Гидролиз солей

Задачи для самостоятельного решения.

1. Рассчитайте рН:

a) 0,001 М раствора уксусной кислоты;

b) 0,01 М раствора муравьиной кислоты;

c) 0,0001М раствора соляной кислоты.

Ответ:

рН=3,9

рН=2,6

рН=4

2. Рассчитайте рН:

a) 0,0001 М раствора гидроксида натрия;

b) 0,0002 М раствора гидроксида кальция;

c) 0,05М гидроксида калия

Ответ:

рН10

рН10,6

рН12,6

3. Рассчитайте рН, равновесные концентрации ионов и степень диссоциации 0,1 М раствора муравьиной кислоты.

Ответ: рН=2,37;α=4,24%; [COOН^-]=[Н⁺]=4,24∙10 ^-3моль/л

4. Равновесная концентрация ионов водорода в растворе синильной кислоты НСN равна 5,34∙10 ^-3М. Определите рН и рОН раствора данной кислоты.

Ответ: рН5,27;рОН 8,73.

5. Рассчитайте рН, рОН|, равновесные концентрации ионов и степень диссоциации 0,01 М раствора гидроксида аммония.

Ответ: рН 10,63;рОН 3,37 α=4,24%;[NН⁺]=[ОН^-]=4,24∙10 ^-4моль/л.

6. Рассчитайте рН раствора, содержащего 0,01 моль/л НСl и 0,01моль/л СaCl₂

Ответ: рН 2,07

7. Сравнить степень диссоциации муравьиной кислоты в растворах, содержащих:

а) 0,1 моль/л муравьиной кислоты;

b) 0,1 моль/л муравьиной кислоты и 0,1 моль/л хлорида калия;

c) 0,1 моль/л муравьиной кислоты и 0,1 моль/л азотной кислоты;

Ответ:a)4,24%; b)5,6%; c) 0,3%.

Гидролизом называется химическая реакция взаимодействия заряженных частиц растворенной соли с водой, где вода проявляет амфипротные свойства, в результате чего образуются слабодиссоциируемые соединения и смещается равновесие диссоциации воды. В результате гидролиза солей, как правило изменяется рН раствора по причине накопления ионов Н₃О⁺ или ОН^-. В результате гидролиза солей среда может оказаться кислой, щелочной или нейтральной. Например:

NH₄⁺ + 2H₂O ⇄ NH₄OH + H₃O⁺ pH<7

CNS^- + H₂O ⇄ HCNS + OH^- pH>7

2NH₄⁺ + S^2- + H₂O ⇄ NH₄OH + NH₄⁺ + HS^- pH≈9

Гидролизу подвергаются три типа солей:

1. Cоли, образованные слабой кислотой и сильным основанием (гидролиз по аниону).

2. Cоли, образованные слабым основанием и сильной кислотой (гидролиз по катиону).

3. Соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием (гидролиз по катиону и аниону).

Количественно гидролиз характеризуется константой гидролиза (K_г), степенью гидролиза(h), реже рН. Константа гидролиза солей равна отношению ионного произведения воды к константе диссоциации слабого электролита, входящего в состав данной соли (см. табл.2.3). Степень гидролиза показывает, какая часть от общего количества растворенной в воде соли подверглась гидролизу

Степень гидролиза зависит от следующих факторов: силы кислоты или основания, образующихся при гидролизе соли (чем меньше К _а или K_b, тем больше h); температуры раствора (нагревание усиливает гидролиз, так как способствует увеличению степени диссоциации воды); концентрации раствора (в разбавленных растворах гидролиз также протекает глубже). Регулируя указанные факторы, можно сместить равновесие реакции гидролиза в нужном направлении. Формулы для расчёта количественных характеристик гидролиза в различных типах солей приведены в таблице 2.3

Таблица 2.3 Формулы для расчёта количественных

характеристик гидролиза в различных типах солей.

Показатели	Соль, образованная
слабой кислотой и сильным основанием	слабым основанием и сильной кислотой	слабой кислотой и слабым основанием
Кг
h
[H ^+]
pH

Гидролиз по аниону.

Процесс гидролиза соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой можно представить в общем виде:

H₂O ⇄ H⁺ + OH^- K_w

A^- + H⁺ ⇄ HA 1/K_a

____________________________

A^- + H₂O ⇄ HA + OH^- K_г=K_w/K_a

C₀ c

[ ] c-x x x

Константа гидролиза равна произведению констант каждой стадии K_г=K_w/K_a,. Чем меньше K_a, т.е. чем слабее кислота, тем больше константа гидролиза, тем гидролиз протекает полнее. Константа гидролиза возрастает с повышением температуры, т.к. K_w увеличивается.

Поскольку гидролиз- обратимый процесс, можно записать:

Для случая, когда с/К_г >>400, х в знаменателе можно пренебречь.

Возьмем отрицательный логарифм данного выражения:

Так как рОН+рН= 14, то рН=14-рОН

Гидролиз по катиону.

Процесс гидролиза соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой можно представить в общем виде:

H₂O ⇄ H⁺ + OH^- K_w

M⁺ + OH^- ⇄ MOH 1/K_b

____________________________

M⁺ + H₂O ⇄ MOH + H ⁺ K_г=K_w/K_b

C₀ c

[ ] c-x x x

Для случая, когда с/К_г >>400, х в знаменателе можно пренебречь.

Гидролиз по катиону и аниону.

Гидролиз солей, образованных нейтрализацией слабого основания слабой кислотой, можно представить в общем виде:

H₂O ⇄ H⁺ + OH^- K_w

M⁺ + OH^- ⇄ MOH 1/K_b

A^- + H⁺ ⇄ HA 1/K_a

____________________________

M⁺ + A^- + H₂O ⇄ MOH + HA K_г=K_w/(K_a^.K_b)

c c

[ ] c- x c- x x x

Для расчета [H⁺] выразим [HA] через константу кислотной диссоциации:

т.к. [A-]≈c,

Степень гидролиза h

.

Степень гидролиза можно также рассчитать, используя выражение:

.

Приведенные формулы показывают, что для данного типа гидролиза константа гидролиза истепень гидролиза не зависят от концентрации соли в растворе, а рН определяется соотношением сильной кислоты и основания, которые образуют данную соль.

Пример 1. Вычислите рН и степень гидролиза соли NaClO (С=0,1 моль/л) pK_a= 7,53.

Решение:

NaClO → Na⁺ + ClO^-

H₂O ⇄ H⁺ + OH ^- K_w

ClO^- + H⁺ ⇄ HClO 1 /K_a= 7, 53^.10^-8

______________________________________

ClO^- + H₂O ⇄ HClO + OH^- K_г=K_w/K_a= 3, 33^.10^-7

C₀ 0,1

[ ] 0,1-x x x

Так как с/К_г = 0,1/ 3,33^.10^-7 = 3^.10⁹>>400 то

pH=14- pOH=10,27

Если соль образована многоосновными кислотами или основаниями, то гидролиз ее будет проходить ступенчато:

1 ступень: H₂O ⇄ H⁺ + OH^- K_w

A ^n- + H⁺ ⇄ HA^(n-1)- 1/ K _HA ^(n-1)

______________________________

A ^n- + H₂O ⇄ HA^(n-1)- + OH^- Kг`=K_w/ K _HA ^(n-1)

2 ступень:H₂O ⇄ H⁺ + OH^- K_w

HA^(n-1)- + H⁺ ⇄ H₂A^(n-2)-1 /K _{H 2A} ^(n-2)

______________________________

HA^(n-1)- + H₂O ⇄ HA^(n-2)- + OH^- K_г``=K_w/ K _{H 2 A} ^(n-2)

Так как K _H2A ^(n-2) >> K _HA ^(n-1), следовательно K_г`>>K_г``.

Поэтому при расчете рН раствора cоли образованной слабой многоосновной кислотой или слабым многокислотным основанием второй ступенью гидролиза пренебрегают.

Пример2. Вычислите равновесные концентрации и рН раствора при гидролизе соли Na₂CO₃ (C=0,1 моль/л), K_a1= 4,5^.10^-7, K_a2 =4,8^.10^-11.

Решение:

Так как K_a1>>K_a2, то при гидролизе соли учитываем только первую ступень:

Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃^2-

H₂O ⇄ H⁺ + OH^- K_w

CO₃^2- + H⁺ ⇄ HCO₃^- 1/K_a2

___________________________

CO₃^2- + H₂O ⇄ HCO₃^- + OH ^- K_г= K_w/K_a2

C₀ 0,1

[ ] 0,1- x x x

K_г= K_w/K_a2= 1^. 10^-14/4,8^. 10^-11=2,08^. 10^-4

=2,08^. 10^-4

Так как с/К_г = 0,1/2,08^. 10^-4 = 4,81^.10²>>400, то

pOH=-lg = 2,34

pH=14-pOH= 11,66

Вопросы для самоконтроля:

1. Дайте определение реакции гидролиза с позиций теории Бренстеда –Лоури.

2. Приведите примеры солей, которые подвергаются гидролизу. Определите тип гидролиза и кислотность среды в растворе соли.

3. Составьте уравнение реакции гидролиза по катиону для солей: NН₄Сl, Cu(NO₃)₂

4. Составьте уравнение реакции гидролиза по аниону для солей: КСN, Na₃РO₄

5. Составьте уравнение реакции гидролиза по катиону и аниону для солей: СН₃ СOОNН₄ , Cu₂ S

6. Выведете формулы для расчёта К_г, h, рНв растворах солей, подвергающихся гидролизу.

7. Поясните, исходя из соответствующих формул, как меняется степень гидролиза с разбавлением и нагреванием раствора соли?

8. От каких факторов зависит константа гидролиза?

Дата добавления: 2014-11-16