Задачи для самостоятельного решения. 225. Вычислить концентрацию [Н+], если концентрация [ОН−] (моль/л) равна:

224. [Н ⁺] = 10^-5 моль/л. Вычислить [ОН⁻].

225. Вычислить концентрацию [Н⁺], если концентрация [ОН⁻] (моль/л) равна:

а) 4·10^-10; б) 1,6·10^-13; в) 5·10^-6; г) 3,2·10^-7.

226. Вычислить концентрацию [ОН^-], если концентрация [Н⁺] (моль/л) равна:

а) 2·10^-4; б) 8·10^-7; в) 3·10^-14; г) 10^-9.

227. Вычислить рН растворов, в которых концентрация [Н ⁺] (моль/л) равна:

а) 10^-3; б) 3·10^-11; в) 4,8·10^-5; г) 7·10^-13.

228. Вычислить рН растворов, в которых концентрация [ОН⁻] (моль/л) равна:

а) 6,5·10^-3; б) 2·10^-12; в) 1,8·10^-5; г) 3·10^-10.

229. Вычислить концентрацию ионов [Н⁺] в растворе, рН которого равна 4,8.

230. Вычислить концентрацию ионов [Н⁺] в растворе, рН которого равна 10,25.

231. Вычислить концентрацию ионов [ОН⁻] в растворе, рН которого 3,1.

232. Вычислить концентрацию ионов [ОН⁻] в растворе, рН которого 11,7.

 

7. 3. 4. Гидролиз солей

 

Гидролиз – это процесс разложения веществ водой (“гидро” – вода, ”лизис- разложение”).

Гидролиз солей – это процесс разложения соли водой, сопровождающийся образованием малодиссоциирующих веществ (слабых электролитов – оснований и/или кислот).

К сильным кислотам и основаниям относятся:

- минеральные кислоты – HI, HBr, HCl, HClO₄, HClO₃, H₂SO₄, HNO₃, HМnO₄;

- щёлочи – LiOH, NaOH, KOH, CsOH, RbOH, FrOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂, Ra(OH)₂.

К слабым кислотам и основаниям относятся:

- практически все органические кислоты;

- основания, за исключением щелочей;

- минеральные кислоты, за исключением сильных кислот.

Если молекулы слабого электролита образуются за счет катионов, входящих в состав исходной соли, то говорят, что гидролиз идёт по катиону, а если за счет анионов, то говорят, что гидролиз идёт по аниону.

Например, при растворении NH₄Cl в воде происходят следующие процессы:

NH₄Cl <=> NH₄⁺ + Cl ^-

Н₂О <=> OH ⁻ + H ⁺

NH₄OH (слаб.) HCl (сильн.)

Катионы NH₄⁺ связываются с ионами OH ⁻ в молекулы слабого электролита NH₄OH, что равносильно удалению катионов NH₄⁺ и анионов OH ⁻ из раствора.

Поэтому говорят, что NH₄Cl гидролизуется по катиону.

Гидролизу подвергаются соли, образованные:

· слабым основанием и сильной кислотой (например, MgCl₂, Zn(NO₃)₂, CuSO₄), и гидролиз идет по катиону;

· слабой кислотой и сильным основанием (например, Na₂CO₃, K₂S, CH₃COONa), и гидролиз идет по аниону;

· слабым основанием и слабой кислотой (например, CH₃COONH₄, (NH₄)₂S), и гидролиз идет и по катиону и по аниону одновременно.

Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой (например, NaCl, Na₂SO₄, KNO₃) гидролизу не подвергаются, так как в этом случае не образуются молекулы слабого электролита.

KNO₃ <=> K ⁺ + NO₃⁻

H₂O <=> OH ⁻ + H⁺

 

KOH и HNO₃ – сильные электролиты.

Таким образом, гидролиз соли происходит если соль образована и/или слабой кислотой и/или слабым основанием.

Уравнения реакций гидролиза пишутся аналогично другим ионным уравнениям: малодиссоциированные (в том числе и вода) и малорастворимые, а также газообразные продукты гидролиза и исходные вещества пишутся в виде молекул, сильные электролиты записываются в ионной форме.

Краткое ионное уравнение показывает какие ионы (Н⁺ или ОН⁻) накапливаются в растворе данной соли при растворении, что позволяет определить реакцию среды рассматриваемой соли. Так, если в кратком ионном уравнении обнаруживаются ионы Н⁺, то реакция среды раствора этой соли будет кислой, а гидролиз будет идти по катиону. Если в кратком ионном уравнении обнаруживаются ионы ОН⁻, то реакция среды раствора этой соли будет щелочной, а гидролиз будет идти по аниону. Если же краткое ионное уравнение показывает, что в растворе присутствуют и ионы Н⁺‚ и ионы ОН⁻, то реакция среды будет нейтральной, а гидролиз будет идти и по аниону‚ и по катиону.

 

Пример 1. Составить уравнения гидролиза нитрата аммония (NH₄NO₃) и определить реакцию среды в растворе этой соли.

1) Запишем уравнение реакции гидролиза в молекулярной форме:

NH₄NO₃ + НОН <=> NH₄ОН + НNO₃.

2) Составим полное ионное уранение данной реакции:

NH₄ ⁺ + NO₃ ⁻ + НОН <=> NH₄ОН + Н ⁺ + NO₃ ⁻.

3) Составим краткое ионное уравнение данной реакции:

NH₄⁺ + НОН ↔ NH₄ОН + Н⁺

Краткое ионное уравнение реакции гидролиза NH₄NO₃ показывает, что соль гидролизуется по катиону, а накопление в растворе ионов Н ⁺ приводит к тому, что реакция среды будет кислой (рН < 7).

В общем случае:

- если соль образована сильным основанием и слабой кислотой, то рН >7;

- если соль образована слабым основанием и сильной кислотой, то рН < 7;

- если соль образована слабым основанием и слабой кислотой, то рН ≈ 7;

- если соль образована сильным основанием и сильной кислотой, то рН=7

Гидролиз солей, образованных слабым многоосновным основанием или слабой многоосновной кислотой, протекает ступенчато. Число ступеней гидролиза равно заряду аниона слабой кислоты или заряду катиона слабого основания. Если гидролиз идёт и по катиону‚ и по аниону, то число ступеней равно наибольшему из зарядов.

Гидролиз по второй и, особенно, по третьей ступени выражен незначительно:

- при гидролизе солей, образованных слабым многокислотным основанием и сильной кислотой, образуются основные соли (содержащие катион металла и анионы ОН ^- и кислотного остатка, например, FeOHCl₂ – гидроксохлорид железа (III);

- при гидролизе солей, образованных слабой многоосновной кислотой и сильным основанием, образуются кислые соли (содержащие анионы кислотного остатка и катионы металла‚ и Н⁺, например, KHCO₃ – гидрокарбонат калия).

Пример 2. Составить уравнения гидролиза и определить реакцию среды в растворе хлорида железа (III).

Реакция гидролиза FeCl₃ проходит в три стадии, так как заряд иона железа равен 3+:

1) составим молекулярное, полное и краткое ионное уравнение первой ступени гидролиза:

молекулярное уравнение: FeCl₃ + НОН <=> FeOHCl₂ + HCl,

полное ионное уравнение: Fe³⁺ + 3Cl ^- + НОН<=> (FeOH)²⁺ + 2Cl ^-+ H ⁺ + Cl ⁻

краткое ионное уравнение: Fe³⁺ +НОН<=>(FeOH)²⁺ + H⁺

2) составим молекулярное, полное и краткое ионное уравнение второй ступени гидролиза:

FeOHCl₂+ НОН <=> Fe(OH)₂Cl + HCl,

FeOH²⁺+ 2Cl ^- + НОН <=> [Fe(OH)₂]⁺ + Cl ⁻ + H⁺ + Cl ⁻

FeOH²⁺ + НОН<=>[Fe(OH)₂]⁺ + H⁺

3) составим молекулярное, полное и краткое ионное уравнение третьей ступени гидролиза:

Fe(OH)₂Cl + НОН <=> Fe(OH)₃ ↓ + HCl,

[Fe(OH)₂]⁺ + Cl ^- +НОН <=>Fe(OH)₃↓ + H⁺ + Cl ⁻

[Fe(OH)₂]⁺ + НОН <=> Fe(OH)₃↓ + H⁺

4) общее уравнение реакции гидролиза в молекулярной полной и краткой ионной форме имеет вид:

FeCl₃ + 3НОН<=> Fe(OH)₃ ↓ + 3HCl,

Fe³⁺ + 3Cl ^- +3 НОН <=> Fe(OH)₃↓ + 3H⁺ + 3 Cl ⁻

Fe³⁺ +3НОН <=> Fe(OH)₃↓ + 3H⁺

Таким образом, гидролиз соли, образованной слабым трехкислотным основанием и сильной кислотой идёт по катиону, в три стадии, а накопление ионов Н⁺ приводит к тому, что рН<7.

Пример 3. Составить уравнения гидролиза и определить реакцию среды в растворе карбоната калия.

Реакция гидролиза карбоната калия (К₂СО₃) идёт в две ступени, так как соль образована двухосновной кислотой (Н₂СО₃), заряд карбонат-аниона равен “2^– “.

1) Составим молекулярное, полное и краткое ионное уравнение первой ступени:

К₂СО₃ + НОН <=> КНСО₃ + КОН,

2К ⁺ + СО₃^2- + НОН<=> К ⁺ + НСО₃⁻+ К ⁺ + ОН⁻

СО₃^2- +НОН<=>НСО₃^- + ОН⁻

2) составим молекулярное, полное и краткое ионное уравнение второй ступени:

КНСО₃ + НОН <=> Н₂СО₃ + КОН,

К ⁺ + НСО₃⁻ + НОН <=> Н₂СО₃ + К ⁺ + ОН⁻ ,

НСО₃⁻ + НОН <=> Н₂СО₃ + ОН⁻.

3) Общее уравнение гидролиза в молекулярной, полной и краткой ионной форме:

К₂СО₃ + 2 НОН <=> Н₂СО₃ + 2 КОН,

2К ⁺ + СО₃^2- +2НОН<=>Н₂СО₃ + 2 К ⁺ + 2ОН⁻

СО₃^2- + 2 НОН <=> Н₂СО₃ + 2ОН⁻.

 

Реакция среды раствора К₂СО₃ – щелочная (рН>7), гидролиз по аниону.