ДИСОЦІАЦІЯ ВОДИ . ГІДРОЛІЗ СОЛЕЙ

Мета вивчення теми:

- обчислювати pH і pOH, концентрацію іонів Н⁺ і OН ^- у водних розчинах;

- складати іонні і молекулярні рівняння реакцій гідролізу солей.

Для води як слабкого електроліту константу рівноваги дисоціації можна записати так:

H₂О «Н⁺ + ОН^-

к _д = [ Н⁺]×[ОН ^-] /[Н₂O],

звідки вважаючи на практично сталу концентрацію води

К Н₂О = [Н⁺] [ОН ^-] = к _д × [Н₂O] = К Н₂О

Величина К Н₂O називається іонним добутком води. При 25⁰С К Н₂O = 10^-14. Значить, у воді і водних розчинах концентрації іонів [ Н⁺] та [ОН ^-] пов’язані одна з одною:

[ Н⁺] = , а [ОН ^-] = .

Замість концентрацій іонів Н⁺ і ОН^- зручніше користуватися їхніми десятковими логарифмами, взятими зі зворотним знаком; ці величини позначаються символами pH і pOH і називаються відповідно:

pH = -lg [ Н⁺] - водневий показник;

pOH = -lg [OН^-] - гідроксильний показник;

pH + pOH = 14.

Водневий і гідроксильний показники можуть служити мірою кислотності або лужності водних розчинів:

в кислих розчинах pH < 7, а pOH > 7;

в нейтральних - pH = pOH = 7;

в лужних - pH > 7, pOH < 7.

Приклад 1. Обчислити pН розчину, у 2 л якого знаходиться 0,8 г NaOH. Дисоціацію лугу вважати повною.

Розв’язання. Луг дисоціює цілком (a = 1), і з однієї молекули NaOH утворюється один іон OH^- (n = 1):

NaOH ®Na⁺ + ОН^-

Обчислимо молярну концентрацію іонів ОН^- у цьому розчині:

[OН^-] = m (NaOH) /(М (NaOH) × V) = 0,8 /(40×2) = 10^-2 моль/л.

Обчислимо pOH розчину: pOH = -lg [OН^-] = -lg 10^-2 = 2.

Враховуючи, що pH + pOH = 14, знаходимо pH:

pH = 14 – pOH = 14 – 2 = 12.

Реакцію розчину (кислий або лужний характер середовища) на практиці можна визначити за допомогою індикаторів – слабких органічних кислот або основ, що мають різне забарвлення в дисоційованій і молекулярній формах. Забарвлення деяких з них у різних середовищах приведені у таблиці.

Реакції нейтралізації, у яких беруть участь слабкі кислоти або основи, оборотні, тобто можуть протікати не тільки в прямому, але і в зворотному напрямку. Тому гідроліз солі є оборотним процесом стосовно реакції нейтралізації:

гідроліз

Отже, при розчиненні у воді солі, до складу якої входить аніон слабкої кислоти або катіон слабкої основи, протікає процес гідролізу – обмінної взаємодії солі з водою, у результаті якого утворюється слабка кислота або слабка

основа. Оскільки нейтралізація супроводжується виділенням теплоти, то гідроліз є ендотермічним процесом (∆ H > 0). Крім того, гідроліз – оборотний процес.

Таблиця

При складанні іонних рівнянь гідролізу солей виходьте з того, що з водою взаємодіють ті катіони або аніони, що з іонами води (Н⁺ або ОН^-) можуть утворити слабкі електроліти. Наприклад, якщо розчинити у воді хлорид міді CuCl₂ або сульфід натрію Na₂S, то в першому випадку з водою будуть взаємодіяти іони Cu²⁺, а в другому – іони S^2- по таких схемах:

а) I стадія:

Cu²⁺ + Н₂О «(CuОН)⁺ + Н⁺ ; CuCl₂+ Н₂О «Cu(ОН)Сl + НСl

П стадія:

(CuОН)⁺ +Н₂О«Cu(ОН)₂+Н⁺; Cu(ОН)Сl+Н₂О«Cu(ОН)₂+НСl

б) I стадія:

S^2- +Н₂О«НS^- +ОН^- ; Na₂S +Н₂О «NaНS +NaОН

П стадія:

НS^-+Н₂О «Н₂S + ОН^-; NaНS +Н₂О «Н₂S +NaОН.

Отже, у реакції гідролізу можуть фактично брати участь або катіон основного залишку, якщо сіль утворена слабкою основою і сильною кислотою (як CuCl₂), або аніон кислотного залишку, якщо сіль утворена слабкою кислотою і сильною основою (як Na₂S), або одночасно і катіон, і аніон, якщо сіль утворена слабкою основою і слабкою кислотою (як CH₃COONН₄):

CH₃COONН₄ ® NН₄⁺ + CH₃COO^-

NН₄⁺+ CH₃COO^- + Н₂О «NН₄ОН + CH₃COOН

CH₃COONН₄ + Н₂О «NН₄ОН + CH₃COOН.

Запам'ятайте, що якщо катіон або аніон, що беруть участь у гідролізі, багатозарядні, то гідроліз протікає по стадіях, при чому число стадій дорівнює абсолютній величині заряду відповідного іона. Тому гідроліз СuCl₂ і Na₂S протікає в дві стадії, а гідроліз Al(NO₃)₃ - в три, оскільки катіон алюмінію має заряд +3. Переважно гідроліз перебігає по першій стадії.

Деякі солі (найчастіше утворені слабкою нерозчинною основою і дуже слабкою летючою кислотою) піддаються повному гідролізу. Такі солі не можуть існувати у водних розчинах, тому що цілком розкладаються водою на відповідні основу і кислоту, як, наприклад, сульфід або карбонат алюмінію (Al₂S₃, Al₂(CO₃)₃ та ін.). У таблицях розчинності проти таких солей стоїть прочерк "-". Про це не можна забувати при складанні рівнянь реакцій обміну між розчинами електролітів.

Приклад 2. Скласти рівняння реакцій, що протікають при зливанні водних розчинів хлориду хрому (Ш) і сульфіду натрію.

Розв’язання. Спочатку запишемо рівняння реакції, знаючи, що при обмінній взаємодії двох солей повинні утворитися дві нові солі:

2CrCl₃ + 3Na₂S = Cr₂S₃ + 6NaCl.

Користуючись таблицею розчинності солей, перевіряємо, чи існують продукти реакції у водному розчині. Хлорид натрію існує, а проти сульфіду хрому(Ш) стоїть прочерк, тобто ця сіль піддається повному гідролізу. Тому не можна обмежитися вищенаведеним рівнянням реакції, а треба написати ще одне - повний гідроліз сульфіду хрому(Ш) - і скласти обидва рівняння. Тоді маємо для сумарного процесу:

Cr₂S₃ + 6 H₂O = 2Cr(OH)₃¯ + 3H₂S­.

Сумарне рівняння повного гідролізу:

2CrCl₃ + 3Na₂S + 6H₂O = 2Cr(OH)₃¯ + 3H₂S­+ 6NaCl,

і в іонно-молекулярному вигляді:

2Cr³⁺ + 3S^2- + 6H₂O = 2Cr(OH)₃¯ + 3H₂S­.

У результаті протікання гідролізу зміщується рівновага дисоціації води, і у розчині солі з'являється деякий надлишок іонів H⁺ або OH^-. Це приводить до зміни кислотності або лужності середовища. Варто пам'ятати, що характер середовища розчину солі визначається більш сильним з утворюючих її компонентів. Так, розчин солі Na₂CO₃ має лужне середовище (рН >7), тому що ця сіль утворена сильною основою NaOH і слабкою кислотою H₂CO₃, а розчин солі ZnCl₂ – кисле (рН <7), тому що вона утворена сильною кислотою HCl і слабкою основою Zn(OH)₂. Якщо ж сіль утворена слабкою кислотою і слабкою основою, то середовище розчину такої солі може бути або слабокислим, або слаболужним. Останнє залежить від співвідношення констант дисоціації утворюючих сіль слабкої основи і слабкої кислоти.

Приклад 3. Визначити реакцію середовища розчину ціаніду амонію.

Розв’язання. Ціанід амонію в розчині дисоціює на іони:

NH₄CN ® NH₄⁺ + CN^-.

Оскільки ця сіль утворена слабкою основою NH₄OH і слабкою кислотою HCN, то в реакції гідролізу беруть участь і катіон, і аніон:

NH₄⁺ + CN^- + H₂O «NH₄OH + HCN

або в молекулярній формі:

NH₄CN + H₂O «NH₄OH + HCN.

У результаті реакції утворяться слабка основа і слабка кислота, але так як K _Д() = 1,8 ·10^-5 > К _Д(HCN) = 8·10^-10,

то середовище розчину буде слабколужним.

Оскільки гідроліз – процес оборотний, то зміщуючи його рівновагу (додаванням до розчину солі різних речовин – кислот, основ, води) можна гідроліз зменшити або підсилити. Так, наприклад, гідроліз солі ZnCl₂ зменшується при додаванні до розчину кислоти:

Zn²⁺ + H₂O «Zn OH⁺ + H⁺

НСl ® H⁺ + Сl^-

Підсилити гідроліз можна також шляхом розведення солі або нагріванням.

Кількісними характеристиками процесу є ступінь (a_г) і константа (К _г) гідролізу. Перша показує частку розчинених молекул солі, що піддалися гідролізу і виражається в % або в частках одиниці:

a_г = N _г / N _заг

де N _г – число молекул солі, що піддалися гідролізу, а N _заг – загальна кількість молекул солі.

Друга величина (К _г) фактично є константою рівноваги реакції гідролізу. Взаємозв'язок між a_г і К_г виражається так:

a_г =

де с _м – молярна концентрація розчину солі, моль/л.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

1. Кислі шахтні води вугільних родовищ мають рН = 5. У

скільки разів концентрація іонів ОН^- менша концентрації іонів Н⁺ у цьому розчині? Відповідь: у 10⁴ разів.

2. Обчисліть рН і рОН у 0,01М розчині гідроксиду барію

Ва(ОН)₂, якщо ступінь дисоціації Ва(ОН)₂ дорівнює 90%.

Відповідь:рН =12,26; рОН=1,74.

3. Кислі стічні води після травлення виробів зі сталі послідовно нейтралізують вапняним молоком до рН=8. Обчисліть концентрацію іонів Н⁺ і ОН^- в отриманих розчинах. Чому дорівнює рОН у цьому розчині?

Відповідь: [H⁺] = 10^-8 моль/л; [ОH^-] =10^-6 моль/л; рОН=6.

4. У 5 л шахтної води однієї із шахт Донбасу утримується 0,05 молей азотної кислоти. Вважаючи дисоціацію кислоти повною, обчисліть концентрацію іонів ОH^- у цій воді.

Відповідь:10^-12 моль/л.

5. Обчисліть рН 0,001н розчину КОН, якщо a = 100%. Яке забарвлення набуде лакмус у цьому розчині?

Відповідь: рН =11.

6. Які солі із наведених нижче будуть піддаватися гідролізу при розчиненні у воді: NaCl, K₂CO₃, Al(NO₃)₃, ZnCl₂, (NH₄)₂S? Складіть рівняння реакцій гідролізу цих солей в іонному та іонно-молекулярному вигляді і вкажіть значення рН у розчинах даних солей (більше або менше 7).

7. Які солі із приведених нижче будуть піддаватися повному гідролізу при розчиненні у воді: NaCl, Na₂CO_3, Al₂(CO₃)₃, SnSO₃, FeCl₃? Складіть рівняння реакцій гідролізу цих солей в іонному і іонно-молекулярному вигляді.

8. При зливанні водних розчинів карбонату натрію і сульфату алюмінію випадає білий осад і виділяється газ. Яка речовина випадає в осад? Який газ виділяється? Складіть рівняння реакцій, що протікають у розчині, у молекулярному та іонно-молекулярному вигляді.

9. В окремих пробірках знаходяться розчини солей: NaCl, Al₂(SO₄)₃, Na₂CO_3. Як за допомогою індикатора встановити, в якій пробірці знаходиться яка сіль? Відповідь мотивуйте, склавши рівняння гідролізу солей.

10. Враховуючи можливість повного гідролізу солей у воді, напишіть рівняння реакцій обміну між водними розчинами хлориду хрому(Ш) і карбонату натрію в молекулярному й іонно-молекулярному вигляді. Яка речовина випадає в осад? Який газ виділяється при нагріванні розчину?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: