Диссоциация воды и водородный показатель

Константа диссоциации воды очень мала

K=[H+]*[OH^-]/H₂O=1,8*10^-16

Произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ио­нов называется ионным произведением воды (К _H2O). Ионное про­изведение воды есть величина постоянная при постоянной температуре.

при комнатной температуре K_H2O=[H⁺]*[OH^-]=10^-14

в нейтральном растворе K_H2O=[H⁺]=[OH^-]=10^-7 моль/л

в щелочном растворе K_H2O=[H⁺]<10^-7 моль/л

в кислом растворе K_H2O=[H⁺]>10^-7 моль/л

общепринято концентрацию ионов H⁺ выражать показателем рН:

рН=-lg[H⁺]

в некоторых случаях используют показатель рOН:

рOН=-lg[OH^-]

сумма рН и рOН равна рK_H2O

рН+рOН= рK_H2O=-lg10^-14=14

Шкала рН:

[H+]		10-1	10-2	10-3	10-4	10-5	10-6	10-7	10-8	10-9	10-10	10-11	10-12	10-13	10-14
рН

Если рН<7- среда кислая

рН=7-среда нейтральная

рН>7-среда щелочная

Гидролиз взаимодействие ионов соли с ионами воды, сопровождающееся изменением рН раствора вследствие сдвига ионного равновесия воды.

Гидролиз протекает, если в результате взаимодействия образуется слабый электролит (слабая кислота или слабое основание).

Гидролиз солей - обратимый процесс и усиливается при уменьшении концентраuии раствора и при повышении температуры, что объясняется увеличением степени диссоциации воды.

Гидролиз всегда протекаетпо слабому иону.

Сильные катионы образуют металлы IA группы (Na, К, Cs, Fr) и IIА группы (Ва). Сильные анионы - кислотные остатки кислот (HCl, НNО₃, H₂SO₄).

В процессе гидролиза кроме слабых кислот и слабых оснований образуются кислые или основные соли, если частица, по которой протекает гидролиз, поливалентна. В этом случае гидролиз протекает ступенчато, Т.е. по стадиям. Например, соль Nа₂СО₃ гидролизируется по аниону следующим образом:

СО₃^2-+ НОН↔ ОН^-+НСО₃^-

Поскольку диссоциация слабых электролитов протекает ступенчато, то и гидролиз также должен идти по стадиям.

Диссоциация угольной кислоты по I ступени:

Н₂СО₃↔ Н⁺+ НСО₃^-

характеризуется константой диссоциации K₁= 4,2*10^-7.

Диссоциация угольной кислоты по II ступени:

НСО₃^-↔ Н⁺+ СО₃^2-

характеризуется константой диссоциации K₂ = 4,7 * 10^-2. Таким образом, второй ион водорода удерживается кислотным остатком гораздо прочнее, чем первый. Поэтому присоединение ионов водорода по первой ступени гидролиза:

СО₃^2- + H₂O↔НСO₃^- + ОН^-

должно быть выражено более сильно, чем по второй ступени:

НСО₃ ^- + H₂O ↔Н₂СО₃ + ОН^-

Величина рН зависит от интенсивности гидролиза, последняя характеризуется константой и степенью гидролиза. Известно, что щелочная среда характеризуется рН>7 (С_Н+ < 10·7,моль/л), а в кислой среде рН<7 (С_Н ⁺ > 10-⁷,моль/л)

Можно выделить 4 типа солей и 3 случая.

1 случай: соль образована слабой кислотой и сильным основанием. В этом случае гидролиз идёт по - аниону.

Примеры:

а) Соль образована одноосновной кислотой - реакция в молекулярной форме:

СН₃СООNа + НОН ↔ СН₃СООН + NaOH

-реакция в полной ионной форме:

СН₃СОО^- + Na⁺ + НОН ↔ СН₃СООН + Na⁺ + ОН-

-реакция в сокращённой ионной форме:

СН₃СОО^- + НОН ↔ СН₃СООН + ОН­ Среда щелочная, рН > 7.

б) Соль образована многоосновной кислотой: - реакция в молекулярной форме:

Nа₂SО₃ + НОН ↔NаНSО₃ + NaOH гидросульфит Nа(кислая соль) -реакция в полной ионной форме:

-реакция в сокращённой ионной форме:

SO₃^2- + НОН ↔НSО₃^- + ОН^-

Среда щелочная, рН > 7.

Вывод: при гидролизе соли, образованной много основной кислотой

образуются кислые соли.

II случай: соль образована слабым основанием и сильной кислотой. В этом случае гидролиз идет по - катиону.

Примеры:

а)Соль образована однокислотным основанием: - реакция в молекулярной форме:

NН₄Cl + НОН ↔ NН₄ОH + HCl

- реакция в полной ионной форме:

NН₄⁺ + Сl^- + НОН ↔ NН₄ОН + H⁺ + Сl-

- реакция в сокращенной ионной форме:

NН₄⁺ + НОН ↔ NН₄OH + H⁺

Среда кислая, рH < 7.

б) Соль образована многокислотным основанием: - реакция в молекулярной форме:

АlСl₃ + НОН ↔ AlOHCl₂ + HCl

гидрохлорид Al ( основная соль)

- реакция в полной ионной форме:

Аl⁺³+ 3Сl + НОН ↔AlOH⁺² + 2Сl + H⁺ + Cl^­- реакция в сокращенной ионной форме:

Аl⁺³ + НОН ↔ AlOH⁺² + H⁺ Среда кислая, рH < 7.

Вывод: при гидролизе соли, образованной многокислотным основанием, образуются основные соли.

III случай: соль образована слабой кислотой и слабым основанием.

Такие соли гидролизуются по катиону и аниону одновременно.

Получаются кислота и основание.

Пример:

А1₂S₃ + 6Н₂О↔2Аl(ОН)₃↓ + 3Н₂S↑ Ионной формы нет.

Среда близка к нейтральной, рН ~ 7.

IV Случай: соль образована сильной кислотой и сильным основанием. Такие соли не гидролизуются.

Среда нейтральная, рH = 7.

Пример: NaCl, CsF, КВr и т.д.

Равновесие гидролиза характеризуется константой гидролиза Кг

Интенсивность протекания характеризуется степенью гидролиза h:

Константа гидролиза и степень гидролиза связаны между собой соотношением:

К_г=С*h₂