Решение задачи: ZnSO4 + (NH4)2S (1 вариант)

Задача 2. Определение формулы мицеллы и исходного электролита с большей концентрацией. Дано: Вариант: 1 Электролит 1: \(ZnSO_4\) Электролит 2: \((NH_4)_2S\) Пороги коагуляции \(\gamma\) (ммоль/л): \(\gamma(KCl) = 79\) \(\gamma(Ca(NO_3)_2) = 85\) \(\gamma(K_3[Fe(CN)_6]) = 0,09\) \(\gamma(Al_2(SO_4)_3) = 0,5\) \(\gamma(NaNO_2) = 80\) Решение: 1. Определим продукт реакции между электролитами \(ZnSO_4\) и \((NH_4)_2S\). При смешении растворов этих электролитов происходит реакция обмена: \[ZnSO_4 + (NH_4)_2S \rightarrow ZnS \downarrow + (NH_4)_2SO_4\] Образуется нерастворимый сульфид цинка \(ZnS\), который является основой для образования золя. 2. Определим, какой из электролитов находится в избытке. Для этого проанализируем пороги коагуляции. Пороги коагуляции даны для различных электролитов. Нас интересуют ионы, которые могут быть потенциалопределяющими или противоионами. Согласно правилу Шульце-Гарди, коагулирующая способность иона тем выше, чем больше его заряд. При этом коагуляцию вызывают ионы, заряд которых противоположен заряду гранулы. В данном случае, среди порогов коагуляции есть очень низкие значения для \(K_3[Fe(CN)_6]\) (0,09 ммоль/л) и \(Al_2(SO_4)_3\) (0,5 ммоль/л). Ион \([Fe(CN)_6]^{3-}\) имеет заряд -3. Ион \(Al^{3+}\) имеет заряд +3. Очень низкий порог коагуляции для \(K_3[Fe(CN)_6]\) (содержащего анион \([Fe(CN)_6]^{3-}\)) указывает на то, что гранула золя имеет положительный заряд. Это означает, что в адсорбционном слое находятся положительно заряженные ионы. Если бы гранула была отрицательно заряжена, то низкий порог коагуляции был бы для \(Al_2(SO_4)_3\) (содержащего катион \(Al^{3+}\)). Однако порог для \(Al_2(SO_4)_3\) выше, чем для \(K_3[Fe(CN)_6]\), что подтверждает положительный заряд гранулы. 3. Определим, какой из исходных электролитов был в избытке. Гранула \(ZnS\) заряжается положительно, если в избытке находится электролит, содержащий катионы, способные адсорбироваться на поверхности \(ZnS\). В данном случае это \(Zn^{2+}\) из \(ZnSO_4\). Если бы в избытке был \((NH_4)_2S\), то на поверхности \(ZnS\) адсорбировались бы анионы \(S^{2-}\), и гранула была бы отрицательно заряжена. Поскольку гранула заряжена положительно, это означает, что в избытке был электролит 1, то есть \(ZnSO_4\). 4. Напишем формулу мицеллы. Ядро мицеллы: \(nZnS\) Потенциалопределяющие ионы (адсорбированные на поверхности ядра): \(mZn^{2+}\) (избыток \(ZnSO_4\)) Адсорбционный слой: \((nZnS) \cdot mZn^{2+}\) Противоионы (из \(ZnSO_4\) и \((NH_4)_2SO_4\)): \((2m-x)SO_4^{2-}\) Диффузный слой: \(xSO_4^{2-}\) Таким образом, формула мицеллы: \[\{[nZnS] \cdot mZn^{2+} \cdot (2m-x)SO_4^{2-}\} \cdot xSO_4^{2-}\] Или, более общая форма, учитывая, что противоионы могут быть из обоих электролитов, но в основном из того, который был в избытке: \[\{[nZnS] \cdot mZn^{2+}\}_{положительно заряженная гранула} \cdot (2m-x)SO_4^{2-}_{адсорбционный слой} \cdot xSO_4^{2-}_{диффузный слой}\] Ответ: 1. Исходный электролит, имевший большую концентрацию, – это \(ZnSO_4\). 2. Формула мицеллы: \(\{ [nZnS] \cdot mZn^{2+} \cdot (2m-x)SO_4^{2-} \} \cdot xSO_4^{2-}\)