Гидролиз солей, образованных кислотой и основанием

Гидролиз солей.

Растворы. Выражение концентрации растворов. Свойства растворов

Гидролиз – химическое обменное взаимодействие ионов растворенной соли с водой, приводящее к образованию слабодисcоциирующих продуктов (молекул слабых кислот или оснований, анионов кислых или катионов основных солей) и сопровождающееся изменением рН среды. Гидролизу не подвергаются соли, образованные сильными кислотами и основаниями, например КСl.

 

Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием, например CH3COONa. Соль в рас­творе полностью диссоциирует на ионы:

CH3COONa → СН3СОО + Na+

Вода, как уже указывалось, является слабым электролитом:

Н2О ↔ Н+ + ОН

Ионы водорода воды взаимодействуют с ацетат-ионами с образованием слабой уксусной кислоты

СН3СОО + Н+↔ СН3СООН

Таким образом, гидролиз в ионной форме можно представит уравнением

СН3СОО + Н2О ↔ СН3СООН + ОН

Как видно, в результате гидролиза появилось некоторое избыточное количество гидроксид-ионов, а реакция среды стала основной, следовательно, при гидролизе соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой, происходит увеличение рН системы, т. е. среда становится основной (происходит подщелачивание раствора).

Показателем глубины протекания гидролиза является степень гидролиза β, представляющая собой отношение концентрации гидролизованных молекул сгидр к исходной концентрации растворенных молекул электролита:

β = сгидр

Принимая для упрощения, что в разбавленных растворах активность ионов мало отличается от их концентрации сиона = аиона, запишем константу равновесия реакции гидролиза:

 

Так как концентрация воды при гидролизе изменяется очень ма­ло, то принимаем ее постоянной и, умножая на константу равновесия, получим константу гидролиза Кr:

 

Как указывалось ранее, [OH][ Н+] ≈ КВ, а отношение – [Н+][А] / [НА]

 

является константой диссоциации КД слабой кислоты НА. Таким обра­зом, константа гидролиза равна отношению ионного произведения воды и константы диссоциации слабого электролита:

Кr = КВ / КД

Если выразить концентрацию ионов и молекул при установлении равновесия

СН3СОО + Н2О ↔ СН3СООН + ОН

через степень гидролиза β и исходную концентрацию иона с, то по­лучаем, что

[СН3СООН] = [ОН] = βс, а [СН3СОО] = (1 – β)с

Подставив эти значения в уравнение

Если гидролизу подвергается многоосновной анион, то гидролиз протекает по стадиям:

СО32- + Н2О↔НСО3 +ОН

НСО3 + Н2О ↔ Н2СО3 + ОН

Константа гидролиза по первой ступени значительно выше, чем константа гидролиза по последней ступени. Например, для гидролиза СО32 – , при 298 К

Кr1 = 2∙10 – 4 ; Кr2 = 2,2-10 – 8

Поэтому, при расчете концентраций ионов [ОН] или [Н+], второй и третьей ступенью гидролиза обычно пренебрегают. Анализ уравне­ний гидролиза показывает, что в уравнении Кr = КВ / КД для расчета кон­станты гидролиза по первой ступени входит константа диссоциа­ции слабого электролита по последней ступени. Например, константа гидролиза иона СО32- по первой ступени

 

Гидролиз солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием, напримерNH4C1. В растворе соль NH4Cl диссоциирована

NH4C1 → NH4+ + С1

Гидролизу подвергается ион слабого основания NH4+

NH4+ + Н2О↔NH4OH + H+

Как видно, в результате гидролиза соли появляется некоторое избыточное количество ионов водорода, т. е. среда подкисляется. Таким образом, гидролиз соли, образованной сильной кислотой и сла­бым основанием, приводит к подкислению раствора.

Степень гидролиза и константа гидролиза в данном случае опи­сываются теми же уравнениями, но лишь с включением константы дис­социации слабого основания.

 

Гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой, напримерNH4F

NH4F → NH4+ + f

NH4+ + H2O↔NH4OH + H+

F + Н2О↔ HF + OH

Как видно, в результате гидролиза образуются как ионы водорода, так и ионы гидроксида. Константа гидролиза зависит от константы диссоциации как слабого основания КД,О, так и слабой кислоты КД,К

 

Как видно, в зависимости от соотношения рКД,К и рКД,О среда мо­жет иметь как кислую, так и основную реакцию.

Гидролиз играет важную роль в природных и технологических процессах. Например, расщепление пищи в желудочно-кишечном тракте идет по реакции гидролиза ее компонентов. Энергия в орга­низмах в основном переносится с помощью аденозинтрифосфата (АТФ), гидролиз которого характеризуется отрицательным значени­ем энергии Гиббса (-30,5 кДж/моль).

Гидролиз используется в технике при получении ценных продук­тов из древесины, жиров и других веществ.

Пример 1. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: a) KCN; б) Na2CO3; в) ZnSO4. Определите реакцию среды растворов этих солей.

Решение, а) Цианид калия KCN — соль слабой одноосновной кислоты (см. табл. 9) HCN и сильного основания КОН. При растворении в воде молекулы KCN полностью диссоциируют на катионы K+ и анионы CN. Катионы K+ не могут связывать ионы ОН воды, так как КОН — сильный электролит. Анионы же CN связывают ионы H+ воды, образуя молекулы слабого элекролита HCN. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:

CN+ H2O ↔ HCN + OH

или в молекулярной форме

KCN + H2O↔ HCN + KOH

В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов ОН, поэтому раствор KCN имеет щелочную реакцию( рН > 7).

Таблица 19. Константы и степени диссоциации некоторых слабых электролитов

Электролиты Формула Численные значения констант диссоциации Степень диссоциации в 0,1 н. растворе, %
Азотистая кислота HNO2 K= 4,0 · 10-4 6,4
Аммиак (гидроксид) NH4OH K= 1,8 · 10-5 1,3
Муравьиная кислота HCOOH K= 1,76 · 10-4 4,2
Ортоборная кислота H3BO3 K1= 5,8 · 10-10 0,007
K2= 1,8 · 10-13
K3= 1,6 · 10-14
Ортофосфорная кислота H3PO4 K1= 7,7 · 10-3 27
K2= 6,2 · 10-8
K3= 2,2 · 10-13
Сернистая кислота H2SO3 K1= 1,7 · 10-2 20,0
K2= 6,2 · 10-8
Сероводородная кислота H2S K1= 5,7 · 10-8 0,07
K2= 1,2 · 10-15
Синильная кислота HCN K= 7,2 · 10-10 0,009
Угольная кислота H2CO3 K1= 4,3 · 10-7 0,17
K2= 5,6 · 10-11
Уксусная кислота CH3COOH K= 1,75 · 10-5 1,3
Фтороводородная кислота HF K= 7,2 · 10-4 8,5
Хлорноватистая кислота HClO K= 3,0 · 10-8 0,05

б) Карбонат натрия Na2CO3 — соль слабой многоосновной кислоты и сильного основания. В этом случае анионы соли CO32-, связывая водородные ионы воды, образуют анионы кислой соли НСО3, а не молекулы Н2СО3, так как ионы НСО3 диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Н2СО3. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза

CO32– + H2O ↔ HCO3+ OH

или в молекулярной форме

NA2CO3 + H2O ↔ NaHCO3+ NaOH

В растворе появляется избыток ионов ОН, поэтому раствор Na2CO3 имеет щелочную реакцию (рН > 7).

в) Сульфат цинка ZnSO4 — соль слабого многокислотного основания Zn(OH)2 и сильной кислоты H2SO4. В этом случае катионы Zn2+ связывают гидроксильные ионы воды, образуя катионы основной соли ZnOH+. Образования молекул Zn(OH)2 не происходит, так как ионы ZnOH+ диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Zn(OH)2. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по катиону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза

Zn2+ + H2O ↔ ZnOH+ + H+

или в молекулярной форме

2ZnSO4 + 2H2O ↔ (ZnOH)2SO4 + H2SO4

В растворе появляется избыток ионов водорода, поэтому раствор ZnSO4 имеет кислую реакцию (рН < 7).

Пример 2. Какие продукты образуются при смешивании растворов А1(NО3)3 и К2СО3? Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнение реакции.

Решение. Соль А1(NO3)3 гидролизуется по катиону, а К2СО3 — по аниону:

Al3+ + H2O ↔ AlOH2+ + H+

CO32– + H2O ↔ HCO3 + OH

Если растворы этих солей находятся в одном сосуде, то идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо ионы H+ и ОH образуют молекулу слабого электролита Н2O. При этом гидро­литическое равновесие сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идет до конца с образованием А1(ОН)3 и СО22СО3). Ионно-молекулярное уравнение:

2Al3+ + 3 CO32– + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3CO2

молекулярное уравнение:

2Al(NO3)3 + 3K2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3CO2 + 6KNO3

 

А Вам помог наш сайт? Мы будем рады если Вы оставите несколько хороших слов о нас.
Оставить отзыв
Категории
Рекомендации
Подсказка
Нажмите Ctrl + F, чтобы найти фразу в тексте
Помощь проекту
Интересное
А знаете ли вы, что нажав сочетание клавиш Ctrl+F - можно воспользоваться поиском по сайту?
X
Copyrights © 2015: FARMF.RU - тесты, лекции, обзоры
Яндекс.Метрика
Рейтинг@Mail.ru