Количественные характеристики процесса гидролиза

Степень h, константа гидролиза K_гидр и pH раствора зависят от силы (константы диссоциации) слабого электролита, от случая гидролиза (по катиону, аниону, или по катиону и аниону), а также в первых двух случаях от концентрации раствора:

для гидролиза по катиону:		,
для гидролиза по аниону:			.
для гидролиза по аниону и катиону:		.

где – ионное произведение воды (=10^-14 при н.у.); K_осн, K_кисл – константы диссоциации соответственно слабого основания и слабой кислоты.

Для ступенчатой формы гидролиза константа и степень гидролиза имеют определенные значения для каждой ступени. Например, константам гидролиза трех ступеней для соли, образованной трехосновной слабой кислотой, соответствуют следующие выражения:

где K_{1 (кисл.)}, K_{2 (кисл.)}, K_{3 (кисл.)} – константы диссоциации слабой кислоты для соответствующих ступеней диссоциации.

Факторы, влияющие на степень гидролиза

Степень гидролиза h – отношение числа гидролизованных молекул к общему числу растворенных молекул, выраженное в процентах. Степень гидролиза зависит от природы гидролизуемого вещества, концентрации раствора (для первого и второго случаев) и температуры (см. табл. п. 3.5).

Для увеличения степени гидролиза следует добавить воды, изменить соответствующим образом реакцию среды или повысить температуру. Например, при кипячении раствора FeCl₃ можно довести гидролиз до конца, до выпадения осадка гидроксида железа Fe(OH)₃:

.

При сильном разбавлении раствора хлорида висмута в результате гидролиза выделяется осадок хлорида висмутила:

.

При удалении продуктов реакции гидролиз также усиливается. Изменение реакции среды (при добавлении кислоты, щелочи или соли) может привести к усилению или ослаблению гидролиза. Например, при введении в систему ионов ОH^– равновесие сместится вправо, так как связываются ионы H⁺, освободившиеся в результате гидролиза.

Опыт 4. Влияние природы слабого компонента на степень гидролиза соли.

Выполнение опыта. В две пробирки внести по 5 – 6 капель 0,5 н. растворов: в одну – карбоната натрия, в другую – сульфита натрия. Определить рН растворов карбоната натрия и сульфита натрия с помощью универсального индикатора.

Написать уравнения гидролиза солей в ионном и молекулярном виде и на основании результатов наблюдений сделать вывод, в каком из двух растворов относительно больше: 1) степень гидролиза,

2) концентрация ионов ОН^–,

3) значение рН.

Вычислить степень, константу гидролиза и рН в растворах обеих солей, учитывая, что гидролиз протекает преимущественно по первой ступени. Сравнить расчетные данные с полученными экспериментально.

Опыт 5. Смещение равновесия гидролиза путем разбавления раствора и изменения реакции среды.

Выполнение опыта. В пробирку внести 3 – 4 капли раствора хлорида сурьмы или висмута и добавить такой же объем воды. Отметить образование осадка. Добавить 1 – 2 капли концентрированной соляной кислоты, после чего вновь разбавить раствор водой. Записать результаты наблюдений.

Написать уравнение гидролиза хлорида сурьмы или висмута в молекулярном и ионном виде, учитывая, что гидролиз протекает по 2-й ступени и при этом образуется малорастворимый хлорид антимонила (стибила) SbOCl или висмутила BiOCl. Объяснить влияние разбавления раствора и добавления соляной кислоты.

Аналогичный опыт проделать с раствором хлорида олова (II). В этом случае образуется осадок основной соли SnOHCl.

Опыт 6. Влияние температуры на степень гидролиза солей.

Выполнение опыта. В пробирку внести 5 – 6 капель раствора хлорида или сульфата алюминия и такой же объем раствора ацетата натрия. Содержимое пробирки нагреть, опустив ее в горячую воду, и отметить выпадение осадка малорастворимого ацетата дигидроксоалюминия.

Написать уравнения реакций гидролиза без нагревания и при нагревании.

Контрольные задания.

Задание 1. Получить у преподавателя две пробирки с растворами солей сульфата алюминия и карбоната натрия. Имея в своем распоряжении только раствор лакмуса, определить, в какой из пробирок находится соль алюминия. Написать соответствующие уравнения реакций.

Слить растворы в одну пробирку, наблюдать образование осадка. Имея в своем распоряжении растворы кислоты и щелочи, определить состав осадка. Написать соответствующие уравнения реакций.

Задание 2. Получить у преподавателя две пробирки с растворами солей сульфата алюминия и ацетата натрия. Имея в своем распоряжении только раствор лакмуса, определить, в какой из пробирок находится соль натрия. Написать соответствующие уравнения реакций.

Задание 3. Получить у преподавателя две пробирки с растворами солей хлорида аммония и карбоната натрия. Имея в своем распоряжении только раствор лакмуса, определить, в какой из пробирок находится соль аммония. Написать соответствующие уравнения реакций.

Задание 4. Получить у преподавателя две пробирки с растворами солей сульфата алюминия и сульфата натрия. Имея в своем распоряжении только раствор лакмуса, определить, в какой из пробирок находится соль алюминия. Написать соответствующие уравнения реакций.

Задание 5. Получить у преподавателя две пробирки с растворами солей нитрата свинца и карбоната натрия. Имея в своем распоряжении только растворы лакмуса и фенолфталеина, определить, в какой из пробирок находится соль свинца. Написать соответствующие уравнения реакций.

Задание 6. Получить у преподавателя две пробирки с растворами солей хлорида аммония и хлорида натрия. Имея в своем распоряжении только раствор лакмуса, определить, в какой из пробирок находится соль алюминия. Написать соответствующее уравнение реакции.

Задание 7. Получить у преподавателя две пробирки с растворами солей сульфата алюминия и сульфида натрия. Имея в своем распоряжении только растворы лакмуса и фенолфталеина, определить, в какой из пробирок находится соль алюминия. Написать соответствующие уравнения реакций. Слить растворы в одну пробирку, наблюдать образование осадка. Имея в своем распоряжении растворы кислоты и щелочи, определить состав осадка. Написать соответствующие уравнения реакций.

Задание 8. Получить у преподавателя две пробирки с растворами солей ацетата натрия и нитрата свинца. Имея в своем распоряжении только растворы лакмуса и фенолфталеина, определить, в какой из пробирок находится соль натрия. Написать соответствующие уравнения реакций.

ПРИ СДАЧЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ ОТВЕТИТЬ НА СЛЕДУЮЩИЕ ВОПРОСЫ

1. Какие процессы относятся к реакциям гидролиза?

2. Определите, какие из указанных солей подвергаются гидролизу, и какая форма гидролиза (простой, ступенчатый, полный) имеет место в каждом конкретном случае:

а) K₂CO₃, б) Na₂S, в) FeCl₃,

г) NH₄NO₂, д) Al₂S₃, е) KCl.

Напишите ионные и молекулярные уравнения соответствующих реакций. Определите реакцию среды.

3. Какую реакцию среды имеют растворы следующих солей:

а) NaNO₃, б) NH₄СNS, в) NaCN,

г) CuSO₄, д) NH₄NO₃?

Объясните причину и напишите ионные и молекулярные уравнения соответствующих реакций. Укажите случай и форму гидролиза.

4. Определите, как сместится равновесие в реакции гидролиза сульфата хрома при прибавлении: а) кислоты, б) щелочи, в) сульфата натрия, г) карбоната натрия, д) хлорида цинка.

5. Объясните понятия константы и степени гидролиза. Какие факторы влияют на степень гидролиза?

6. Определите, какая из указанных солей гидролизуется в большей степени:

а) Na₂S или Na₂SO₃, г) CuSO₄ или CuSO₃,

б) FeCl₃ или FeCl₂, д) NH₄СN или NH₄СNS,

в) ZnCl₂ или CdCl₂, е) Na₂S или Na₂CO₃.

7. Вычислите константу гидролиза фторида калия, определите степень гидролиза этой соли в 0,01 М растворе и рН раствора. (K_HF = 7 · 10^-4 ).

Ответ: 0,14·10^-10; 3,7; 4·10^-5; 7,6.

8. При сливании водных растворов AlCl₃ и Na₂S образуется осадок гидроксида алюминия и выделяется газ. Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнения соответствующей реакции. Как доказать, что в осадке гидроксид алюминия, а не сульфид?

9. Определите соотношение констант и степени гидролиза сульфида натрия для первой и второй ступеней. Изменением концентрации можно пренебречь (,). Ответ: 6·10⁶, 2,45·10³.