Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию

1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию, хотя в своем составе соли не содержат ни водородных ионов, ни гидроксид-ионов.

Объяснение этим фактам следует искать во взаимодействии солей с водой. Возьмем в качестве примера раствор ацетата натрия CH3COONa дающий щелочную реакцию.

Ацетат натрия как сильный электролит при растворении в воде полностью диссоциирует на ионы Na+ и СH3СОО- . Последние взаимодействуют с Н+ и ОН- – ионами воды. При этом ионы не могут связывать ионы ОН- в молекулы, так как NaОН является сильным электролитом и существует в растворе только в виде ионов. В то же время ацетат-ионы связывают ионы Н+ с образованием молекул слабого электролита – уксусной кислоты, в результате чего новые молекулы Н2О диссоциируют на Н+ и ОН- – ионы. Эти процессы протекают до тех пор, пока не установится равновесие:

Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru CH3COO- + H+ CH3COO ; Н2О H+ + ОН-

Суммарное уравнение одновременно протекающих процессов имеет вид

Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru CH3COO- + H2О CH3COOН + ОН-

Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru

Это уравнение показывает, что в результате образования слабого электролита (уксусной кислоты) смещается ионное равновесие диссоциации воды и создается избыток

ОН- – ионов, а потому раствор приобретает щелочную реакцию.

Взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита, называют гидролизом соли.

Как показано в примере, раствор стал щелочным в результате гидролиза соли CH3COONa.

2Приведенное выше суммарное уравнение показывает, что идет накопление ОН- – ионов, а потому раствор приобретает щелочную реакцию. Применив к данному обратимому процессу закон действующих масс, получим

[CH3COOH] [OH-]

[CH3COO-] [H2O] = K (1)

Концентрация воды в растворе соли постоянна, поэтому величину [H2O] объединяем с К :

[CH3COOH] [OH-]

[CH3COO-] = K[H2O] = Кг (2)

где Кг - константа гидролиза. Из соотношения [H+] [OH-] = K(H2O) = Кв находим

Kв

[OH-] = [H+]

и, подставляя в уравнение (1) получаем

[CH3COOH] Кв [CH3COOH] 1

Кг = [CH3COO-] [H+] , но [CH3COO-] [H+] = Кк

где Кк - константа диссоциации слабой кислоты, образованной в результате гидролиза соли. Окончательно будем иметь

Кг = Кв / Кк (3)

Чем больше Кк, тем сильнее соль подвергается гидролизу.

Гидролиз количественно характеризуется также степенью гидролиза h, под которой понимают соотношение числа молекул, подвергшихся гидролизу, к общему числу растворенных молекул; h легко вычисляют из уравнений (2) и (3). Пусть в рассматриваемой реакции гидролиза начальная концентрация соли, а значит, и ацетат-ионов (ибо соль – сильный электролит и полностью диссоциирует на ионы) равна с, а степень гидролиза h. Тогда при наступившем равновесии равновесные концентрации примут значения

[CH3COO-] = c – ch, [CH3COO] = ch и [OH-] = ch

Подставляя эти выражения в уравнение (2) и учитывая уравнение (3) получаем

ch • ch Кв

c (1 – h) = Kг = Кк

или

ch2 Кв

1-h = Кк (4)

Так как для многих солей h – величина небольшая (обычно h≤ 0,01), то с известным приближением можно принять 1-h ≈ 1.Тогда уравнение (4) примет вид

ch2 ≈ Кв / Кк

и

h ≈ √Кв/(сКк) (5)

Из уравнения (5) следует, что степень гидролиза тем больше:

чем больше Кв , т.е. чем больше температура (так как Кв возрастает с температурой);

чем меньше Кк, т.е чем слабее кислота (основание), которая образуется в результате гидролиза соли;

чем меньше концентрация, т.е. чем больше разбавлен раствор.

Таким образом, чтобы усилить гидролиз соли, надо разбавить раствор соли и нагреть его.

3 Любую соль можно представить как продукт взаимодействия кислоты и основания. Различают 4 случая гидролиза солей.

Соль образована слабой кислотой и сильным основанием. Происходит гидролиз по аниону – анион связывает протон, образуя слабый электролит. Пример рассмотрен выше – гидролиз соли CH3COONa. В этом случае Кг = Кв / Кк , т.е. константа гидролиза соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием, равна ионному произведению воды, деленному на константу диссоциации слабой кислоты; h ≈ √Кв/(сКк) и pH > 7.

Соль образована сильной кислотой и слабым основанием. Происходит гидролиз по катиону – катион связывает гидроксид-ионы, образуя слабый электролит. Пример: NH4Cl. Уравнение гидролиза соли в ионном виде можно записать так:

 
  Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru

Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru NH4+ + H2O NH4OH + H+

Реакция раствора должна быть кислой, так как происходит накопление H+-ионов, что видно из уравнений реакции. В этом случае

Кг = Кв / Косн. (6)

т.е. константа гидролиза соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, равна ионному произведению воды, деленному на константу диссоциации слабого основания;

h ≈ √Кв/(сКосн) (7)

и pH < 7.

Уравнения (6) и (7) выводятся аналогично уравнениям (3) и (5).

Соль образована слабой кислотой и слабым основанием. Происходит гидролиз покатиону и по аниону. Пример: CH3COONH4. Уравнение гидролиза запишется так:

Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru CH3COO- = NH4+ + H2O CH3COOH + NH4OH

В этом случае одновременно связываются Н+ и OH-–ионы воды. Константа гидролиза для этого процесса

[CH3COOH] [NH4OH]

Кг = [CH3COO-] [NH+] (8)

Умножим числитель и знаменатель в уравнении (8) на [H+] [ОH-] :

[CH3COOH] [NH4OH] [H+] [ОH-]

Кг = [CH3COO-] [H+] [NH4+] [ОH-]

и подобно (3) и (6) получим

Кг = Кв /(КкКосн.) (9)

т.е. константа гидролиза соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием, равна ионному произведению воды, деленному на произведение констант диссоциации кислоты и основания, образуемых в результате гидролиза.

Пусть в этой реакции гидролиза начальная концентрация соли равна с, а степень гидролиза h. Когда наступит равновесие, концентрации примут значения

[CH3COO-]= [NH4+] = c – ch и[CH3COOН]= [NH4ОН] = ch

Подставляя эти выражения в уравнение (8) и учитывая уравнение (9), получаем

ch • ch Кв

c2(1 – h)2 = Kг = Косн

и окончательно

h Кв

1-h = √ Кк Косн (10)

Так как знаменатель уравнения (9) как произведение двух малых величин есть величина малая, то Kг - достаточно большая величина. Действительно, гидролиз солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием, протекает в значительной степени и, как показывает уравнение (10), от разбавления не зависит.

В этом случае рН водных растворов солей будет больше, равно или меньше 7, т.е. реакция раствора будет кислая, если константа диссоциации кислоты больше константы диссоциации основания, или щелочная, если константа диссоциации основания больше константы диссоциации кислоты, или нейтральная, если константы диссоциаций равны. Так как в примере Kк = 1,86· 10-5 , а Kосн = 1,79· 10-5 , т.е. их силы почти одинаковы, то раствор соли CH3COONН4 , несмотря на большое значение h, будет практически нейтральным.

Соль образована сильной кислотой и сильным основанием. Пример: KCl. Соль в этом случае гидролизу не подвергается, рН водных растворов таких солей равен 7. правда, при высоких температурах и соли этого типа могут подвергаться гидролизу (например, за счет улетучивания хлороводорода при сильном нагревании равновесие

Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru KCl + H2O HCl + KOH

смещается в сторону продуктов реакции).

Гидролиз солей в большинсте случаев – процесс обратимый.

Гидролитическое равновесие можно смещать не только с помощью разбавления и нагревания, но и в соответствии с законом действующих масс. Если к равновесию

Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru Методические рекомендации. 1Опыт показывает, что растворы солей имеют щелочную, кислую или нейтральную реакцию - student2.ru (NH4)2 S + H 2O NH 2HS + NH4OH

добавить продукт гидролиза NH4OH, то равновесие сместится в сторону исходных веществ (гидролиз соли уменьшается). Наоборот, если удалять продукты гидролиза, равновесие сместиться в сторону конечных веществ (гидролиз соли усиливается). Этим часто пользуются в качественном анализе.

Когда продукты гидролиза уходят из сферы реакции, гидролиз протекает неоратимо:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 ↓ + 3 H2S ↑

(в уравнениях необратимого гидролиза ставится знак равенства).

Контрольные вопросы

1 Что называется гидролизом солей?

2 Что называется степенью гидролиза? Какие факторы оказывают существенное влияние на степень гидролиза?

3 Как влияют на степень гидролиза температура, разведение, реакция серы и природа соли?

4 От каких факторов зависит константа гидролиза?

5 Какие типы гидролиза вам известны? Приведите примеры солей каждого типа гидролиза.

6 Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: NaCN, KNO3 , KOCl, NaNO2 ,NH4CH3COO, CaCl2 , NaClO4 ,KHCOO, KBr, Na3PO4, K2CO3 , K2S, MgSO4 ? Для каждой из гидролизующихся солей напишите уравнения гидролиза в ионно-молекулярной форме и укажите реакцию её водного раствора.

7 Как будет протекать гидролиз солей, формулы которых SbCl3 ,NaCl, Na2S? Укажите, больше или меньше семи водородные показатели растворов указанных солей?

8 Растворы каких солей имеют нейтральную реакцию, кислую, щелочную?

9 Как изменяется концентрация ионов Н+ и ОН- в растворе солей сильного основания и слабой кислоты? рН этих растворов станет больше или меньше?

10 В каких случаях гидролиз соли необратим?

11 Какое значение имеет гидролиз?

Рекомендуемая литература:

Основная:

1 Хомченко Г.П., Цитович И.К. Неорганическая химия; Учебник для с.-х.

ВУЗов – М.: Высшая школа,1987,глава V, &11, стр. 181-187

2 Князев Д.А., Смарыгин С.Н. Неорганическая химия. Учебник для с.-х.

ВУЗов по специальности «Агрохимия и почвоведение». М : Высшая школа,

1990, глава VIII, стр. 76-84

Дополнительная:

3 Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для ВУЗов – Л.: Химия, 1986.

глава VIII, стр. 249-255

4 Платонов Ф.П. Дейкова З.Е. Практикум по неорганической химии. М.: Высш. шк. , 1985, стр. 100-124.

Наши рекомендации