительные реакции

Химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов, называются окислительновосстановительными.

Основные положения теории окислениявосстановления.

1. Процесс отдачи электронов атомом или ионом называется окислением:

S0 4e S4+ (окисление) Атом или ион, который отдаёт электроны, называется восстановителем (восстановитель): Zn0 2e Zn2+ (окисление).

2. Процесс присоединения электронов атомом или ионом называется восстановлением: S6+ + 8e S2 (восстановление).

Атомы или ионы, принимающие электроны, называются окислителями (окислитель): Cl + e Cl0 (восстановление).

Окислитель во время реакции восстанавливается, а восстановитель окисляется. Окисление невозможно без одновременно протекающего с ним восстановления и наоборот, восстановление одного вещества невозможно без одновременного окисления другого.

3. В окислительновосстановительных процессах количество электронов, отданных в процессе окисления, всегда должно быть равно количеству электронов, принятых в процессе восстановления.

Пример:

Cu2+O2 + H20 = Cu0 + H2O2.

окислитель Cu2+ +2e Cu0 восстановление восстановитель H20 2e 2H+ окисление.

4. Уравнивание количества отданных и принятых электронов производят путём подбора коэффициентов с предварительным составлением уравнения электронного баланса Пример:

Pb2+S2 + HNO3 S0 + Pb2+(NO3)2 + N2+O2 + H2O.

восстановитель S2 — 2e S0 3 окисление окислитель N5+ + 3e N2+ 2 восстановление.

• 3PbS + 8HNO3 3S + 3Pb (NO3)2 + 2NO + 4H2O.
• 5. При составлении уравнения электронного баланса необходимо исходить из такого количества атомов или ионов сколько их входит в состав молекулы исходного вещества, а иногда в состав молекулы продуктов реакции

Пример:

K2Cr26+O7 + H2SO4 +KJ J20 + Cr23+(SO4)3 + K2SO4 +H2O.

окислитель 2Cr6+ + 6e 2Cr3+ 2 1 восстановитель 2J 2e J20 6 3 окисление.

6. Окислительновосстановительные процессы протекают чаще всего при наличии среды: нейтральной, кислой или щелочной.

Подбор коэффициентов в окислительновосстановительных реакциях При подборе коэффициентов надо учитывать основное положение: число электронов, отданных восстановлением, равно числу электронов, полученных окислением.

После выявления окислителя, восстановителя, к соответствующему равенству реакции составляют цифровую схему перехода электронов (уравнение электронного баланса).

Пример 1. Al + Cl2 AlCl3, где Al — восстановитель, Cl2 окислитель.

Схема перехода электронов:

Al0 3e Al+3 3 1 окисление.

Cl0 + e Cl1 1 3 восстановление Из данной схемы видно, что на один окисляющийся атом алюминия требуется три атома хлора, воспринимающие эти три электрона (смотри вторую графу). Следовательно, на каждый атом алюминия необходимо три атома хлора или на два атома алюминия три молекулы хлора. Получаем коэффициенты:

2Al + 3Cl2 = AlCl3.

Пример 2. N3H3 + O02 N2+O2 +H2O, где O2 типичный окислитель, а N3H3 играет роль восстановителя.

Составляем схему (электронный баланс):

N3 5e N+2 5 2 4 окисление.

O0 + 2e O2 2 5 10 восстановление На 4 атома азота требуется 10 атомов или 5 молекул кислорода. Получаем коэффициенты:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.

Особые случаи составления равенств окислительновосстановительных реакций.

1. Если в реакции число электронов, теряемых восстановителем, и число электронов, принимаемых окислителем, является чётными числами, то при нахождении коэффициентов число электронов делят на общий наибольший делитель.

Пример:

H2SO3 + HClO3 H2SO4 +HCl.

восстановитель S+4 2е S+6 6 3 окисление окислитель Cl+5 + 6e Cl 2 1 восстановление Коэффициентами у восстановителя и окислителя будут не 2 и 6, а 1и 3:

3H2SO3+3HClO3=3H2SO4+HCl.

Если же число электронов, теряемых восстановителем и приобретаемых окислителем, нечетно, а в результате реакции должно получиться чётное число атомов, то коэффициенты удваиваются.

Пример:

KJ + KMn+7O4 + H2S+6O4 Jo2 + K2S+6O4 + Mn+2SO4 + H2O.

восстановитель J 1e Jo 5 10 окисление окислитель Mn+7 + 5e Mn+2 1 2 восстановление Коэффициентами у окислителя и восстановителя будут не 1 и 5, а 2 и 10:

• 10KJ + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5J2 + 6K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O.
• 2. Иногда восстановитель или окислитель расходуется дополнительно на связывание образующихся в результате реакции продуктов.

Пример:

HBr + KMn+7O4 + HBr Br02 + KBr + Mn+2 Br20 + H2O.

восстановитель Br e Br0 5 10 окисление окислитель Mn+7 + 5e Mn+2 1 2 восстановление В этой реакции десять молекул HBr реагируют как восстановители, а шесть молекул HBr необходимы для связывания получающихся веществ (солеобразование):

• 10HBr + 2KMnO4 + 6HBr = 5Br2 + 2KBr + 2MnBr2 + 8H2O.
• 3. Окисляются одновременно и положительные и отрицательные ионы молекулы восстановителя.

Пример:

As2+3S32 + HN+5O3 H3As+5O4 + H2S+6O4 + N+2O + H2O.

Здесь ионы As+3 окисляются в ионы As2+3 и одновременно ионы S2 окисляются в ионы S+6 а анионы N+5 восстанавливаются до N+2.

2Аs+3 4e 2Аs+5.

восстановители 3S2 24e 3S+6 окисление окислитель N+5 + 3e N+2 восстановление В этой реакции на каждые три молекулы As2S3 реагируют 28 молекул HNO3. Проверяем правильность составления равенств реакции путём подсчёта атомов водорода и кислорода в правой и левой частях. Таким образом, находим, что в реакцию вступают ещё 4 молекулы воды, которые должны быть приписаны к левой части равенства для окончательной его записи:

3As2S3 + 28HNO3 + 4H2O = 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO.

2As+3 -4e2As+5 4.

3S2 -24e3S+ 24.

восстановители 2As+3 + 3S2 28e 2As+5 + 3S+6 3 окисление окислитель N+5 + 3e N+2 28 восстановление.

4. Восстановителем и окислителем являются ионы одного и того же элемента, но входящие в состав различных веществ.

Пример:

KJ + KJ+5O3 + H2SO4 J02 + K2SO4 + H2O.

восстановитель J е J0 5 окисление окислитель J+5 + 5e J0 1 восстановление Следовательно, равенство реакции.

• 5KJ + KJO3 + 3H2SO4 = 3J2 + 3K2SO4 + 3H2O.
• 5. Восстановителем и окислителем являются ионы одного и того же элемента, входящие в состав одного вещества (самоокисление самовосстановление).

Пример:

HN+3O2 HN+5O3 + N+2O + H2O.

восстановитель N+3 2e N+5 1 окисление окислитель N+3 + e N+2 2 восстановление Следовательно, равенство реакции.

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O.

Контрольное задание Вариант № 1.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) Fe (NO3)2 + O2 + H2O = Fe (NO3)2OH;
• б) H5IO6 = I2O5 + O2 + H2O;
• в) ReCl6 + KOH = KReO4 + ReO2 + KCl + H2O;
• г) Cu + HNO3 = Cu (NO3)2 + NO +H2O;
• д) азотистая кислота + перманганат калия + серная кислота = азотная кислота + сульфат марганца (II) + сульфат калия + вода.

Вариант № 2.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) K2MnO4 + H2O = KMnO4 + MnO2 + KOH;
• б) TiO2 + C + Cl2 = TiCl4 + CO;
• в) NaBrO3 + H2SO4 + NaBr = Br2 + Na2SO4 + H2O;
• г) PbO2 + HNO3 + H2O2 = Pb (NO3)2 + O2 + H2O;
• д) пероксид водорода + перманганат калия = оксид марганца (IV) + гидроксид калия + кислород + вода.

Вариант № 3.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) CuI2 + H2SO4 + KMnO4 = CuSO4 + I2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O;
• б) RhF6 + Cl2 = RhF3 + ClF;
• в) Ca3(PO4)2 + C + SiO2 = Ca2SiO4 + P4 + CO;
• г) K2Cr2O7 + H2SO4 + K2SO3 = Cr2(SO4)3 + H2O + K2SO4;
• д) хлорид железа (II) + перманганат калия + соляная кислота = хлорид железа (III) + хлорид марганца (II) + хлорид калия + вода.

Вариант № 4.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) NaNO2 + KI + H2SO4 = I2 + Na2SO4 +NO + H2O + K2SO4;
• б) NH3 + Br2 = N2 + NH4Br;
• в) K2Cr2O7 + HCl = CrCl3 + Cl2 + KCl + H2O;
• г) FeSO4 + HNO3 = Fe (NO3)3 + NO2 + H2O + H2SO4;
• д) гипобромит калия + хлорид марганца (II) + гидроксид калия = бромид калия + оксид марганца (IV) + хлорид калия + вода.

Вариант № 5.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 = MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O;
• б) AgNO3 = Ag + NO2 + O2;
• в) Cr2O3 + NaNO3 + NaOH = Na2CrO4 + NaNO2 + H2O;
• г) H2O2 + KOH + MnSO4 = H2O + MnO2 + K2SO4;
• д) цинк + нитрат калия + гидроксид калия = цинкат калия + нитрит калия + вода.

Вариант № 6.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) HMnO4 = MnO2 + O2 + H2O;
• б) FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O;
• в) KMnO4 + HCl = Cl2 + MnCl2 +KCl + H2O;
• г) As2S3 + HNO3 + H2O = H3AsO4 + H2SO4 + NO;
• д) медь + серная кислота = сульфат меди (II) + оксид серы (IV) + вода.

Вариант № 7 Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) KMnO4 + NH3 = KNO3 + MnO2 + KOH + H2O;
• б) HI + H2SO4 = I2 + S + H2O;
• в) NaCrO2 + Br2 + NaOH = Na2CrO4 + NaBr + H2O;
• г) Ca (ClO3)2 + Na2S + H2O = CaCl2 + S + NaOH;
• д) дихромат калия + сероводородная кислота + серная кислота = сульфат хрома (III) + сера + сульфат калия + вода.

Вариант № 8.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) NaClO4 + H2SO4 + Sb = NaCl + H2O + Sb2(SO4)3;
• б) CuI2 + H2SO4 + KMnO4 = CuSO4 + I2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O;
• в) K2Se + NaNO3 = K2SeO4 + NaNO2;
• г) CrCl3 + Br2 + NaOH = Na2CrO4 + NaBr + NaCl + H2O;
• д) нитрит натрия + иодид натрия + серная кислота = монооксид моноазота + йод + сульфат натрия + вода.

Вариант № 9.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) H2S + KMnO4 + H2SO4 = S + MnSO4 + K2SO4 + H2O;
• б) Fe (CrO2)2 + O2 + K2CO3 = Fe2O3 + K2CrO4 + CO2;
• в) Cr (NO3)3 = Cr2O3 + NO2 + O2;
• г) P + HNO3 = H3PO4 +NO2 + H2O;
• д) нитрит аммония = азот + вода.

Вариант № 10.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) Na2SO3 + K2Cr2O7 + H2SO4 = Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O;
• б) S + H2SO4 = SO2 + H2O;
• в) PbO2 + MnSO4 + HNO3 = PbSO4 + HMnO4 + Pb (NO3)2 + H2O;
• г) Cu + H2SO4 = CuSO4 + SO2 + H2O;
• д) нитрат серебра (I) = серебро + диоксид азота + кислород.

Вариант № 11.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) CrCl3 + KMnO4 + KOH = K2CrO4 + MnO2 + KCl + H2O;
• б) Fe2O3 + KNO3 + KOH = K2FeO4 + KNO2 + H2O;
• в) Na2SO3 = Na2S + Na2SO4;
• г) K2MnO4 + H2O = MnO2 + KMnO4 + KOH;
• д) хлорат калия + сульфат железа (II) + серная кислота = хлорид калия + сульфат железа (III) + вода.

Вариант № 12.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) Cr2O3 + Na2CO3 + O2 = Na2CrO4 + CO2;
• б) B + NaOH + O2 = NaBO2 + H2O;
• в) Na2SO3 = Na2S + Na2SO4;
• г) СuS + HNO3 = CuSO4 + NO2 + H2O;
• д) хлорид железа (II) + перманганат калия + соляная кислота (разбавленая) = хлорид железа (III) + хлорид марганца (II) + хлорид калия + вода.

Вариант № 13.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) Fe (NO3)2 + O2 + H2O = Fe (NO3)2OH;
• б) H5IO6 = I2O5 + O2 + H2O;
• в) ReCl6 + KOH = KReO4 + ReO2 + KCl + H2O;
• г) Cu + HNO3 = Cu (NO3)2 + NO +H2O;
• д) азотистая кислота + перманганат калия + серная кислота = азотная кислота + сульфат марганца (II) + сульфат калия + вода.

Вариант № 14.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса).

Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) K2MnO4 + H2O = KMnO4 + MnO2 + KOH;
• б) TiO2 + C + Cl2 = TiCl4 + CO;
• в) NaBrO3 + H2SO4 + NaBr = Br2 + Na2SO4 + H2O;
• г) PbO2 + HNO3 + H2O2 = Pb (NO3)2 + O2 + H2O;
• д) пероксид водорода + перманганат калия = оксид марганца (IV) + гидроксид калия + кислород + вода.

Вариант № 15.

Подберите коэффициенты в приведённых уравнениях реакций (методом электронного или электронноионного баланса). Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель. Укажите тип окислительновосстановительной реакции.

• а) CuI2 + H2SO4 + KMnO4 = CuSO4 + I2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O;
• б) RhF6 + Cl2 = RhF3 + ClF;
• в) Ca3(PO4)2 + C + SiO2 = Ca2SiO4 + P4 + CO;
• г) K2Cr2O7 + H2SO4 + K2SO3 = Cr2(SO4)3 + H2O + K2SO4;
• д) хлорид железа (II) + перманганат калия + соляная кислота = хлорид железа (III) + хлорид марганца (II) + хлорид калия + вода.