Что значит реакция нейтрализации. Реакция нейтрализации: определение, примеры, применение
Тема урока: «Реакция нейтрализации как пример реакции обмена»
Цель урока: формировать представление о реакции нейтрализации как частном случае реакции обмена.
Задачи:
Создать условия для развития представлений о реакции нейтрализации как частном случае реакции обмена;
Расширить знания учащихся о свойствах кислот и оснований;
Продолжить развитие умений составления уравнений химических реакций;
Воспитывать наблюдательность и внимание в ходе проведения демонстрационного эксперимента.
Тип урока : комбинированный
Оборудование и реактивы : соляная кислота, растворы гидроксида натрия, гидроксида меди (II), фенолфталеин, пробирки.
Ход урока
Организационный момент.
Ребята давайте продолжим наше путешествие по стране под название Химия. На прошлом уроке мы знакомились с городом под названием Основания и с его жителями. Основные жители данного города – это основания. Дайте определение понятию «основание». Ну а теперь давайте проверим, как вы справились с домашним заданием.
Проверка домашнего задания.
№ 7, 8.
Опрос и дальнейшая актуализация знаний.
Какие классы неорганических веществ вы знаете?
Дайте определение понятиям «оксиды», «кислоты», «соли».
С какими веществами реагирует вода?
Какие вещества образуются при реакции воды с основными и кислотными оксидами?
Как доказать, что в результате взаимодействия воды с кислотным оксидом образуется кислота?
Что такое индикаторы?
О каком индикаторе идёт речь?
От щелочи я жёлт, как в лихорадке,
Краснею от кислот, как от стыда.
И я ищу спасительную влагу,
Чтоб не смогла заесть меня среда.
(Метилоранж.)
Попасть в кислоту для него неудача,
Но он перетерпит без вздоха и плача.
Зато в щелочах у такого блондина
Начнётся не жизнь, а сплошная малина.
(Фенолфталеин.)
Какие ещё индикаторы вы знаете?
Дайте определение понятиям «кислотный оксид», «основный оксид».
На какие группы делятся основания?
В какой цвет окрашивается фенолфталеин, метилоранж, лакмус в растворе щелочи?
Изучение нового материала.
Вы уже знаете, что щелочи это растворимые основания, при работе с ними необходимо соблюдать особые правила безопасного поведения, так как они оказывают разъедающее действие на нашу кожу. Но их можно «обезвредить», добавив к ним раствор кислоты – нейтрализовать. И тема сегодняшнего урока: «Реакция нейтрализации как пример реакции обмена» (запись темы на доске и в тетради).
Цель сегодняшнего урока: формировать представление о реакции нейтрализации; научится записывать уравнения реакций нейтрализации.
Давайте вспомним, какие вы уже знаете типы химических реакций. Определите тип данных реакциях
Na 2 O + H 2 O = 2 NaOH
2H 2 O = 2H 2 + O 2
Zn + 2HCl =ZnCl 2 +H 2
Дайте определение данным типам реакций.
Так же вы уже знаете, что если к щелочи добавить фенолфталеин, то раствор станет малинового цвета. Но если к этому раствору добавить кислоту, окраска исчезает (дем. взаимодействия NaOH и HCl ). Это произошла реакция нейтрализации.
Запись уравнения на доске: NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
В результате получается соль и вода.
Давайте все вместе попробуем дать определение реакции нейтрализации.
Реакция нейтрализации не относится ни к одному из известных до сих пор типов реакций. Это реакция обмена. Общая схема реакции обмена: AB +CD =AD + CB
То есть это реакция между сложными веществами, в ходе которых они обмениваются своими составными частями.
А кто знает, какая кислота находится у нас в желудке? Как вы думаете, почему при изжоге рекомендуется, если под рукой нет таблетки, выпить немного раствора соды?
Дело в том, что раствор соды тоже имеет щелочную среду и когда мы выпиваем этот раствор, происходит реакция нейтрализации. Раствор соды нейтрализует соляную кислоту, находящую в нашем желудке.
Как вы думаете, вступают ли в реакцию с кислотами нерастворимые основания? (Ответы учащихся). Дем. взаимодействия Cu(OH) 2 и HCl .
Запись уравнения на доске: Cu(OH) 2 + 2 HCl = CuCl 2 + 2 H 2 O .
Закрепление
Допишите следующие уравнения реакций:
а ) KOH+ H 2 SO 4 = …;
б ) Fe(OH) 2 + HCl =…;
в ) Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 =…. .
Какие исходные вещества необходимо взять для получения следующих солей по реакции нейтрализации: Ca ( NO 3 ) 2 ; NaI ; BaSO 4.
Даны вещества: HCl ; H 2 SO 4 ; Fe ( OH ) 3 . Составьте уравнения всех возможных реакций нейтрализации между ними.
Физкультминутка: Учитель показывает вещества, а учащимся необходимо определить к какому классу веществ относится вещество и выполнять следующие действия: оксид – руки вверх, соль – встать, кислота – руки в стороны, основания – ничего не делать.
Обобщение
Закончите предложенную схему
Основные классы неорганических веществ
СО 2 ; Na 2 O ? ? ?
Н 2 SO 4 ; HCl NaOH;Ca(OH) 2 CaCl 2; Na 2 SO 4
2.Закончите нижеприведённые предложения:
Группа атомов ОН называется …..
Валентность этой группы постоянная и равна ….
Основания состоят из атомов …. и одной или нескольких …. .
К химическим свойствам оснований можно отнести их действие на … .При этом индикаторы приобретают окраску: лакмус - ….; фенолфталеин - ….; метилоранж - … .
Кроме того, основания вступают в реакцию с …. .
Эта реакция называется реакцией …
Продуктами этой реакции являются …. и …. .
Реакция обмена – это реакция между …. веществами, при которой они обмениваются своими … частями.
Реакция нейтрализации – это частный случай реакции … .
VII Рефлексия
Что на сегодняшнем уроке нового вы узнали? Достигли ли мы целей, поставленных на уроке?
Домашнее задание: § 33 № 6, подготовится к практической работе № 6
Дополнительная информация: Знаете ли вы, что женщины Древней Руси мыли волосы раствором еловой золы или золы подсолнечника? Раствор золы мылкий на ощупь и называется «щелок». Такой раствор имеет щелочную среду, как и вещества, которые мы изучаем. По-арабски зола – «аль-кали».
Историческое названия важнейших щелочей: гидроксид натрия – едкий натр, гидроксида калия – едкий кали. Щелочи используются для производства стекла и мыла.
Загадка:
В ней металл и кислород,
Да ещё плюс водород.
И такое сочетание
Называют -….. (основание)
Леонид Чуешков
Впереди всегда здесь «аш»,
А за ним что остаётся.
Она щиплется и жжётся.
И на первый взгляд проста,
А зовётся - … (кислота)
Леонид Чуешков
Реакция нейтрализации считается одной из важнейших для кислот и оснований. Именно это взаимодействие предполагает образование воды в качестве одного из продуктов реакции.
Механизм
Проанализируем уравнение реакции нейтрализации на примере взаимодействия гидроксида натрия с соляной (хлороводородной) кислотой. Катионы водорода, образующиеся в результате диссоциации кислоты, связываются с гидроксид-ионами, которые образуются при распаде щелочи (гидроксида натрия). В итоге между ними протекает реакция нейтрализации
H+ + OH- → H 2 O
Характеристика химического эквивалента
Кислотно-основное титрование взаимосвязано с нейтрализацией. Что такое титрование? Это способ вычисления имеющейся массы основания либо кислоты. Он предполагает измерение количества щелочи либо кислоты с известной концентрацией, которое необходимо брать для полной нейтрализации второго реагента. Любая реакция нейтрализации предполагает применение такого термина как «химический эквивалент».
Для щелочи это то количество основания, которое в случае полной нейтрализации образует один моль гидроксид ионов. Для кислоты химический эквивалент определяется количеством, выделяемым при нейтрализации 1 моль катионов водорода.
Реакция нейтрализации протекает в полном объеме в том случае, если в исходной смеси находится равное количество химических эквивалентов основания и кислоты.
Грамм-эквивалентом считается масса основания (кислоты) в граммах, которые способны образовывать один моль гидроксид-ионов (катионов водорода). Для одноосновной кислоты (азотной, соляной), которые при распаде молекулы на ионы высвобождают по одному катиону водорода, химический эквивалент аналогичен количеству вещества, а 1 грамм-эквивалент соответствует молекулярной массе вещества. Для двухосновной серной кислоты, образующей в процессе электролитической диссоциации два катиона водорода, один моль соответствует двум эквивалентам. Поэтому в кислотно-основном взаимодействии ее грамм-эквивалент равен половине относительной молекулярной массы. Для трехосновной фосфорной кислоты при полной диссоциации, образующей три катиона водорода, один грамм-эквивалент будет равен трети относительной молекулярной массы.
Для оснований принцип определения аналогичен: грамм-эквивалент зависит от валентности металла. Так, для щелочных металлов: натрия, лития, калия - искомая величина совпадает с относительной молекулярной массой. В случае расчета грамм-эквивалента гидроксида кальция, данная величина будет равна половине относительной молекулярной массы гашеной извести.
Пояснение механизма
Попробуем понять, что представляет собой реакция нейтрализации. Примеры такого взаимодействия можно взять разные, остановимся на нейтрализации азотной кислоты гидроксидом бария. Попробуем определить массу кислоты, в которой нуждается реакция нейтрализации. Примеры расчетов приведем ниже. Относительная молекулярная масса азотной кислоты составляет 63, а гидроксида бария 86. Определяем число грамм-эквивалентов основания, содержащегося в 100 граммах. 100 г делим на 86 г/экв и получаем 1 эквивалент Ba(OH) 2 . Если рассматривать данную проблему через химическое уравнение, то можно составить взаимодействие следующим образом:
2HNO 3 + Ba(OH) 2 → Ba(NO 3) 2 + 2H 2 O
По уравнению отчетливо видна вся химия. Реакция нейтрализации здесь протекает полностью в том случае, когда два моль кислоты вступают в реакцию с одним моль основания.
Особенности нормальной концентрации
Ведя речь о нейтрализации, часто используют нормальную концентрацию основания или щелочи. Что представляет собой данная величина? Нормальность раствора демонстрирует то количество эквивалентов искомого вещества, которое существует в одном литре его раствора. С ее помощью проводят количественные вычисления в аналитической химии.
Например, если нужно определить нормальность и молярность 0,5 литра раствора, полученного после растворения 4 граммов гидроксида натрия в воде, сначала необходимо определить относительную молекулярную массу гидроксида натрия. Она составит 40, молярная масса будет 40 г/моль. Далее определяем количественное содержание в 4 граммах вещества, для этого делим массу на молярную, то есть, 4 г:40 г/моль, получаем 0,1 моль. Поскольку молярная концентрация определяется отношением количества моль вещества к общему объему раствора, можно вычислить молярность щелочи. Для этого 0,1 моль делим на 0,5 литра, в итоге получаем 0,2 моль/л, то есть, 0,2 М щелочи. Так как основание является однокислотным, его молярность численно равна нормальности, то есть соответствует 0,2 н.
Заключение
В неорганической и органической химии реакция нейтрализации, протекающая между кислотой и основанием, имеет особое значение. Благодаря полной нейтрализации исходных компонентов происходит реакция ионного обмена, полноту которой можно проверить с помощью индикаторов на кислую и щелочную среду.
Реакции нейтрализации (процесс взаимодействия кислоты и основания) сопровождаются тепловым эффектом. В результате получается соль и вода. Реакции нейтрализации протекают необратимо только в случае нейтрализации сильных кислот сильными основаниями.
например:
K + + OH - + H + + Cl - = K + + Cl - + H 2 O
Необратимость таких реакций обусловлена тем, что в образующихся системах единственным и весьма малодиссоциированным соединением является вода. Ионная форма уравнения в этом случае имеет вид.
Н + + ОН - = Н 2 О
Исключение составляют такие реакции, которые сопровождаются кроме воды образованием трудно растворимого соединения, например:
Ва 2+ + 2ОН - + 2Н + + SO 4 2- = ВаSO 4 + 2H 2 O
При этом, если в реакции участвуют строго эквивалентные количества сильной кислоты и сильной щелочи, то концентрации ионов Н + и ОН - сохраняют значения такие же как и в воде, т.е. среда становится нейтральной. Установлено, что при нейтрализации одного эквивалента сильной кислоты (щелочи) одним эквивалентом сильной щелочи (кислоты) выделяется всегда 57,22 кДж (13,7ккал). Например:
NаОН + НСl -= NаСl + Н 2 О, H= - 13,7 ккал
Это происходит потому, что реакция нейтрализации сильной кислоты (щелочи) сильной щелочью (кислотой) всегда будет сопровождаться реакцией образования воды, а теплота образования одного моля вода из ионов равна 57,22 кДж (13,7 ккал).
При нейтрализации слабой кислоты (щелочи) сильной щелочью (кислотой) будет выделяться больше или меньше,чем 57,22 кДж (13,7 ккал) количества тепла (приложение табл. I).
Примеры других типов реакции нейтрализации
слабой кислоты сильным основанием:
СН 3 СООН + КОН СН 3 СОOK +Н 2 О
СН 3 СООН + ОН - СН 3 СОO - +Н 2 O
слабого основания сильной кислотой:
NН 4 ОН + НNО 3 NH 4 NО 3 + Н 2 О
NН 4 ОН +Н + NH 4 + +Н 2 О
3) слабого основания слабой кислотой:
NН 4 OН +СН 3 СООН СН 3 СООNH 4 +Н 2 O
NН 4 OН +СН 3 СООН NH 4 + + СН 3 СОО - + Н 2 O
В образующихся системах равновесие сильно смещено вправо, т.е. в сторону образования воды, но не до конца, так как вода в них не единственное малодиссоциированное вещество.
При строго эквивалентных количествах, первая система имеет слабощелочную, вторая - слабокислую, а третья - нейтральную реакции. В последнем случае нейтральность системы не означает, что эта реакция протекает необратимо, а является следствием равенства констант диссоциации NН 4 OН и уксусной кислоты.
Задание
Опыт 1.
Нейтрализация серной кислоты едким натром в две стадии.
1) в калориметр отмерить 50мл одномолярного растворасерной кислоты Н 2 S0 4 ;
2) измерить температуру раствора кислоты t 1 в калориметре;
3) быстро (и без потерь) влить в кислоту 25 мл двумолярного раствора щелочи NaOH из сосуда и осторожно перемешать полученный раствор кислой соли NаHS0 4 (объем V1);
4) определить температуру t 2 раствора после реакции, которая протекает по уравнению:
H 2 SO 4 + NaOH = NaНSO 4 + H 2 O H 1 = ? (1)
где H 1 - теплота реакции;
5) определить разность температур t 1 = t 2 – t 1 и объем V 1 полученного раствора;
6) к полученному раствору NaНSO 4 быстро прилить оставшиеся 25 мл раствора щелочи, перемешать и определить температуру раствора t 3 . В данном случае кислая соль превращается в среднюю по реакции:
NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O H 2 = ? (2)
где H 2 - теплота реакции;
7) определить разность температур t 2 = t 3 – t 2 и объем V 2 полученного раствора;
8) результаты опыта занести в табл. 1;
Таблица 1
________________________________________________________________
| 50 | 25 | t 1 | 1.09 (V1) | 5.02 (V1) | H 1 |
| | 25 | t 2 | 1.12 (V2) | 6.28 (V) | H 2 |
|________________________________________________________________|
Опыт 2.
Нейтрализация серной кислоты едким натром в одну стадию.
Проводить опыт в следующем порядке:
1) в калориметр отмерить 50мл одномолярного растворасерной кислоты Н 2 S0 4 ;
2) измерить температуру раствора кислоты t 4 в калориметре;
3) быстро (и без потерь) влить в кислоту 50 мл двумолярного раствора щелочи NaOH из сосуда и осторожно перемешать полученный раствор средней соли Nа 2 S0 4 ;
4) определить температуру t 5 раствора реакции полной нейтрализации,
H 2 SO 4 + 2 NaOH = Na 2 SO 4 + 2 H 2 O: H 3 (3)
где H 3 - теплота реакции;
5) определить разность температур t 3 = t 5 – t 4 и объем V 3 полученного раствора;
6) результаты опыта занести в табл. 2;
Таблица 2 ___
_____________________________________________________________
| Объем раствора, мл | Разность | Плотность | Теплоемкость | Наблюдаемая |
|__________________|темпера- | раствора, | Дж/(г.К) | теплота, |
| H 2 SO 4 | NaOH | тур, С | г/моль | | кДж/моль |
|________________________________________________________________|
| 50 | 50 | t 3 | 1.12 | C3 = 6.28 | H 3 |
|________________________________________________________________|
9) вычислить энтальпию (H 1 , H 2 ,H 3) реакции нейтрализации по формуле:
10) вычислить суммарную теплоту H 1 + H 2 реакции нейтрализации;
11) сравнить значение суммарной теплоты реакции H 1 + H 2 со значением H 3 и сделать соответствующие выводы;
12) вычислить абсолютную и относительную ошибки определения теплоты реакции (3);
13) записать уравнение реакции (1, 2 и 3) в виде термохимических уравнений.
Результаты работы
Проведем опыт нейтрализации серной кислоты едким натром в две стадии
Таблица 1
Проведем опыт нейтрализации серной кислоты едким натром в одну стадию
по схеме описанной выше, а результаты измерений занесем в таблицу.
Таблица 2
Вычислим энтальпию (H 1 , H 2 ,H 3) реакции нейтрализации по формуле:
H = V * d * C * t * 10 * 0.001,
где H - соответствующая теплота реакции; V - объем полученного раствора соли, мл; d - плотность данного раствора, г/см 3 ; С - удельная теплоемкость раствора, Дж(ккал); t - соответствующая разность наблюдаемых температур до реакции и после реакции, °С; 10 - коэффициент пересчета теплоты реакции на один эквивалент, взятой для нейтрализации кислоты; 0,001 - коэффициент пересчета, кДж (ккал);
H 1 = 75 * 1.09 * 5.02 * * 10 * 0.001 = 40.92 кДж
H 2 = 100 * 1.12 * 6.28 * * 10 * 0.001 = 19.06 кДж
H 3 = 100 * 1.12 * 6.28 * * 10 * 0.001 = 60.77 кДж
Вычислим суммарную теплоту H 1 + H 2 реакции нейтрализации:
H 1 H 2 = 59.98 кДж
Сравнивая значение суммарной теплоты реакции H 1 + H 2 со значением H 3 видим, что они практически равны. Этот говорит о том, что тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном давлении или при постоянном объеме, не зависит от пути реакции, а зависит только от природы исходных и конечных веществ и их состояния (закон Гесса).
Вычислим абсолютную и относительную ошибки определения теплоты реакции (3).
Стандартная теплота образования моля воды составляет H 0 = 57,22 кДж.
Абсолютная погрешность определения теплоты реакции:
|H 3 -H 0 | = |60,77 – 57,22| = 3,55 кДж.
Относительная погрешность определения теплоты реакции:
|H 3 -H 0 | /H 0 = 3,55/57,22 = 6,2 %
Запишем уравнения реакций (1, 2 и 3) в виде термохимических уравнений:
H 2 SO 4 + NaOH = NaНSO 4 + H 2 O, H 1 = 41 кДж;
NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O, H 2 = 19 кДж;
H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O, H 3 = 61 кДж.
Вывод по работе
Основной принцип, на котором основываются все термохимические расчеты, установлен в 1840г русским химиком, академиком Г И Гессом. Этот принцип, известный под названием закона Гесса и являющейся частным случаем закона сохранения энергии, можно сформулировать так «Тепловой эффект реакции за- висит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса. И это мы доказали при приготовлении раствора сульфата натрия из растворов серной кислоты гидроксида натрия двумя способами.
Итог:
Согласно закону Гесса, тепловой эффект в обоих случаях один и тот же.
Реакция нейтрализации (например, серной кислоты) в водоеме за счет бикарбонатов кальция протекает по формуле Са(НС03)24-Н2304=Са304+2Н20+2С02.[ ...]
Нейтрализация известняком не всегда эффективна, так как в присутствии серной кислоты гипс, образующийся на поверхности частиц известняка, тормозит дальнейший ход реакции нейтрализации.[ ...]
Реакция нейтрализации - это химическая реакция между веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая приводит к потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях: Н+ + 0Н =Н20. В результате концентрация каждого из этих ионов становится равной той, которая свойственна самой воде (около 10 7), т. е. активная реакция водной среды приближается к рН=7.[ ...]
Реакция взаимодействия основания с кислотой, в результате которой получается соль и вода, является реакцией нейтрализации.[ ...]
Нейтрализация фильтрацией заключается в том, что сточную жидкость пропускают через слой фильтрующего материала. При прохождении жидкости через такой фильтр реакция нейтрализации должна полностью заканчиваться. В качестве фильтрующего материала для нейтрализации кислот применяют известняк, мрамор и доломит. Этот способ имеет ряд преимуществ: он более прост и дешев, эффективен при неравномерной концентрации кислот в сточных водах.[ ...]
Реакцию нейтрализации кислот можно проводить также и с помощью других реагентов типа оснований. Расход этих веществ для нейтрализации 1 г различных кислот (стехиометрично) приведен в табл. 6.[ ...]
Реакция нейтрализации и вычисление по этой реакции количества неизвестного вещества имеет очень широкое применение в агрохимических лабораториях. Подобного рода вычисления возможны по всем химическим правильно составленным уравнениям.[ ...]
Реакция нейтрализации протекает очень быстро, и при дальнейшем смешивании вся масса сточных вод приобретает одинаковое значение pH в течение нескольких минут.[ ...]
Для нейтрализации вод первого типа могут быть использованы любые из указанных выше реагентов. При нейтрализации вод второго типа соли не только выпадают в осадок, но при больших концентрациях могут отлагаться на поверхности нейтрализующего материала и тормозить ход реакции. Нейтрализация вод третьего типа возможна только растворами щелочей.[ ...]
При реакции нейтрализации серной кислоты с известью или мелом на 98 частей кислоты получаются 172 части двуводного гипса СаЗОд. 2Н20.[ ...]
Способ нейтрализации фильтрованием состоит в том, что кислую сточную воду после предварительного осветления пропускают через слой нейтрализующего материала с такой скоростью, чтобы за время соприкосновения воды с материалом реакция нейтрализации закончилась.[ ...]
В камере реакции не только нейтрализуется свободная кислота, но и заканчивается кристаллизация солей кальция и хлопье-образование гидроокисей металлов, что приводит к окончательной стабилизации pH. С этой точки зрения установка датчика после камер реакции является наиболее рациональной. Однако следует иметь в виду, что устройство устойчивой системы регулирования при помощи промышленных приборов крайне осложняется, если время транспортного запаздывания превышает 10- 15 мин. Исходя из этих соображений, нередко приходится отказываться от расположения датчика регулирующего прибора после камеры реакции, рассчитанной на более чем десятиминутное пребывание воды. В этом случае датчик регулирующего прибора можно устанавливать на выходе из смесителя или где-либо по пути движения воды между смесителем и камерой реакции (или отстойником)-там, где реакция нейтрализации прошла с наибольшей полнотой. В эксплуатационных условиях такое место легко найти путем испытания проб, взятых последовательно по пути движения воды, смешанной с реагентом. Там, где во взятой пробе величина pH остается неизменной после тщательного перемешивания, и замеряется значение регулирующего параметра.[ ...]
Реагенты для нейтрализации кислых сточных вод выбирают в зависимости от вида кислот и их концентрации. Кроме того, учитывают, образуется ли в процессе реакции нейтрализации осадок. Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего следующие: известь в виде пушонки или известкового молока, а также карбонаты кальция или магния в виде суспензии.[ ...]
Метод основан на реакции нейтрализации салициловой кислоты щелочью. Конец реакции фиксируется потенциометром.[ ...]
Выбор реагента для нейтрализации кислых сточных вод зависит от вида кислот и их концентрации, а также от растворимости солей, образующихся в результате химической реакции. Для нейтрализации минеральных кислот применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь в виде пушонки или известкового молока и карбонаты кальция или магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и общедоступны, но имеют ряд недостатков: при этом обязательно устройство усреднителей перед нейтрализационной установкой, затруднительно регулирование дозы реагента по pH нейтрализованной воды, сложно реагентное хозяйство. Скорость реакции между раствором кислоты и твердыми частицами суспензии относительно невелика и зависит от размеров частиц и растворимости образующегося в результате реакции нейтрализации соединения. Поэтому окончательная активная реакция в жидкой фазе устанавливается не сразу, а по истечении некоторого времени (10-15 мин). Сказанное выше относится к сточным водам, содержащим сильные кислоты (Н2504, Н2503), кальциевые соли которых труднорастворимы в воде.[ ...]
Чтобы контролировать реакцию нейтрализации, надо знать, какое количество кислоты или щелочи следует добавить в раствор для получения необходимого значения pH. Для решений этой проблемы может быть использован метод эмпирической оценки стехиометрических коэффициентов, которая осуществляется с помощью титрования.[ ...]
Как видим, знаменитую реакцию аннигиляции е+ +е = 2Ь можно рассматривать, причем логично и обоснованно, как реакцию нейтрализации - вывод, по-моему, не только интересный, но и изящный.[ ...]
Для полного окончания реакции нейтрализации и флокуляции взвеси сточные воды, протекая через резервуар, перемешиваются сжатым воздухом (с целью окисления Ре2+ до Ре3+) или механическим путем. В флоку-лятор (или нейтрализующий резервуар) добавляют соответствующее количество флокулирующих средств, способствующих образованию плотных агломератов из легко осаждаемой взвеси. Флокулятор должен быть в три-шесть раз больше резервуара нейтрализатора.[ ...]
Из представленных выше реакций нейтрализации можно подсчитать, что в стехиометрических условиях расход СаО на 1 г соответствующих соединений будет следующим: H2SO4 - 0,56 г; FeS04 - 0,37 г; НС1-0,77 г; FeCl2 - 0,44 г; HN03 - 0,44 г; Fe(N03h - 0,31 г; Н3РО4 -0,86 г.[ ...]
Важно подчеркнуть, что в реакциях нейтрализации ОН-, образующихся при растворении карбонатов и силикатов, участвуют не только угольная кислота, но и органические кислоты (особенно фульво- и гуминовые), являющиеся агентом интенсивного разложения пород. Сильная диссоциация многих органических кислот приводит к увеличению в воде концентраций Н. Константы диссоциации таких распространенных в природе соединений, как фульво- и гуминовые кислоты, приближаются к и-10-3-« 10"5. Это означает, что они могут снижать pH реальных подземных вод до 3 и менее. В связи с зтим такие органические кислоты интенсивно разлагают силикаты с разрушением их кристаллической решетки. Степень такого разложения тем больше, чем ниже минерализация подземных вод и чем более кислыми они являются.[ ...]
Пример 6. Вычислить продолжительность реакции нейтрализации кислых растворов известковой суспензией, если реакция проводится в периодическом реакторе идеального смещения (РИС-П) .[ ...]
Самую простую систему очистки на основе реакции нейтрализации можно представить в виде измельченного известняка, на который вылили раствор кислоты, а осадок собрали в отстойник.[ ...]
Анализ колебаний концентраций и механизм реакций нейтрализации кислотных железосодержащих сточных вод послужили основанием для выбора параметров регулирования этого процесса. Стало очевидным, что регулировать подачу нейтрализующего реагента только по одному показателю pH недостаточно. Необходим второй параметр, который мог бы реагировать на наличие в воде сернокислого железа и влиять на подачу реагента в соответствии с его текущими концентрациями.[ ...]
С целью обеспечения1 полноты и ускорения хода реакции нейтрализации и осаждения солей тяжелых металлов в камерах реакции производится непрерывное перемешивание сточных вод пропеллерными или лопастными мешалками с вертикальной осью вращения. Частота вращения мешалки принимается не менее 40 мин-1; при частоте вращения 150 мин-1 продолжительность контакта сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов может быть сокращена до 15 мин.[ ...]
Процессы химического улавливания примесей используют для нейтрализации наиболее крупномасштабных загрязнителей окружающей среды: оксидов азота, сернистого ангидрида, сероводорода, галогенов и др. Поскольку конкретные реакции нейтрализации каждого из этих веществ индивидуальны, удобнее имеющиеся способы очистки рассматривать применительно к перечисленным основным газовым загрязнителям.[ ...]
Как видим, все получается весьма строго и логично: в обоих случаях реакция нейтрализации сводится к со единению ионов лиония и лиата; в обеих реакциях получается в качестве продукта нейтрализации соль - хлористый калий.[ ...]
Цри защелачивании нефти можно не учитывать расход реагентов на сероводород, так как в первую очередь в реакцию вступает хлористый водород как более сильная кислота.[ ...]
Реактор можно рассматривать как изолированную систему (потери тепла в окружающую среду незначительные), а процессы нейтрализации, происходящие в нем, являются самопроизвольными и необратимыми. В реакторе будет выделяться в результате реакций нейтрализации около 2,5 Мкал/ч, что, очевидно, соответствует повышению свободной энергии активных веществ отходов при их образовании на промышленных предприятиях.[ ...]
Излюбленное критическое замечание по отношению к теории сольвосистем заключалось в том, что она не может описывать кислотно-основные реакции не в «своем растворителе».[ ...]
Для предупреждения коррозии канализационных очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоисточниках, а также осаждения из сточных вся солей тяжелых металлов, кислые и щелочные воды подвергаются нейтрализации. Наиболее типичная реакция нейтрализации - это реакция между ионами водорода и гидроксила, приводящая к образованию малодиссоциированной воды; Н++ОЬГ = Н20. В результате реакции концентрация каяедого из этих ионов становится одинаковой (около 107), т.е. активная реакция водной среды приближается к pH = 7.[ ...]
Основной причиной образования осадков является взаимодействие сточных вод с пластовыми, когда происходит изменение среды растворов в направлении приближения к pH пластовой воды, т. е. к равновесным пластовым условиям, как правило, близким к нейтральным. Нейтрализация сопровождается гидролизом компонентов сбросных вод. В отдельных случаях за счет контакта с кислыми и щелочными средами может происходить частичное растворение пород, слагающих пласт с последующими, практически неконтролируемыми вторичными образованиями осадков в результате реакций нейтрализации. Кроме того, одной из причин образования осадков может быть введение со сточными водами компонентов, реагирующих с компонентами пластовой воды, в результате чего образуются осадки даже без изменения среды растворов.[ ...]
Электроды, используемые для титрования кислот и оснований, являются индикаторными по отношению к концентрации ионов водорода. Мы рассмотрим два типа электродов: сурьмяный и стеклянный, которые, на наш взгляд, могут с успехом применяться в санитарно-химическом анализе для реакции нейтрализации и определения pH растворов.[ ...]
Нельзя, однако, согласиться, будто вся азотная кислота, выделяемая нитрифицирующими бактериями при окислении азотистой кислоты в почве, будет нейтрализоваться только за счет разложения фосфоритной муки. Даже в некарбонатных почвах почвенный раствор содержит бикарбонат кальция, который станет прежде всего участвовать в реакции нейтрализации (как наиболее подвижный) азотной кислоты. Кроме того, во всякой почве находится значительное количество обменнопоглощенного кальция, легко вытесняемого в раствор водородными ионами азотной кислоты с образованием кальциевой селитры.[ ...]
В клееной бумаге с проклейкой гидрофобным клеем внутри-волоконная диффузия, как свидетельствуют эксперименты, может осуществляться примерно в 1000 раз быстрее, чем через капилляры, проникновению воды в которые препятствуют гидрофобные частицы проклеивающего вещества. Добавление в воду раствора щелочи облегчает диффузию влаги в толщу бумажного листа, так как щелочь способствует набуханию волокон и, следовательно, внутриволоконнбму проникновению влаги. Кроме того, щелочь вступает в реакцию нейтрализации со свободной смолой канифольного клея, вследствие чего создаются условия, способствующие межволоконному проникновению влаги. Именно поэтому добавление в воду щелочного раствора способствует также капиллярному поднятию влаги в полосках бумаги, вертикально подвешенных над поверхностью влаги и касающихся этой поверхности.[ ...]
При таком способе изготовления смесей их выпускают в гранулированном виде, что обеспечивает хорошую их рассеваемость и облегчает применение локальным способом при посеве и посадке растений (в рядки, лунки, борозды). Эти удобрения называются уже сложно-смешанными. Для приготовления их берут в желательной пропорции отвешенные количества простых или сложных порошковидных удобрений (простого или двойного суперфосфата, аммофоса или диаммофоса, аммиачной селитры или мочевины и хлористого калия) и основательно их перемешивают в особом бара-бане-грануляторе. При этом добавляют аммиак для нейтрализации свободной фосфорной кислоты суперфосфата. Реакция нейтрализации протекает с выделением тепла и разогреванием смеси, что способствует ее подсушиванию. Если в смесь не вводят аммофоса или диаммофоса, то ее обогащают жидкой фосфорной кислотой. Благодаря вращению барабана из перемешиваемых порошковидных удобрений образуются гранулы. Их охлаждают, просеивают и обрабатывают водоотталкивающими веществами (чтобы исключить отсыревание). Готовые смеси упаковывают в 5-слойные бумажные мешки или в мешки из полиэтилена. Для выпуска тукосмесей по этому принципу в СССР строится 12 больших заводов с автоматизацией процессов.[ ...]
Впрочем, отметив, что электрон в основных растворителях находится «в свободном состоянии», мы допустили некоторую неточность. Разумеется, такая ничтожная по размерам частица обладает электростатическим полем исключительно высокой напряженности, и поэтому она будет притягивать к себе полярные молекулы растворителя, то есть будет сольватирована. Сольвати-рованный электрон известен и в водных растворах, где он образуется, например, при облучении воды и водных растворов источниками радиоактивного излучения. Но если в воде сольватированный электрон существует весьма непродолжительное время (всегда «к его услугам» в воде имеется достаточно ионов Н30+, чтобы произошла реакция нейтрализации: Н30+ + £-> У2Н2 ■+ ’ + Н20), то в сильноосновных растворителях сольватированный электрон весьма устойчив. Так, растворы натрия в жидком аммиаке хранятся без каких-либо изменений физических и химических свойств в течение нескольких месяцев.[ ...]
Серная кислота из заводского хранилища поступает в емкость, откуда погружным насосом подается в напорный бак, а затем в барабанный реактор. В соответствии с ГОСТом в сульфате алюминия ограничивается содержание свободной серной кислоты и нерастворимого остатка. Выполнение этих требований при непрерывном процессе возможно при наличии автоматической дозировки реагентов - суспензии гидроксида алюминия и серной кислоты. Центробежный насос непрерывно подает суспензию в циркуляционное кольцо, в верхней части которого расположена отборная коробка. Из отборной коробки часть суспензии поступает в барабанный реактор непрерывного действия, а избыток сливается в репульпатор. За счет теплоты разбавления серной кислоты и реакции нейтрализации гидроксида алюминия кислотой температура в реакторе поддерживается в пределах 95-115 °С. Продолжительность пребывания реакционной массы в реакторе составляет 25-40 мин. Плотность реакционной массы 1500 кг/м3. Производительность аппарата составляет 10000 кг/ч при скорости вращения барабана 0,18 с-1. По выходе из реактора концентрированный раствор сульфата алюминия с 13,5 % АЬОз поступает в распыливающие форсунки гранулятора кипящего слоя.
В рассмотренных до сих пор протолитических взаимодействиях (ионизация слабых электролитов и гидролиз ионов солей) обязательным компонентом являлась вода, молекулы которой, проявляя свойства амфолита, выступали или донором, или акцептором протона, обеспечивая протекание указанных взаимодействий. Теперь рассмотрим непосредственное взаимодействие кислот и оснований между собой, т. е. реакции нейтрализации.
Реакцией нейтрализации называется протолитическое взаимодействие кислоты и основания, в результате которого образуется соль и вода.
В зависимости от силы участвующих кислоты и основания реакция нейтрализации может быть практически необратимой или обратимой в разной степени.
При взаимодействии любой сильной кислоты с любым сильным основанием (щелочью) из-за того, что эти реагенты полностью диссоциированы на ионы, сущность такой реакции независимо от природы реагентов выражается одним и тем же молекулярно-ионным уравнением:
В процессе нейтрализации сильной кислоты щелочью происходит изменение рН системы, соответствующее кривой нейтрализации, приведенной на рис. 8.1. Кривая нейтрализации в этом случае характеризуется большим и резким скачком рН вблизи состояния эквивалентности (Vэкв)- Середина этого скачка соответствует точке эквивалентности, в которой [Н + ] = [ОН-] = = 1 10 -7 моль/л, т. е. рН = 7.
Характерными особенностями реакции нейтрализации сильной кислоты щелочью и наоборот являются:
Необратимость;
Экзотермичность ( Н 0 = -57,6 кДж/моль);
Очень большая скорость, так как взаимодействуют только подвижные ионы Н + и ОН-;
Скачок рН при нейтрализации большой и резкий;
Точка эквивалентности при рН = 7.
Эти особенности реакции нейтрализации между сильными кислотами и основаниями обеспечили широкое использование ее в аналитической практике для количественного определения кислот и оснований в исследуемых объектах.
Наиболее общим случаем реакции нейтрализации является взаимодействие кислот и оснований, различающихся по силе. Рассмотрим нейтрализацию слабой кислоты НА сильным основанием (щелочью):
Поскольку НА и Н 2 0 - слабые электролиты, то имеет место протолитическое равновесие из-за конкуренции за протон между сильными основаниями ОН- и А- и, следовательно, для данной реакции нейтрализации будут характерны следующие особенности:
Обратимость;
Скачок рН при нейтрализации небольшой и менее резкий (рис. 8.2), причем с уменьшением силы кислоты он уменьшается и сглаживается;
Точка эквивалентности находится при рН > 7, так как в системе протекает реакция гидролиза по аниону с образованием анионов ОН-, которых тем больше, чем слабее кислота;
V Э KB), когда добавлено 50 % щелочи и [НА] = [А-], значение рН в системе численно равно значению рК а данной слабой кислоты.
Последнее положение следует из уравнения: рН = рК а + lg ([А-]/[НА]), согласно которому при [А - ] = [НА] рН = рК а (так как lg ([А-]/[НА]) = 0). Это обстоятельство позволяет не только определять величину рК а слабой кислоты, но и решать обратную задачу: по значению рК а определять, какая слабая кислота находится в системе.
Реакции нейтрализации различных по силе оснований сильной кислотой (рис. 8.3) характеризуются особенностями равновесных протолитических процессов, аналогичными приведенным выше. Однако нужно понять и запомнить, что для нейтрализации слабых оснований характерны следующие особенности:
- 
точка эквивалентности находится при рН < 7 из-за протекающей параллельно реакции гидролиза по катиону с образованием катионов Н + ;
В состоянии полунейтрализации (1/2 V Э KB), когда добавлено 50 % кислоты и [В] = [ВН + ], значение рН в системе численно равно значению рK а (ВН +) сопряженной кислоты данного слабого основания.
Таким образом, исследование реакции нейтрализации позволяет определять не только содержание кислот и оснований в системе, но и значение рК а слабых электролитов, включая и белки, а также их изоэлектрические точки.
