10. Гидролиз солей. Конастанта диссоциации

Наряду с понятием степени диссоциации существует понятие константы диссоциации К_д (константы равновесия для процесса диссоциации). Так, для процесса диссоциации уксусной кислоты

CH₃COOH ⇄ CH₃COO^- + Н⁺

константа равновесия может быть записана так:

К_р = К_д = .

Здесь в числителе дроби произведение концентраций ионов – продуктов дис-социации, а в знаменателе – концентрация недиссоциированных молекул (кон-центрации принято обозначать символом иона или молекул в квадратных скобках).

Как и любая константа равновесия, константа диссоциации зависит от природы диссоциирующего вещества и растворителя, от температуры, но не зависит от концентрации раствора и представляет собой важную характеристику слабых электролитов, так как указывает на прочность их молекул в данном растворе. Чем меньше значение К_д в данном растворителе, тем слабее диссоциирует электролит и, следовательно, устойчивее его молекулы, и наоборот.

Константа диссоциации является характеристикой силы кислот и оснований.

Многоосновные кислоты и многокислотные основания диссоциируют ступенчато, т.е. вначале от молекулы отщепляется один из ионов, затем второй и т.д. При диссоциации многоосновных кислот сначала отщепляется один ион водорода, а в случае диссоциации многокислотных оснований – один гидроксид-ион. Каждая ступень характеризуется своим значением константы диссоциации, например:

I ступень H₃PO₄ ⇄ H⁺ + H₂PO₄^-, K₁ = = 7,510^-3;

II ступень H₂PO₄^- ⇄ H⁺ + HPO₄^2-, K₂ = = 6,310^-8;

III ступень HPO₄^2- ⇄ H⁺ + PO₄^3-, K₃ = = 1,310^-12.

Поскольку K₁>K₂>K₃, то вполне очевидно, что диссоциация преимущественно протекает по первой ступени и остальными стадиями можно пренебречь.

При ступенчатой диссоциации вещества распад по следующей ступени не может происходить в большей степени, чем по предыдущей.

Электролитическая диссоциация воды. Водородный показатель

Вода – очень слабый электролит. Уравнение диссоциации воды

H₂O ⇄ H⁺ + OH^-

Константа диссоциации этого процесса определена экспериментально:

K_д = = 1,810^-16. (1)

Степень диссоциации воды очень мала, поэтому концентрация недис-социированных молекул воды практически равна общей концентрации воды. Концентрацию молекул воды можно рассчитать, разделив массу 1 л воды на массу ее моля:

[H₂O] = = 55,5 моль/л.

Подставляя в уравнение (1) величины K_д и [H₂O], будем иметь для стандартных условий

[H⁺][OH^-] = 10^-14.

Произведение концентратов ионов водорода и гидроксид-ионов в воде (ионное произведение воды), обозначаемое K_w, при данных условиях является величиной постоянной:

K_w = [H⁺][OH^-] = 10^-14.

В чистой воде [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 моль/л. Если, например, к чистой воде добавить столько кислоты, чтобы концентрация ионов H⁺ повысилась до 10^-3 моль/л, то концентрация гидроксид-ионов понизится и произведение [H⁺][OH^-] останется равным 10^-14. Следовательно, в этом растворе концентрация гидроксид-ионов будет следующей:

[OH^-] = = 10^-11 моль/л.

И, наоборот, если добавить к воде щелочь и повысить концентрацию гидроксид-ионов, например до 10^-5 моль/л, то концентрация ионов водорода

[H⁺] = = 10^-9 моль/л.

Таким образом, чтобы охарактеризовать реакцию среды любого водного раствора, достаточно указать лишь концентрацию ионов H⁺ (или OH^-). На практике за такой показатель была принята концентрация ионов H⁺. В нейтральном растворе [H⁺] = 10^-7 моль/л, в кислом [H⁺] > 10^-7 (например 10^-4, 10^-6), в щелочном [H⁺] < 10^-7 (например 10^-8, 10^-9).

Для удобства концентрацию H⁺ характеризуют водородным показателем рН:

рН = -lg[H⁺].

В нейтральном растворе рН = 7, в кислотном рН < 7, в щелочном рН > 7.

Задача 1. Концентрация гидроксид-ионов равна 0,00001 моль/л. Опреде-лить концентрацию ионов водорода и рН раствора.

Решение. [OH^-] = 0,00001 = 1,01,0^-5 моль/л. Используя выражение ионного произведения воды, рассчитаем концентрацию ионов водорода:

[H⁺] = = 10^-9 моль/л.

рН представляет собой десятичный логарифм концентрации водородных ионов в растворе, взятый с обратным знаком: рН = -lg[H⁺]. Подставим значение [H⁺] = 10^-9 моль/л в формулу и определим водородный показатель раствора: рН = -lg10^-9 = 9.

Задача 2. Приготовили 0,01М раствор NaOH. Чему равна [OH^-]? Вычислите [H⁺].

Решение.

1. Если считать, что NaOH диссоциирует на 100 %, то [OH^-] = 10^-2 моль/л.

2. [H⁺][OH^-] = 10^-14, откуда [H⁺] = = 10^-12 моль/л.

Задача 3. Определить [H⁺] для раствора с рН = 5. Какой это раствор - кис-лый или щелочной?

Решение. Поскольку рН = -lg[H⁺] и известно, что рН = 5, то [H⁺] = 10^-5 моль/л, раствор кислый, т.е. рН < 7.