7.3 Водородный показатель, рН. Среда растворов.

Для удобства расчетов концентрация ионов водорода в растворе условно выражается обратным десятичным логарифмом:

(pН = - lg [H⁺]), pН = - lg C_H , С_н= 10 ^-рН

рОН = -lg [OH^-] или рОН = -lg С_OH; С_он= 10 ^-рОН

рН + рОН = 14

Реакция среды раствора определяется с помощью рН.

а) нейтральная среда - рН = 7;

б) кислая среда - рН  7;

в) щелочная среда - рН  7.

Для характеристики среды раствора можно составить шкалу:

нейтральная

0 1 2 … 7 … 10 14

рН

кислая щелочная

Среда раствора определяется с помощью индикаторов: лакмуса, метилоранжа, фенолфталеина и др. В кислой среде лакмус и метилоранж приобретают красную окраску, фенолфталеин - бесцветный. В щелочной среде лакмус синеет, метилоранж становится желтым, а фенолфталеин - малиновым.

Пример 7.3.1 рОН раствора равен 8. Вычислить концентрацию ионов водорода в растворе.

Решение. рОН = 8, рН = 14 – 8 = 6

С_Н = 10^6 моль/л.

Ответ: С_Н = 10^6 моль/л.

Пример 7.3.2. Вычислить рН 0,1 н раствора КОН.

Решение. С_ОН = C_KOH = 10^1 моль/л,

10^14

С_Н = ^_______ = 10^13 моль/л,

10^1

рН = - lg 10^13 = 13 моль/л.

Ответ: рН = 13, среда щелочная.

7.4 Гидролиз солей

Гидролиз солей – процесс взаимодействия ионов соли с ионами воды с образованием малодиссоциированных соединений. Гидролизу подвергаются только те соли, в состав которых входят ионы слабой кислоты или ионы слабого основания. В связи с этим соли сильных кислот и сильных оснований не гидролизуются, например, NaCl, Na₂SO₄, KNO₃ и т.п. реакция среды нейтральная, рН = 7.

Возможные случаи гидролиза солей:

1. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой, например KCN, CH₃COONa, K₂S, Na₂CO₃ гидролизуются по аниону. Их гидролиз обусловлен связыванием ионов водорода воды и слабодиссоциирующую кислоту.

Пример 7.4.1. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций гидролиза солей: а) KCN, б) К₂CO₃. Укажите рН среды.

Решение.

а) Рассмотрим гидролиз цианистого калия. При растворении в воде KCN – диссоциирует на ионы K⁺ и CN^-. Гидролиз идет по аниону, ионы CN^- связывают водородные ионы воды, образуя слабодиссоциирующие молекулы НCN. Ионы калия не связывают гидроксильных ионов воды, так как КОН сильное основание.

KCN + Н₂О ↔ НCN + КОН,

в ионной форме: CN^- + НОН ↔ НCN + ОН^-.

Накопление ионов гидроксила, обусловливает щелочную реакцию среды, рН  7.

б) Соли, образованные многоосновной слабой кислотой и сильным основанием также гидролизуются по аниону, но ступенчато в основном по первой ступени с образованием кислой соли и основания. Практически до образования слабой кислоты гидролиз не доходит. Так, К₂CO₃ диссоциирует на ионы К⁺ и CO₃^2-. Ионы CO₃^2- связываются с водородными ионами воды в ион НCO₃^-.

К₂CO₃ + Н₂О ↔ КНCO₃ + КОН;

CO₃^2- + НОН ↔ НCO₃^- + ОН^-, рН  7

2. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, например NН₄Сl, AlCl₃, Mg(NO₃)₂ гидролизуются по катиону. Гидролиз этих солей обусловлен связыванием ионов гидроксила воды в слабодиссоциирующее основание. В растворе накапливаются избыточные ионы водорода, что обусловливает кислую среду, рН7.

Пример 7.4.2. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций гидролиза солей: а) NН₄Сl, б) ZnCl₂.

Решение.

а) Соль однокислотного слабого основания и сильной кислоты NН₄Сl гидролизуется по катиону NН₄⁺. Этому процессу соответствует уравнение:

NН₄Сl + Н₂О ↔NН₄ОН + НСl,

или в ионной форме: NН₄⁺ + НОН ↔ NН₄ОН + Н⁺.

б) ZnCl₂ соль слабого основания многозарядного металла и сильной кислоты гидролизуется ступенчато. В основном по первой ступени с образованием основной соли и кислоты. До образования свободного слабого основания гидролиз практически не доходит.

ZnCl₂ + Н₂О ↔ Zn(OH)Cl + НСl,

или в ионной форме: Zn²⁺ + НОH ↔ ZnOH⁺ + Н⁺.

3. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой гидролизуются по катиону и аниону, их ионы одновременно связывают ион Н⁺ и ОН^-. Гидролиз идет глубоко. Реакция среды зависит от относительной силы образующейся кислоты и основания и чаще всего близка к нейтральной.

Пример 7.4.3. Составьте уравнения гидролиза ацетата натрия.

Решение. CH₃COONH₄ – соль, образованная катионом слабого основания (NH₄ОН) и анионом слабой уксусной кислоты (CH₃COOH).

Рассмотрим гидролиз соли:

CH₃COONH₄ + Н₂О ↔ CH₃COOН + NH₄ОН,

или в ионной форме:

CH₃COO^- + NH₄⁺ + НОН ↔ CH₃COOН + NH₄ОН, рН  7.

4. Совместный гидролиз двух солей, одна из которых образована слабой кислотой и сильным основанием (например, Na₂CO₃), другая слабым основанием и сильной кислотой (например, FeCl₃). Гидролиз каждой из этих солей, когда они гидролизуются отдельно, практически заканчивается на первой ступени: Fe³⁺ + HOH ↔ FeOH²⁺ + H⁺;

CO₃^2- + HOH ↔ HCO₃^- + OH^-.

При смешивании же растворов данных солей ион Н⁺ и ОН^- образуют молекулу слабого электролита Н₂О, происходит сдвиг гидролитического равновесия вправо и гидролиз идет до конца. В этом случае следует записать общее молекулярное и ионное уравнение совместного гидролиза солей:

2FeCl₃ + 3 Na₂CO₃ + 3H₂O = 2Fe(OH)₃ + 3CO₂ + 6NaCl,

или в ионной форме:

2Fe³⁺ + 3CO₃^2- + 3HOН = 2Fe(OH)₃ + 3CO₂.

При изучении темы «Гидролиз солей» обратите внимание, что в большинстве случаев гидролиз является обратимым процессом. При повышении температуры и разбавлении гидролиз обычно усиливается.