Диссоциация воды. Водородный показатель

Вода является слабым электролитом, диссоциирующим согласно уравнению Н2О ↔ Н++ ОН–.

-

Константа диссоциации воды очень мала:

К= [H

+] ×[OH

] = 1,8 · 10–16 (220С).

[H2O]

Принимая концентрацию воды [Н2О] величиной практически постоянной, можно записать так: К ·|Н2О] = [Н+] · [ОН–] =1,8 · 10–16. Концентрация воды равна

1000 = 55,56 моль/л.

Отсюда [ОН -] · [H+] = 1,8 · 10 -16 · 55,56 = 1·10 -14=КW.

Произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов называется ионным произведением воды. В нейтральной среде [Н+] = [ОН–] = 10-7 моль/л, в кислой

— [H+] >[ОН–], а в щелочной — [Н+]< [ОН–].

При этом в любых средах произведение концентрации водородных и гидроксильных ионов при данной температуре (22 0С) остается постоянным и равным 10 -14 моль/л.

Для количественной характеристики среды (кислой, щелочной) обычно приводят не концентрацию водородных ионов, а применяют условный показатель, обозначаемый через рН и называемый водородным показателем.

Он представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов рН =-lg[H+]. Тогда рН различных растворов будет иметь следующие значения: кислый рН < 7, щелочной рН> 7, нейтральный рН=7.

Решение типовых задач

Пример: a) [H+] = 10–4 моль/л. Вычислить [ОН-].

-14

Решение. [OH-]= 10

10- 4

=10-10

моль/л;

б) вычислить рН 0,01 н раствора КОН (степень диссоциации принять за 100%).

КОН ↔ К++ ОН-; [ОН- ] =0,01 = 10–2 моль/л;

-14

[H+]=

10- 2

=10-12

моль/л; рН =-lg[H+] = -lg[10–12] = 12,

среда щелочная.

Гидролиз солей

Гидролизом солей называется взаимодействие ионов растворенной соли с ионами воды, сопровождающееся изменением рН раствора. При гидролизе соли смещается ионное равновесие диссоциации воды. В результате растворы большинства солей имеют кислую или щелочную реакцию.

Гидролизу подвергаются соли, образованные:

а) сильным основанием и слабой кислотой (Na2CO3, K2S, K2SO3, и др.);

б) слабым основанием и сильной кислотой (NH4C1, Zn(NO3)2 и др.);

в) слабым основанием и слабой кислотой ((NH4)2 S,

А12(СО3)3 и др.).

Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются (K2SO4, NaNO3, NaCl, KNO3). Уравнения гидролиза солей пишутся аналогично другим ионным уравнениям: малодиссоциирующие (в том числе и вода), малорастворимые, а также газообразные вещества записываются в виде молекул, сильные электролиты — в виде ионов.

Уравнения гидролиза солей многоосновных кислот и многокислотных оснований записываются по ступеням аналогично ступенчатой диссоциации.

Пример. Гидролиз К2СО3

1-я ступень СО 2-

+HOH ↔HCO -

+ ОН-

(сокращенное ионное уравнение)

2 К+ + СО 2-+ НОН ↔2К+ + НСО - + ОН–

3 3

(полное ионное уравнение) К2СО3+ НОН ↔ КНСО3 + КОН

(молекулярное уравнение)

2-я ступень НСО -

+ НОН ↔ Н2СО3 + ОН–

К+ НСО - +НОН ↔ Н2СО3+К+ + ОН–

КНСО3 + НОН ↔ Н2СО3 + КОН

Гидролиз данной соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой, сводится к гидролизу аниона слабой кислоты, а накопление ионов гидроксила приводит к тому, что рН становится больше 7.

Пример. Гидролиз А1С13

1-я ступень А13+ + НОН ↔ А1ОН2+ + Н+

(сокращенное ионное уравнение)

Al3+ +3C1– + НОН ↔ АlОН2+ + 2С1– + H+ +Сl–

(полное ионное уравнение) А1С13+НОН ↔ АlOНС12 + НС1

(молекулярное уравнение)

2-я ступень АlOН2+ + НОН ↔А1(ОН) + +H+

АlOН2+ + 2С1– +НОН ↔ А1(ОН) ++↑С1– +H++Сl–

А1ОНС12 + НОН ↔ А1(ОН)2С1 + НС1

По 3-й ступени с образованием А1(ОН)3 гидролиз этой соли не идет вследствие накопления ионов водорода, способствующих протеканию процесса справа налево (идет растворение А1(ОН)3 в кислоте). В данном случае гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, сводится к образованию катиона слабого основания.

При этом образуется основная соль и накапливаются ионы водорода, рН раствора становится меньше 7.

Пример. Гидролиз NH4CH3COO

NH +

+ СН3СОО– + НОН ↔ NH4OH + СН3СООН

(полное ионное уравнение)

NH4CH3COO + HOH ↔ NH4OH + СН3СООН

(молекулярное уравнение)

В данном случае в результате гидролиза соли образуется слабая кислота (СН3СООН) и слабое основание (NH4OH). Накопления [H+] или [ОН-] не происходит. Константы диссоциаций образующихся кислоты и основания очень близки по величине к 7. Соли, образованные очень слабой кислотой и слабым основанием, почти полностью гидролизуются.

Пример. Гидролиз (NH4)2S

1-я ступень NH +

+S2- + НОН ↔ NH4OH + HS-

(сокращенное ионное уравнение)

2NH +

+S2-+НОН ↔ NH4OH + NH +

+HS-

(полное ионное уравнение) (NH4)2S +HOH ↔ NH4OH + NH4HS

(молекулярное уравнение)

2-я ступень NH +

+ HS- +HOH ↔ NH4 OH + H2S

(полное ионное уравнение) NH4HS + НОН ↔ NH4OH + H2S

(молекулярное уравнение)