Лабораторная работа 11 Водородный показатель. Гидролиз солей
Теоретические основы. Вода - слабый электролит, диссоциирует в незначительной степени с образованием ионов водорода Н+ и гидроксил-анионов ОН : Н2О Н+ + ОН .
Состояние равновесия этой реакции характеризуется константой, которая называется ионное произведение воды:
К
= [Н+
]
[ОН
]
= 10
14
(при 220С),
где [Н+ ] и [ОН ] - равновесные концентрации ионов.
Обычно вместо величин [Н+] и [ОН ] используют их отрицательные десятичные логарифмы. Эти величины называют соответственно водородным и гидроксильным показателями:
рН = - lg [Н+ ]
рОН = - lg [ОН ]
рК = рН + рОН = 14
Нейтральные
растворы не
имеют избытка ионов
Н+
или ОН
:
[Н+
] = [ОН
]
= 10
7
;
рН = рОН = 7
Кислые растворы содержат избыток ионов Н+:
[Н+ ]> [ОН ]; рН< рОН; рН<7; рОН>7
Щелочные растворы содержат избыток ионов ОН :
[Н+ ]< [ОН ]; рН> рОН; рН>7; рОН<7
Если растворенная в воде соль содержит ионы-остатки слабых кислот или слабых оснований, то происходит процесс гидролиза соли - обменной реакции ионов соли с молекулами воды, приводящей к образованию молекул и ионов новых слабых электролитов.
Основные правила написания реакций гидролиза:
1. Гидролизу подвергаются анионы слабых кислот и катионы слабых оснований, входящих в состав соли.
2. Гидролиз - процесс ступенчатый. На каждой ступени один гидролизующийся ион реагирует с одной молекулой воды.
3. В обычных условиях гидролиз протекает только по первой ступени. Гидролиз усиливается при нагревании и разбавлении растворов солей.
4. Гидролиз - процесс, как правило, обратимый, его равновесие можно смещать. Добавление одноименных ионов (Н+ или ОН ), выделяющихся в процессе гидролиза, смещает равновесие в сторону уменьшения гидролиза. Добавление противоположных ионов, связывающих выделяющиеся ионы Н+ и ОН в молекулы воды, смещает равновесие в сторону усиления гидролиза.
Типы реакций гидролиза.
1. Соль образована ионами сильного основания и сильной кислоты (например, NaCl, KNO3 и др.).
NaCl + H2O гидролиз не идет (NaOH - сильное основание, HCl - сильная кислота).
2. Соль образована ионами сильного основания и слабой кислоты (например, Na2CO3, KSCN и др.).
Na2CO3 + Н2О гидролиз по аниону (NaOH - сильное основание, H2CO3 - cлабая кислота).
CO32 + HOH HCO3 + OH (среда щелочная, рН>7).
Na2CO3+ HOH NaHCO3 + NaOH (1 ступень гидролиза).
Добавление к раствору сильных щелочей (NaOH), содержащих одноименные ионы (OH ), вызывает ослабление гидролиза (смещение равновесия влево по принципу Ле Шателье). Добавление к раствору кислот усиливает гидролиз за счет реакции Н++OH Н2О, в результате которой концентрация ионов OH в растворе уменьшается, и равновесие гидролиза смещается вправо. Гидролиз усиливается и начинает идти по второй ступени:
НCO3 + HOH H2CO3 + OH
NaНCO3 + HOH H2CO3 + NaOH (2 ступень гидролиза).
3. Соль образована ионами слабого основания и сильной кислоты (например, AlCl3, FeSO4 и др.).
AlCl3 + H2O гидролиз по катиону (Al(OH)3 - слабое основание, НCl - cильная кислота).
Al3+ + HOH AlOH2+ + H+ (среда кислая, рН<7)
AlCl3 + HOH AlOHCl2 + HCl (1 ступень гидролиза).