Решение задачи: Вариант 12 (FeCl3 + KOH)

Хорошо, давайте решим задачу для варианта 12.

Многовариантная задача 3

Записать химическую реакцию получения золя и формулу мицеллы. Сделать вывод о коагулирующей способности электролитов, расположить в порядке возрастания порога коагуляции.

Вариант 12

Даны растворы FeCl₃ (изб) + KOH (изб), ядро Fe(OH)₃. Электролиты: NaCl, FeCl₂, AlCl₃.

Решение

1. Химическая реакция получения золя

Золь гидроксида железа(III) Fe(OH)₃ образуется при взаимодействии раствора хлорида железа(III) FeCl₃ с раствором гидроксида калия KOH. В данном случае указано, что FeCl₃ взят в избытке. Это очень важно для определения заряда ядра мицеллы.
Реакция получения осадка Fe(OH)₃: \[ \text{FeCl}_3 + 3\text{KOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3 \downarrow + 3\text{KCl} \]
Поскольку FeCl₃ взят в избытке, его ионы Fe³⁺ и Cl^- будут присутствовать в растворе в избытке. Ионы Fe³⁺ будут адсорбироваться на поверхности частиц Fe(OH)₃, придавая им положительный заряд.

2. Формула мицеллы

Ядро мицеллы: Fe(OH)₃ Потенциалопределяющие ионы: Fe³⁺ (избыток FeCl₃) Противоионы (адсорбционный слой): Cl^- (избыток FeCl₃) Противоионы (диффузный слой): Cl^- (избыток FeCl₃ и KCl, образовавшийся в реакции)
Формула мицеллы будет выглядеть следующим образом: \[ \{[\text{Fe(OH)}_3]_n \cdot m\text{Fe}^{3+} \cdot (m-x)\text{Cl}^-\}^{x+} \cdot x\text{Cl}^- \] где: \([\text{Fe(OH)}_3]_n\) - ядро мицеллы (нейтральные частицы гидроксида железа(III)) \(m\text{Fe}^{3+}\) - потенциалопределяющие ионы, адсорбированные на поверхности ядра, придающие ему положительный заряд \((m-x)\text{Cl}^-\) - противоионы, находящиеся в адсорбционном слое (плотном слое Гельмгольца) \(x\text{Cl}^-\) - противоионы, находящиеся в диффузном слое, обеспечивающие электронейтральность мицеллы в целом.
Таким образом, золь Fe(OH)₃ является положительно заряженным.

3. Вывод о коагулирующей способности электролитов и их расположение в порядке возрастания порога коагуляции

Коагуляция золя происходит под действием электролитов, которые нейтрализуют заряд мицеллы. Согласно правилу Шульце-Гарди, коагулирующая способность иона тем выше, чем больше его заряд и чем он противоположнее по знаку заряду коллоидной частицы.
Наш золь Fe(OH)₃ заряжен положительно. Следовательно, коагуляцию будут вызывать анионы электролитов. Чем выше заряд аниона, тем сильнее его коагулирующая способность и тем меньше порог коагуляции.
Данные электролиты: 1. NaCl: диссоциирует на Na⁺ и Cl^-. Коагулирующий ион: Cl^- (заряд -1). 2. FeCl₂: диссоциирует на Fe²⁺ и 2Cl^-. Коагулирующий ион: Cl^- (заряд -1). 3. AlCl₃: диссоциирует на Al³⁺ и 3Cl^-. Коагулирующий ион: Cl^- (заряд -1).
В данном случае все предложенные электролиты содержат один и тот же коагулирующий ион - Cl^- с зарядом -1. Это означает, что их коагулирующая способность должна быть примерно одинаковой, и пороги коагуляции будут близки.
Однако, если бы в списке были электролиты с анионами разного заряда (например, SO₄^2- или PO₄^3-), то порядок был бы следующим: Чем выше заряд аниона, тем меньше порог коагуляции (тем сильнее коагулирующая способность). Например, для отрицательно заряженного золя: Порог коагуляции: \(C(\text{Na}^+) > C(\text{Mg}^{2+}) > C(\text{Al}^{3+})\) Коагулирующая способность: \(\text{Al}^{3+} > \text{Mg}^{2+} > \text{Na}^+\)
В нашем случае, поскольку все коагулирующие ионы имеют одинаковый заряд (-1), их коагулирующая способность будет примерно одинаковой. Если бы требовалось строгое ранжирование, то могли бы учитываться другие факторы, такие как радиус иона или его поляризуемость, но для школьного уровня это обычно не требуется.
Если предположить, что в задании подразумевалось, что электролиты могут быть разными, и, возможно, есть опечатка или неполнота в списке, и должны были быть электролиты с анионами разного заряда, то для положительно заряженного золя порядок по возрастанию порога коагуляции (то есть по убыванию коагулирующей способности) был бы таким: Электролит с анионом -3 (например, Na₃PO₄) < Электролит с анионом -2 (например, Na₂SO₄) < Электролит с анионом -1 (например, NaCl).
Но, строго следуя условию задачи, все электролиты дают анион Cl^-. Поэтому их коагулирующая способность будет одинаковой, и пороги коагуляции будут примерно равны.
Если же в задании подразумевалось, что электролиты могут быть разными, и, возможно, есть опечатка или неполнота в списке, и должны были быть электролиты с анионами разного заряда, то для положительно заряженного золя порядок по возрастанию порога коагуляции (то есть по убыванию коагулирующей способности) был бы таким: Электролит с анионом -3 (например, Na₃PO₄) < Электролит с анионом -2 (например, Na₂SO₄) < Электролит с анионом -1 (например, NaCl).
Но, строго следуя условию задачи, все электролиты дают анион Cl^-. Поэтому их коагулирующая способность будет одинаковой, и пороги коагуляции будут примерно равны.
Если бы в списке были электролиты, которые могли бы быть источником других анионов, например, если бы вместо FeCl₂ или AlCl₃ был бы, например, Na₂SO₄ или Na₃PO₄, то порядок был бы следующим: Коагулирующие ионы: Cl^- (заряд -1), SO₄^2- (заряд -2), PO₄^3- (заряд -3). Порядок возрастания порога коагуляции (от самого сильного коагулянта к самому слабому): PO₄^3- < SO₄^2- < Cl^- Соответственно, электролиты в порядке возрастания порога коагуляции: Na₃PO₄ < Na₂SO₄ < NaCl
Однако, в данном варианте все электролиты содержат только Cl^- как коагулирующий ион. Поэтому, если строго следовать заданию, то: Коагулирующая способность: Cl^- (из NaCl) ≈ Cl^- (из FeCl₂) ≈ Cl^- (из AlCl₃). Пороги коагуляции будут примерно равны.
Если же задание подразумевает, что нужно выбрать из предложенных электролитов те, которые будут коагулировать, и расположить их, то, поскольку все они содержат Cl^-, их коагулирующая способность будет одинаковой.
Предположим, что в задании есть опечатка, и электролиты должны были быть разными по заряду аниона. Если бы были, например, NaCl, Na₂SO₄, Na₃PO₄, то: Порядок возрастания порога коагуляции: AlCl₃ (если бы он был источником Al³⁺ для отрицательного золя) FeCl₂ (если бы он был источником Fe²⁺ для отрицательного золя) NaCl (если бы он был источником Na⁺ для отрицательного золя)
Но для положительного золя коагулируют анионы. Поэтому, если бы были, например, Na₃PO₄, Na₂SO₄, NaCl, то: Порог коагуляции: Na₃PO₄ < Na₂SO₄ < NaCl.
В данном случае, поскольку все электролиты дают Cl^-, их коагулирующая способность одинакова. Поэтому, если нужно расположить, то они будут стоять в любом порядке, так как их пороги коагуляции примерно равны. Например: NaCl, FeCl₂, AlCl₃ (пороги коагуляции примерно равны).

Окончательный ответ

1. Химическая реакция получения золя: \[ \text{FeCl}_3 + 3\text{KOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3 \downarrow + 3\text{KCl} \]
2. Формула мицеллы: Поскольку FeCl₃ взят в избытке, ядро Fe(OH)₃ адсорбирует ионы Fe³⁺, образуя положительно заряженный золь. \[ \{[\text{Fe(OH)}_3]_n \cdot m\text{Fe}^{3+} \cdot (m-x)\text{Cl}^-\}^{x+} \cdot x\text{Cl}^- \]
3. Вывод о коагулирующей способности электролитов и их расположение в порядке возрастания порога коагуляции: Золь Fe(OH)₃ является положительно заряженным. Коагуляцию вызывают анионы. Предложенные электролиты: NaCl, FeCl₂, AlCl₃. Все эти электролиты диссоциируют, образуя анионы Cl^- (заряд -1). Согласно правилу Шульце-Гарди, коагулирующая способность иона зависит от его заряда. Поскольку все коагулирующие ионы (Cl^-) имеют одинаковый заряд, их коагулирующая способность будет примерно одинаковой. Следовательно, пороги коагуляции для NaCl, FeCl₂ и AlCl₃ будут примерно равны. Расположение в порядке возрастания порога коагуляции: NaCl ≈ FeCl₂ ≈ AlCl₃ (пороги коагуляции примерно равны).