1010

33.Какое определение гомогенной реакции является правильным?

1)это реакция, в которой все вещества находятся в одном агрегатном состоянии;

2)это реакция, протекающая на границе раздела фаз;

3)это реакция, протекающая в объёме одной фазы;

4)это реакция, в которой нет твердых веществ.

34.В химической реакции СН4(газ) + 2Н2О(газ) → СО2(газ) + 4Н2(газ) концентрация какого из веществ изменяется быстрее всего?

1)метана;

2)воды;

3)углекислого газа;

4)водорода.

35.Константа скорости реакции не зависит от

1)температуры;

2)концентрации реагентов;

3)природы реагирующих веществ;

4)катализатора.

36.Активированным комплексом называется

1)промежуточное состояние, когда старые связи наполовину разрушены, а новые только начинают формироваться;

2)устойчивое комплексное соединение;

3)состояние,когдасвязивисходныхмолекулахполностьюразрушены;

4)состояние реакционной системы с минимальной энергией.

37.Скорость реакции А + В → АВ при концентрации вещества А, рав-

ной 2 моль/л, и концентрации вещества В, равной 0,5 моль/л, и константе скорости реакции, равной 10-3 л/моль∙с, равна

1)1 моль/л∙с;

2)0,1 моль/л∙с;

3)0,01 моль/л∙с;

4)0,001 моль/л∙с.

40

Ответы на тест:

ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

(Время на самостоятельную работу − 14 часов)

Чтобы понять тему «Гидролиз солей», необходимо вспомнить, что такое сильные и слабые электролиты.

Электролитами называются вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток. Из основных классов неорганических соединений к ним относятся кислоты, основания и соли. Электролиты в водном растворе диссоциируют (распадаются) на ионы: катионы – положительно заряженные ионы и анионы – отрицательно заряженные ионы.

Все кислоты при электролитической диссоциации в качестве катиона образуют только ионы водорода.

Например:

HNO3 ↔ H+ + NO3-;

CH3COOH ↔ H+ + CH3COО-.

Основность кислот определяется числом ионов водорода, образующихся при диссоциации. Так, HNO3 и HC1 – одноосновные кислоты (образуется только один ион водорода), H2SO4 и H2CrO4 – двухосновные кислоты, а H3PO4 и H3BO3 – трехосновные.

41

Двухосновные и многоосновные кислоты диссоциируют ступен-

чато (постепенно). Например:

Н3 РО4 ↔ Н+ + Н2 РО4-; Н2 РО4 - ↔ Н+ + НРО4 2-;

НРО42- ↔ Н+ + РО43-.

Легче всего диссоциация идет по первой ступени, в меньшей степени – по второй и в незначительной степени – по третьей.

Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в

качествеанионаобразуютсятолькогидроксид-ионыОН-.Например: KOH ↔ K+ + OH-;

NH4OH ↔ NH+4 + OH-.

Кислотность оснований определяется числом гидроксид-ионов, образующихся при диссоциации. Так, KOH, NaOH – однокислотные основания,Ca(OH)2,Ba(OH)2 двухкислотные,Fe(OH)3 –трехкислотное.

Двух- и многокислотные основания диссоциируют ступенчато:

Mg(OH)2 ↔ MgOH+ + OH- (первая ступень); MgOH- ↔ Mg2+ + OH- (вторая ступень).

Солями называются электролиты, при диссоциации которых обра-

зуются катионы металлов и анионы кислотных остатков. Например:

KCI ↔ K+ + CI-; Na3PO4 ↔ 3Na+ + PO43-.

Электролитическая диссоциация – процесс обратимый, поэтому в растворах электролитов присутствуют ионы и недиссоциированные молекулы, растворы электролитов характеризуются степенью диссоциации (альфа). Степень диссоциации – это отношение числа продиссоциированных молекул к общему числу растворенных молекул (см. приложение, табл. 1 и 2). Степень диссоциации измеряется в долях единицы или процентах. Степень диссоциации зависит от природы электролита, концентрации и температуры. В зависимости от величины степени диссоциации в водном растворе электролиты подразделяют на сильные и слабые.

Сильным электролитом является раствор, в котором степень диссоциации при 0,1 N концентрации и комнатной температуре выше 0,35 (35 %). К сильным электролитам относятся кислоты: H2SO4, HCI, HNO3, HCIO4, HBr и т.д.; основания : гидроксиды щелочных и щелоч-

но-земельных металлов – KOH, NaOH, CsOH, LiOH, RbOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Sr(OH)2 и все растворимые соли.

К слабым электролитам и электролитам средней силы относят-

ся кислоты: CH3COOH, H2SO3, H2CO3, H3BO3, HNO2, H2SiO3, HCN,

42

H2S и т.д.; основание NH4OH, Mg(OH)2 и все нерастворимые основания.

Вода также является слабым электролитом, степень ее диссоциации

равна 2·10-9. Она диссоциирует на ионы водорода и гидроксид-ион:

Н2O ↔ H+ + OH-.

При диссоциации абсолютно чистой воды, которую принимают за эталон нейтральности, концентрации ионов водорода и гидроксидионов равны, и произведение их концентраций, называемое ионное

произведение воды КН2О, равно 10-14 (при 25 оС):

Kн2о =[H+]·[OH-]=10-14,следовательно,[H+]=[OH-]=10-7моль/л.

В кислой среде концентрация ионов водорода больше концентрации гидроксид-ионов, в щелочной – меньше, но численное значение KH2O в любом растворе остается постоянным (10-14). Например, если при добавлении кислоты концентрация ионов водорода стала равной 10-3 моль/л, то

OH 10 14 10 11 моль/л.

103

Кислотность и щелочность среды можно характеризовать концентрацией водородных ионов: для нейтрального раствора [H+] = 10-7, для щелочного [H+] < 10-7, для кислого раствора [H+] > 10-7. Так как концентрация ионов водорода [H+] может изменяться в широких пределах, ее удобно выразить в логарифмической шкале, вводя так назы-

Растворы кислот имеют рН < 7, растворы щелочей рН > 7, а растворы солей вследствие гидролиза имеют различное значение рН.

Гидролизом солей называется обратимый процесс взаимодействия ионов соли с ионами воды с образованием слабодиссоциирующих кислот, оснований или ионов. Изменение рН среды можно оценить по окраске индикатора, которая сопровождается изменением концентрации ионов Н+ или ОН-.

Гидролиз солей в большинстве случаев обратим. Гидролизу подвергаются только те соли, в состав которых входят или ионы слабой кислоты, или ионы слабого основания. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются, так как ионы таких солей не могут образовать с ионами воды слабодиссоции-

43

рующих ионов или молекул. Поэтому водные растворы таких солей,

как NaCI , Ba(NO3)2, имеют рН 7.

Различают три случая гидролиза солей.

1. Соли, образованные сильными основаниями и слабой кислотой. Например, NаCN, CH3COONа, К2S и др. Их гидролиз обусловлен

связыванием ионов водорода воды в слабодиссоциирующую кислоту или ее ион. При этом накапливаются гидроксид-ионы и среда раствора становится щелочной, рН > 7.

Рассмотрим гидролиз цианида калия KCN. В водном растворе молекулы этой соли диссоциируют на ионы К+ и CN-. Ионы калия не связывают ионы ОН- воды, так как КОН сильное основание, а циа- нид-ион связывается с ионами водорода воды в слабодиссоциируемые молекулы НСN:

KCN + H2O ↔ KOH + HCN;

в ионной форме:

CN- + H+OH- ↔ HCN + OH-.

Избыточные гидроксид-ионы обуславливают щелочную реакцию раствора, поэтому рН > 7.

Соли, образованные сильным основанием и слабой многоосновной кислотой, гидролизуются ступенчато, при этом образуются кислые соли. Так, Na2CO3 диссоциирует на ионы Na+ и СО32-. Ионы СО32- связываются с ионами водорода воды, образуя сначала не молекулы Н2СО3, а ионы, и только на второй ступени гидролиза получается Н2СО3:

Na2CO3+H2O ↔ NaHCO3+H2O (первая ступень);

в ионной форме:

CO32- + HOH ↔ HCO3-+OH-;

NaHCO3 + H2O ↔ NaOH + H2CO3 (вторая ступень);

в ионной форме:

HCO3- + HOH ↔ H2CO3 + OH-.

В обычных условиях гидролиз идет только по первой ступени. Вторая ступень возможна только при нагревании и разбавлении. 2.Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой.

Например, NH4CI, Cu(NO3)2, FeSO4, AlCl3, Fe2(SO4)3.

При этом гидроксид-ионы воды связываются с катионом соли с образованием слабого основания или его иона, а избыточные ионы водорода воды обуславливают кислую реакцию раствора, рН>7.

Например:

NH4NO3 + H2O ↔ NH4OH + HNO3;

в ионной форме:

44

NH4+ + HOH ↔ NH4OH + H+.

Если катион соли многозарядный, то в результате гидролиза получается не основание, а основная соль. Гидролиз протекает по первой ступени. Например:

AlCl3 + H2O ↔ AlOHCl2 + HCl;

в ионной форме:

Al3+ + HOH ↔ AlOH2+ + H+.

3. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой. Например, CH4COONH4, Pb(CH3COO)2. При этом связываются с

ионами соли и ионы водорода, и гидроксид-ионы воды. Среда раствора зависит от силы кислоты и силы основания. Если сильнее кислота, образующая соль, то среда будет кислая, если сильнее основание, – щелочная. Среда может быть нейтральной, если кислота и основание, образующие соль, имеют одинаковые константы диссоциаций или степень диссоциации. Например:

CH3COONH4 + H2O ↔ CH3COОH + NH4OH;

в ионной форме:

CH3COO-+ NH4+ + H2O ↔ CH3COOН + NH4OH;

Pb(CH3COO)2 + 2H2O ↔ 2CH3COOH + Pb(OH)2 ;

(NH4)2S + H2O ↔ 2NH4OH + H2S.

Степень гидролиза β, то есть отношение числа гидролизованных молекул к общему числу растворенных молекул, выражается обычно в процентах и зависит от концентрации соли, природы соли и температуры. Степень гидролиза тем выше, чем слабее кислота или основание, образующие соль. Гидролиз усиливается при разбавлении раствора и повышении температуры.

Так как гидролиз – процесс обратимый, его можно усилить или ослабить. Например, гидролиз соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием, можно ослабить, добавив в раствор любой сильной кислоты, и усилить, добавив щелочи. Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием, можно ослабить, добавив любой щелочи, и усилить, добавив сильной кислоты.

45

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

Опыт1.Влияниеприродысолинамеханизмпротеканиягидролиза.

В пяти пробирках приготовьте нейтральный раствор лакмуса. Для этого в каждую пробирку налейте одинаковое количество дистиллированной воды и добавьте в каждую пробирку по 3 капли лакмуса. Цвет растворов во всех пробирках должен быть одинаковым. Дальше добавьте в каждую пробирку по нескольку кристаллов указанных солей: в первую – ацетата натрия, во вторую – хлорида алюминия, в третью – силиката натрия, в четвертую – хлорида калия. Пятую пробирку оставьте в качестве контрольной. Какую реакцию среды следует ожидать в растворах указанных средних солей?

Размешайте раствор в каждой пробирке легким встряхиванием. Как изменилась окраска раствора лакмуса от добавления каждой соли? Какая реакция среды характеризуется получившимся цветом лакмуса? Результаты своих наблюдений запишите в виде табл. 4.

Таблица 4

Результаты изменения окраски раствора лакмуса в ходе гидролиза солей

В результате какого процесса могли появиться избыточные ионы Н+ или ОН- в водном растворе средних солей? Напишите в молекулярном и ионном видах уравнения соответствующих реакций. Укажите вид гидролиза: простая форма или ступенчатая.

Сформулируйте определение процесса гидролиза и сделайте общий вывод о реакции среды водных растворов солей, образованных:

а) сильным основанием и сильной кислотой; б) слабым основанием и сильной кислотой; в) слабым основанием и слабой кислотой.

46

Опыт 2. Образование основных и кислых солей при ступенчатом

гидролизе.

а) Гидролиз ацетата алюминия.

Налейте в пробирку по 1 мл растворов сульфата алюминия и ацетата натрия. Напишите молекулярное уравнение образования в растворе ацетата алюминия. Содержимое пробирки слегка подогрейте. Наблюдайте образование осадка основной соли алюминия. Продуктом какой ступени гидролиза является образовавшаяся основная соль? Напишите молекулярные и ионные уравнения по ступеням. На какой ступени степень гидролиза больше? почему? Результатом гидролиза каких солей являются основные соли?

б) Гидролиз карбоната натрия.

Налейте в пробирку 1,5 мл нейтрального раствора лакмуса и добавьте несколько кристаллов карбоната натрия. Содержимое пробирки размешайте легким встряхиванием. В какой цвет окрасился раствор лакмуса? В результате какого процесса эти ионы появились? Отсутствие выделения двуокиси углерода указывает на то, что непрочная угольная кислота при этом почти не образуется, следовательно, гидролиз протекает практически лишь по первой ступени, до образования гидрокарбоната натрия. Напишите в молекулярном и ионном виде уравнение реакции. В результате гидролизакаких солей образуются кислые соли?

Опыт 3. Особые случаи полного гидролиза.

В пробирку налейте 1 мл раствора хлорида алюминия, добавьте такой же объем раствора карбоната натрия. Наблюдайте выпадение осадка гидроксида алюминия, сопровождающееся выделением пузырьков двуокиси углерода. Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции. Почему не получился карбонат алюминия?

Опыт4.Исследованиефакторов,влияющихнастепеньгидролиза солей.

а) Влияние силы кислоты и основания, образующих соль, на степень их гидролиза.

В две пробирки налейте на 1/2 объема дистиллированной воды. В одну пробирку добавьте немного кристаллического сульфита натрия, в другую – карбоната натрия. По отсутствию выделения СО2 и SO2 убедитесь, что гидролиз протекает лишь по первой ступени. Напишите уравнения реакций гидролиза обеих солей.

47

Вкаждую пробирку добавьте 1 − 2 капли фенолфталеина. В раство-

ре какой соли окраска фенолфталеина интенсивнее? В каком случае концентрация ионов ОН- более высока и, следовательно, степень гидролиза

больше? Объясните наблюдаемое явление, сравнив константы диссоциа-

ции угольной и сернистой кислот. Ион SO32- или ион CO32- сильнее связывает ионы Н+ ивызывает большеенакоплениеионов ОН-.

Степень гидролиза какой соли: хлорида алюминия или хлорида магния при одинаковых концентрациях и температуре должна быть

больше? Напишите уравнение реакции по первой ступени и решите, в каком случае концентрация ионов H+ должна быть выше. Проверьте своё заключение, определив при помощи лакмусовой бумажки приближенное значение рH в растворах этих солей.

Сделайте общий вывод о влиянии силы кислоты и основания, образующих соль, на степень её гидролиза.

б) Влияние температуры на степень гидролиза солей.

Налейте в пробирку до половины ее объема дистиллированной воды и внесите в нее немного кристаллического ацетата натрия. Напишите ионное уравнение гидролиза этой соли. Кислая или щелочная среда должна быть в растворе этой соли? Добавьте к раствору каплю фенолфталеина. Наблюдайте очень слабое порозовение раствора.

Половину полученного раствора отлейте в другую пробирку и оставьте для сравнения, а пробирку с оставшимся раствором осторожно подогрейте на пламени спиртовки. Как изменяется окраска

раствора при нагревании? Какой вывод об изменении концентрации ионов ОН- в растворе можно сделать на основании изменения окраски фенолфталеина? В каком направлении сместилось равновесие гидролиза? Укажите причину увеличения степени гидролиза соли с повышением температуры раствора.

в) Влияние разбавления раствора на степень гидролиза солей.

Впробирку внесите 2 − 3 капли раствора нитрата трехвалентного висмута и постепенно по каплям прибавьте воду до выпадения белого осадка дигидроксонитрата висмута. Этот осадок образуется на второй ступени гидролиза. Напишите ионные уравнения первой и второй ступеней гидролиза нитрата трехвалентного висмута. Напишите формулу для вычисления константы гидролиза нитрата висмута по первой ступени. При помощи этого выражения покажите, как меняется степень гидролиза соли с разбавлением раствора. Сделайте выводы.

48

Вопросы для самоконтроля

1.Какой процесс называется гидролизом?

2.Что такое водородный показатель?

3.Приведите примеры солей, водные растворы которых имеют:

а) рН < 7; б) рН > 7; в) рН = 7.

4.Какие соли не подвергаются гидролизу? Почему?

5.Имеются растворы солей KCl, NaCl, CuCl2 и AlCl3. В каких раство-

рах концентрация иона Н+ равна концентрации иона ОН-?

6.Можно ли, пользуясь фенолфталеином, отличить водный раствор

Na2SiO3 от раствора Na2SO4?

7.При действии на раствор соли трехвалентного железа раствором карбоната натрия в осадок выпадает гидроксид железа. Почему? Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций.

8.Написать молекулярные и ионные уравнения ступенчатого гидролиза сульфата железа (III) и сульфида натрия. Как можно увеличить ступень гидролиза этих солей?

9.Каким образом можно подавить гидролиз соли Al(NO3)3?

10.Какие соли подвергаются полномугидролизу?Приведите примеры.

Тест для подготовки к экзамену

1.Какаяизприведенныхсолейвводномрастворегидролизунеподвергается?

1)MnSO4 ;

2)NaNO3;

3)K3PO4;

4)AlCl3.

2.Водный раствор какой соли имеет кислую реакцию среды?

1)K2Cr2O7;

2)KCN;

3)Na3PO4;

4)FeCl2.

3.При гидролизе какой соли образуется основная соль?

1)Na2S;

2)ZnCl2;

3)KCl;

4)NH4Cl.

49