Лабораторная работа № 7 Гидролиз солей

Гидролизом солей называют процесс ообменного взаимодействия соли с водой с образованием малодиссоциированного соединения. При этом меняется реакция среды (рН).

Гидролизу подвергаются соли, образованные сильной кислотой и слабым гидроксидом, (1-я ступень):

а) диссоциация молекулы электролита на ионы

CuSO₄  Cu²⁺ + SO₄^2-

б) краткое ионно-молекулярное уравнение гидролиза

Cu²⁺ + HOH  CuOH⁺ + H⁺

в) полное ионно-молекулярное уравнение

Cu²⁺ + SO₄^2- + HOH  CuOH⁺ + H⁺ + SO₄^2-

г) полное молекулярное уравнение

2 CuSO₄ + 2H₂O  (CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄.

Гидролиз по катиону приводит к связыванию гидроксид-ионов воды и накоплению ионов водорода, образуя кислую среду (рН  7). Константа гидролиза К_г равна

К_В

К_г = ------------------- , (7.1)

К₂ (Cu(OH)₂)

где К_В – ионное произведение воды, равное 10^-14, (моль/л)²; К₂ (Cu(OH)₂) – константа диссоциации слабого гидроксида по последней ступени. рН раствора можно рассчитать по формуле:

рН_г = - ½ lg K_г – ½ lg C_В. (7.2)

С_В - молярная концентрация соли, моль/л.

Гидролизу подвергаются также соли, образованные слабой кислотой и сильным гидроксидом, 1 ступень:

а) К₂SO₃  2К⁺ + SO₃^2-

б) SO₃^2- + HOH  HSO₃^- + OH^–

в) 2К⁺ + SO₃^2- + HOH  HSO₃^- + OH ^– + 2К⁺

г) К₂SO₃ + НОН  КHSO₃ + КOH.

Гидролиз по аниону приводит к связыванию ионов водорода воды и накоплению гидроксид-ионов, создавая щелочную среду (рН 7). Константа гидролиза равна

К_В

К_г = ------------------- , (7.3)

К₂ (Н₂SO₃)

где К₂ (Н₂SO₃) – константа диссоциации слабой кислоты по последней ступени. рОН раствора можно рассчитать по формуле

рОН_г = - ½ lg К_г – ½ lg C_В, (7.4)

рН_г = 14 – рОН_г. (7.5)

Гидролизу подвергаются также соли, образованные слабой кислотой и слабым гидроксидом, 1 ступень (молекулярное уравнение):

(NH₄)₂CO₃ + H₂O  NH₄OH + NH₄ HCO₃.

Ионно-молекулярное уравнение

NH₄⁺ + CO₃^2- + H₂O  NH₄OH + HCO₃^-.

рН среды определяется относительной силой кислоты и гидроксида.

Если:

К_кисл. ≈ К_гидр. - среда нейтральная;

К_кис. > К_гидр. - среда слабокислая;

К_кисл. < К_гидр. - среда слабощелочная.

В реакцию с водой вступают катионы слабых гидроксидов и анионы слабых кислот. Если эти ионы многозарядны (Fe⁺³, Cu⁺², CO₃^-2, SiO₃^-2 и др.), то в результате гидролиза образуется гидроксокатион (МеОН)⁺ или гидроанион (НR)^- (первая ступень гидролиза). Гидролиз солей, как равновесный процесс, характеризуется константой гидролиза К_г и степенью гидролиза h. Степень гидролиза есть отношение числа гидролизованных молекул к общему числу растворенных молекул соли. Степень гидролиза рассчитывается из соотношения:

К_г

h = -----. (7.6)

С_В

Глубина протекания процесса определяется природой соли. Степень гидролиза зависит от природы соли, температуры и концентрации раствора. Количественной мерой гидролиза, как и любого химического взаимодействия, является работа реакции гидролиза или изменение энергии Гиббса:

∆_r G^o = ∆_r H^o - T ∆_r S^o = RT ln К_г (7.7)

К_г = е или К_г = 10 (7.8)

В практической деятельности инженера сельскохозяйственного профиля необходимы знания о процессе гидролиза. Например, при внесении минеральных удобрений в почву может измениться и ее кислотность, которая оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность химических и биохимических процессов в ней.

Установлена связь между урожаем и концентрацией ионов водорода в почве. Картофель дает хороший урожай при pH = 5,0  5,5, для овса оптимально pH = 5,3  5,8, а при pH = 4,3 он гибнет. Из кислых почв растения легко поглощают радиоактивный Cs-137 и другие радионуклиды. Реакция среды имеет важное значение в электролитических процессах, при коррозии металлов и др.

Цель работы

1. Закрепить торетические знания по химизму гидролиза.

2.Приобрести навыки определения реакции среды (рН) экспресс-методом по универсальной индикаторной бумаге и с помощью рН-метра.

Опыт 1. Определение реакции среды в результате гидролиза солей:

а) хлорида алюминия; б) карбоната натрия.

Выполнение опыта

Каплю испытуемого 0,5н. раствора нанести на универсальную индикаторную бумагу. Полученную окраску сравнить со шкалой цветов и установить величину pH.

Наблюдения и выводы

Результаты исследований занести в таблицу 7.1

Таблица 7.1

Испытуе-мый раст-вор соли	Концентра-ция	Цвет уни-версальн. индикатор.бумаги	Величина pH	Концентрация
				[H+]	[OH-]
AlCl3	0,5н.
Na2CO3	0,5н.

2. Написать молекулярные и ионно-молекулярные (полное и сокращенное) уравнения реакций гидролиза данных солей по первой ступени.

3. Назвать полученные при гидролизе (по I ступени) вещества.

Опыт 2. Совместный гидролиз двух солей

Выполнение опыта

В пробирку внести 6-8 капель 0,5н. раствора карбоната натрия, добавить столько же 0,5н. раствора хлорида алюминия.

Наблюдения и выводы

1.Отметить выделение пузырьков газа и выпадение осадка.

2.Написать молекулярное и ионные уравнения совместного гидролиза.

3.Что происходит при растворении в воде солей, образованных слабым гидроксидом и слабой кислотой?

4.Почему в таблице растворимостей напротив таких солей стоит прочерк?

5.Определить реакцию среды, используя константы диссоциации, образовавшихся слабых электролитов:

K_II(H₂CO₃)=4,710^-11; K_III(Al(OH₃))=1,410^-9.

Опыт 4. Определить реакцию среды (pH) в растворах солей: NH₄NO₃, Na₃PO₄, KCl, являющихся удобрениями, с помощью pH-метра

Выполнение опыта

В стакан ёмкостью 50см³ налить 40см³ 0,1н. раствора нитрата аммония NH₄NO₃. Перед определением pH – электроды ополоснуть 2-3 раза дистиллированной водой.

Определить по шкале ориентировочное значение рН раствора, а затем перейти на более чувствительный диапазон измерений.

См. схему 7.1 установки для потенциометрического измерения рН растворов

Рис.7.1. Схема установки для потенциометрического

определения рН растворов

1 - термометр; 2 - палочка для перемешивания раствора; 3 - стеклянный электрод; 4 - хлорсеребряный электрод; 5 - стакан с раствором соли;

6 -pH-метр.

Определить таким же способом pH 0,1н. растворов фосфата натрия Na₃PO₄ и хлорида калия KCl.

Наблюдения и выводы

1. Записать результаты значений pH для исследуемых растворов (оформить в виде таблицы).

2. Рассчитать ошибки: абсолютную (истинное значение рН взять у преподавателя) и относительную.

3. Сделать вывод о характере реакции среды в растворах данных солей.

4. Написать молекулярные и ионно-молекулярные реакции гидролиза данных солей по I ступени. Назвать полученные при гидролизе вещества.

5. Какую из данных солей можно вносить для нейтрализации кислой почвы?