Диссоциация воды. Ионное произведение воды

В водных растворах особое значение имеют концентрации ионов водорода Н⁺(Н₃О⁺) и гидроксида ОН^-. Жидкая вода, максимально очищенная от примесей, все же имеет очень малую электрическую проводимость, что объясняется ионизацией по реакции

Н₂О + Н₂О ↔ Н₃О⁺ + ОН^-

Обычно ракцию записывают сокращенно

Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^-

По величине электрической проводимости найдено. Что при 250С концентрации ионов составляют:

[Н⁺] = [ОН^-] = 1 · 10^-7 моль/л.

При растворении в воде как кислот, так и оснований равновесие ионизации воды смещается влево, но в водном растворе всегда одновременно присутствуют и катионы Н⁺, и анионы ОН^-. Из закона действующих масс вытекает правило:

В воде и разбавленных водных растворах произведение концентраций ионов водорода и гидроксида является при данной температуре величиной постоянной.

Эту величину называют ионным произведением воды К:

К = [Н⁺] [ОН^-]

При 25⁰С К = 1 ·10^-14 моль²/л²

Десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком называют водородным показателем (рН)

рН = -lg [H⁺]

В нейтральных растворах рН = 7, в кислых – рН < 7, а в щелочных рН >7.

Пример 1. В некотором растворе [H⁺] = 0,0021 моль/л. Рассчитайте рН.

Решение. Записываем численное значение кинцентрации в стандартной форме: 0,0021 = 2,1 · 10^-3.

Находим логарифм, зная, что для второго сомножителя он равен показателю степени:

lg [H⁺] = lg 2,1 + lg 10^-3 = 0,3 + (-3) = -2,7.

Преобразуем логарифм в рН: рН = 2,7

Гидролиз

Гидролиз соли – это обменные химические реакции между солью и водой, приводящие к образованию слабодиссоциирующих продуктов. Признаком гидролиза является изменение нейтральной реакции среды водного раствора.

Т.к. соли – это электролиты, диссоциирующие с образованием катионов металлов и анионов кислотных остатков, очевидно, что взаимодействовать с водой будут только ионы слабых кислот и оснований, находящихся в растворе.

Поэтому, в зависимости от природы оснований и кислот, образующих соли, гидролиз протекает по-разному.

Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием.

Соль СН₃СООNa при растворении в воде диссоциирует на ионы:

СН₃СООNa «СН₃СОО^- + Na⁺

^{анион слабой кислоты}

Анионы СН₃СОО^- образуют с ионами Н⁺ воды – слабую кислоту СН₃СООН, а катионы Na⁺ - с ионами ОН^- воды сильное основание NaОН, которое в водном растворе почти полностью диссоциирует на ионы Na⁺ и ОН^-. В результате концентрация ионов ОН^- возрастает и реакция раствора станет щелочной (рн>7).

Уравнение гидролиза записывают следующим образом:

СН₃СОО- + Н⁺ОН^- «СН₃СООН + ОН^-

СН₃СОО^- + Na⁺ + Н₂О «СН₃СОО^- + Н⁺ + NaОН

СН₃СООNa + Н₂О «СН₃СООН + NaОН

2. Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой.

Соль СuCl₂ в водном растворе распадается на катионы Сu²⁺ и анионы Cl^-, которые реагируя с ионами Н⁺ и ОН^- воды, дадут слабую основную соль СuОНCl и сильную кислоту НCl:

СuCl₂ «Сu²⁺ + 2Cl^-

^{катион слабого основания}

1ступень Сu²⁺ + Н⁺ОН^- «СuОН⁺ + Н⁺

Сu²⁺ + 2Cl^- + Н₂О «СuОНCl + НCl

СuCl₂ + Н₂О «СuОНCl + НCl

Хлорид гидроксомеди (II)

В данном случае в растворе появятся избыток ионов Н⁺ и реакция среды станет кислой (рн<7).

2 ступень СuОН⁺ + Н⁺ОН^- = Сu(ОН)₂ + Н⁺

СuОН⁺ + Cl^- + Н₂О = Сu(ОН)₂ + Н⁺ + Cl^-

СuОНCl + Н₂О = Сu(ОН)₂ + НCl

3.Гидролиз солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой.

Гидролиз идет по аниону и катиону с образованием двух слабых электролитов. При этом реакция среды водных растворов солей будет определяться константой диссоциации кислоты и основания, которыми образована соль и может быть нейтральной (рн=7), слабокислой или слабощелочной.

Например, соль NH₄CN диссоциирует с образованием слабых ионов:

NH₄CN «NH₄ ⁺ + CN^-

Тогда уравнение гидролиза соли будет иметь следующий вид:

NH₄CN + Н⁺ОН^- «NH₄ОН + НCN

Реакция среды будет слабощелочной, т.к. степень диссоциации NH₄ОН несколько выше, чем степень диссоциации НCN

Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием гидролизу не подвергаются, т.к. в результате взаимодействия ионов соли с ионами воды образуются сильная кислота и сильное основание (рн=7).

Задания для контроля усвоения темы

1. Какие соли имеют кислую среду в водных растворах?
Привести пример. Какой тип солей образуется в результате гидролиза данного типа солей?

2. Записать уравнение гидролиза соли Mg(NO₃)₂ – нитрата магния. При составлении уравнений ответить на вопрос: как подсчитывается заряд вновь образующегося в результате гидролиза иона и как составляется формула основной соли?

3. Какая среда создается в растворах солей, образованных катионом сильного основания и анионом слабой кислоты? Привести пример.

Дата добавления: 2014-10-23