3.8 Ионное произведение воды. Гидролиз солей

Вода – слабый электролит и в очень малой степени диссоциирует на ионы:

Н₂О ⇄ Н⁺ + ОН

С помощью экспериментальных данных и расчетов установлено, что в 1литре чистой воды при 22⁰С произведение концентраций ионов водорода и ионов гидроксида равно 10^-14. Эта величина постоянная и носит название ионного произведения воды (К_в):

К_в = [H⁺] [OH^-] = 10^-14.

Следовательно, для чистой воды [H⁺] = [OH^-] = = 10^-7 моль/л.

Для удобства концентрацию водородных ионов принято выражать через водородный показатель и обозначать символом рН:

рН = - lg [H⁺],

где [H⁺] - концентрация ионов водорода в моль/л.

Таким образом, водородный показатель среды – это отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов. С помощью рН реакция растворов характеризуется так:

Нейтральная рН = 7,

Кислая рН  7,

Щелочная рН 7.

Растворы некоторых солей имеют щелочную или кислую среду, хотя в своем составе не имеют ни водородных ионов, ни ионов OH^–. Такое явление называется гидролизом солей. Различают три случая гидролиза.

1) Гидролиз солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой, протекает по аниону, например:

Na₂CO₃  2Na⁺ + (соль образована сильным основанием NaOH и слабой угольной кислотой H₂CO₃). Так как ион двухзаряден, то гидролиз возможен в 2 ступени: первая ступень протекает в обычных условиях, заметное протекание по второй ступени возможно при нагревании или разбавлении.

Первая ступень:

а) сокращенное ионное уравнение гидролиза:

_{+ -}

СО₃ ^2- + Н ОН ⇄ НСО₃^- + ОН^-;

б) полное ионное уравнение гидролиза:

2Na⁺ + CO₃² + H₂O ⇄ 2Na⁺ + HCO₃^- + OH^-;

в) молекулярное уравнение:

Na₂CO₃ + H₂O ⇄ NaHCO₃ + NaOH.

Так как в растворе накапливаются ионы гидроксила, то среда щелочная, рН › 7.

В торая ступень:

_{+ -}

НСО₃^- + Н ОН ⇄ Н₂СО₃ + ОН^-,

Na⁺ + НСО₃^- + Н₂О ⇄ Н₂СО₃ + ОН^- + Na⁺,

NaНСО₃ + Н₂О ⇄ Н₂СО₃ + NaОН.

2) Гидролиз солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, протекает по катиону, например:

AlCl₃ ⇄ Al³⁺ + 3Cl^-.

В обычных условиях гидролиз протекает по первой ступени, незначительно по второй. Третья ступень – реакция практически не протекает, однако разбавление или нагревание усиливают гидролиз.

Первая ступень:

_{+ -}

Al³⁺ + Н ОН ⇄ AlОН²⁺ + Н⁺,

Al³⁺ + 3Cl^- + Н₂О ⇄ AlОН ²⁺ + Н⁺ + 3Cl^-,

AlСl₃ + H₂O ⇄ AlOHCl₂ + HCl.

Так как в растворе накапливаются ионы водорода, то среда кислая, рН ‹ 7.

Вторая ступень: (незначительно)

_{+ -}

AlОН ²⁺ + Н ОН ⇄ Al(ОН)₂⁺ + Н⁺,

AlОН ²⁺ + Н₂О + 2Cl^- ⇄ Al(ОН)₂⁺ + Н⁺ + 2Cl,

AlOHCl₂ + Н₂О ⇄ Al(ОН)₂Cl + НCl.

Т ретья ступень в обычных условиях практически не протекает:

_{+ -}

Al(ОН)₂⁺ + Н ОН ⇄ Al(ОН)₃↓ + Н⁺,

Al(ОН)₂⁺ + НОН → Al(ОН)₃↓ + Н⁺ + Cl^- ,

Al(ОН)₂⁺ + Cl^- + H₂O ⇄ Al(ОН)₃↓ + НCl.

3) Гидролиз солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой, протекает полностью. Подобный процесс наблюдается при смешивании растворов Na₂CO₃ и AlCl₃, в которых соответственно имеется избыток ионов ОН^- и Н⁺.

2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3Н₂О → 2Al(ОН)₃↓ + 3СО₂↑ + 6NaCl;

2Al³⁺ + + 3Н₂О = 2Al(ОН)₃↓ + 3СО₂↑;

4) Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются.

Примечание. Для анализа состава солей при написании уравнений гидролиза нужно помнить, что:

К сильным основаниям относятся:	К слабым основаниям относятся: основания всех остальных металлов и NH4OH
LiOH, KOH, NaOH, CsOH, RbOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2
К сильным кислотам относятся:	К слабым кислотам относятся:
H2SO4, HNO3, HClO4, HBr, HJ, HCl	H2SO3, HNO2, HClO, HF, H3PO4, H2CO3, H2S, H2SiO3, CH3COOH

Контрольные задания

71. Какая среда (щелочная, кислая или нейтральная) будет в водных растворах следующих солей: AlCl₃, KNO₃, CuSO₄, Na₂CO₃, (NH₄)₂S? Напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярной, ионных полной и сокращенной формах.

72. Подвергаются ли гидролизу следующие соли: NaNO₃, MgS, CuJ₂, (NH₄)₂CO₃? Напишите уравнения реакции гидролиза в молекулярной и ионной формах.

73. Напишите уравнения всех ступеней гидролиза в молекулярной и ионной формах следующих солей: BiOH(NO₃)₂, FeOHCl, K₂HPO₄, NaHS, CuCl₂. Дайте названия всем этим солям.

74. Усиление или подавление гидролиза карбоната натрия вызовет прибавление к раствору: а) кислоты; б) щелочи; в) хлорида аммония?

75. Напишите в молекулярной форме по два уравнения гидролиза к каждому из ионных уравнений:

а) Cr³⁺ + H₂O ⇄ CrOH²⁺ + H⁺;

б) S^2- + H₂O ⇄ HS^– + OH^–.

76. В какой цвет будет окрашен лакмус в водных растворах К₂SO₃, FeCl₃ и NH₄Br?

77. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей: CuCl₂, Pb(NO₃)₂ и Na₂S.

78. Какое значение рН (› 7 ‹) имеют растворы: KCl, Na₂S, CH₃COONa и FeSO₄? Подтверждение уравнениями реакций.

79.Какие из солей Al(NO₃)₃, KBr, CH₃COOK – подвергаются гидролизу? Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций.

80. Составьте молекулярные, полные и сокращенные ионные уравнения реакций между: а) K₂S и HCl; б) FeSO₄ и (NH₄)₂S; в) Cr(OH)₃ и KOH.