10_Gidroliz_soley

ЛЕКЦИЯ 10

ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

ПЛАН ЛЕКЦИИ

Общие понятия

Количественные характеристики процесса гидролиза солей

Константа гидролиза

Степень гидролиза и ее зависимость от различных факторов

Расчет степени гидролиза и pH водных растворов солей

Примеры гидролиза солей Гидролиз солей слабых кислот и сильных оснований

Гидролиз солей слабых оснований и сильных кислот

Гидролиз солей слабых оснований и слабых кислот Необратимый гидролиз

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

Гидролиз соли - процесс обменного взаимодействия ионов соли с молекулами воды.

В результате гидролиза происходит связывание ионов соли в малодиссоциирующие соединения;

смещение ионного равновесия воды.

Протекание процесса гидролиза возможно, если в составе соли присутствуют ионы, способные образовывать с ионами воды слабые электролиты. Следовательно, гидролизу подвергаются соли, образованные

слабыми кислотами и сильными основаниями;

слабыми основаниями и сильными кислотами;

слабыми кислотами и слабыми основаниями.

В растворе соли, образованной слабой одноосновной кислотой (HA) и

сильным основанием (MOH), присутствуют анионы слабой кислоты:

МА = М+ + А−.

В процессе гидролиза соли анион связывает ион водорода воды в слабый электролит – HA, т.е. соль гидролизуется по аниону. Сущность происходящей реакции выражают уравнения:

В результате гидролиза в растворе повышается концентрация ионов ОН−, среда становится щелочной (pH>7).

При гидролизе соли, образованной слабым основанием (ROH) и сильной кислотой (HВ) катион соли связывает ион ОН− в слабый электролит, т.е. соль

гидролизуется по катиону. Уравнения реакции гидролиза:

В результате гидролиза соли в растворе повышается концентрация ионов водорода, среда становится кислой (pH<7).

Гидролиз невозможен, если в составе соли – только ионы сильных электролитов. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием,

например, NaВr, KNO3, CaCl2, гидролизу не подвергаются, их растворы нейтральны.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ГИДРОЛИЗА СОЛЕЙ

Константа гидролиза

Процесс гидролиза обратим, равновесие в системе смещено в направлении образования более слабого электролита - воды, т. е. в направлении обратной реакции.

Глубину прохождения обратимой реакции гидролиза характеризует константа равновесия. Равновесная концентрация воды практически неизменна при постоянной температуре и давлении, ее условно считают величиной постоянной и не включают в выражение константы равновесия. В случае гидролиза по аниону:

A− + HOH HA + OH,

выражение константы гидролиза:

[HA][OH ] Kг [A- ] .

Константа гидролиза характеризует глубину протекания реакции гидролиза, большее значение Кг соответствует более полному протеканию гидролиза. Константа гидролиза зависит от природы соли, от температуры и не зависит от концентрации раствора.

Константу гидролиза можно выразить, используя справочные величины -

константу диссоциации слабого электролита и ионное произведение воды.

После умножения числителя и знаменателя на концентрацию ионов Н+ и

группировки сомножителей выражение Кг принимает вид:

Первый сомножитель – величина, обратная константе диссоциации слабой кислоты, второй сомножитель – ионное произведение воды K w .

Величина Кг обратно пропорциональна константе диссоциации слабого электролита, образующегося в результате гидролиза. Следовательно, чем слабее кислота или основание, образующие соль, тем больше значение константы гидролиза, тем глубже протекает гидролиз соли.

Степень гидролиза и ее зависимость от различных факторов

Степень гидролиза (h) – отношение количества вещества (соли),

подвергшегося гидролизу, к общему количеству растворенного вещества.

Степень гидролиза рассчитывают по формуле

где Сгидр – концентрация соли, подвергшейся гидролизу, моль/л; С – концентрация соли в растворе, моль/л.

Значение h выражают в долях единицы или процентах.

Степень гидролиза зависит от природы соли, концентрации раствора соли и температуры. При комнатной температуре степень гидролиза соли обычно невелика:

Степень гидролиза связана с константой гидролиза и концентрацией соли.

Для соли, гидролизующейся по аниону

A+ HOH HA + OH ,

выражение константы гидролиза имеет вид:

Обозначим через C (моль/л) исходную концентрацию аниона кислоты в растворе соли. Тогда hC (моль/л) – концентрация анионов А , подвергшихся гидролизу, а равновесная концентрация анионов соли [A ] C hC , где h –

степень гидролиза (доли ед.). При гидролизе, согласно уравнению реакции,

образуется одинаковое количество молекул HA и ионов ОН−, следовательно,

[HA] [OH ] hC . После подстановки значений равновесных концентраций выражение константы гидролиза принимает вид:

h2 C Kг 1 h

Обычно степень гидролиза мала

h<<1, (1 - h) ≈ 1,

Kг h2C,

откуда следует приближенная формула для расчета степени гидролиза

Полученное выражение справедливо для любой соли, подвергающейся гидролизу.

С учетом взаимосвязи константы гидролиза с константами диссоциации

слабых электролитов, образующих соль,

Чем слабее основание или кислота, образующие соль, тем меньше значение К,

тем больше степень гидролиза соли.

Гидролиз соли - эндотермический процесс. Повышение температуры приводит к увеличению степени гидролиза.

При разбавлении раствора (уменьшении концентрации C ) степень гидролиза увеличивается.

Добавление кислоты приводит к смещению равновесия гидролиза соли по катиону

R+ + HOH ROH + H+

влево, т. е. к уменьшению степени гидролиза, а добавление щелочи – к

увеличению степени гидролиза.

Равновесие гидролиза соли по аниону,

A− + HOH HA + OH ,

при добавлении кислоты смещается вправо, гидролиз усиливается; ослабить гидролиз можно добавлением кислоты.

РАСЧЕТ СТЕПЕНИ ГИДРОЛИЗА И PH ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ

Константу гидролиза, степень гидролиза соли, а также значение pH

водного раствора можно рассчитать по значению констант диссоциации слабых электролитов, образующих соль.

Пример. Определите степень гидролиза ацетата натрия в 0,1М растворе и значение pH водного раствора.

Решение. Уравнение диссоциации соли

СH3COONa = Na++ СH3COO ,

исходная концентрация аниона слабой кислоты и концентрация раствора соли одинаковы, С = 0,1 моль/л.

Ионное уравнение гидролиза ацетата натрия

СH3COO+ HOH СH3COOH + OH .

Константу гидролиза соли слабой кислоты и сильного основания рассчитываем по формуле

Степень гидролиза соли определяем по значению константы гидролиза

или h 0,0074%.

Из уравнения гидролиза следует, что концентрация ионов OH− равна

концентрации соли, подвергшейся гидролизу:

ПРИМЕРЫ ГИДРОЛИЗА СОЛЕЙ

Гидролиз солей слабых кислот и сильных оснований

Гидролиз соли NaNO2. Соль образована HNO2 – слабой одноосновной кислотой и NaOH – сильным основанием

NaNO2 = Na+ + NO2 .

Соль гидролизуется по аниону. При составлении уравнений гидролиза

целесообразно первым записывать ионное уравнение:

NaNO2 + H2O HNO2 + NaOH.

В результате гидролиза соли в растворе повышается концентрация ионов ОН−,

среда становится щелочной (pH>7).

Константа гидролиза

Значение Кг показывает, что равновесие гидролиза сильно смещено в направлении обратной реакции ( K г 1 ).

Гидролиз соли K2CO3.

Гидролиз солей слабых многоосновных кислот протекает ступенчато

Уравнение диссоциации соли

K2CO3 = 2K+ + CO32 .

Гидролиз идет по аниону, возможны две ступени гидролиза.

Уравнения гидролиза по I ступени:

CO32+ HOH HCO3+ OH ;

K2CO3 + H2O KHCO3 + KOH.

Уравнения гидролиза по II ступени:

HCO3+ HOH H2CO3 + OH ;

KHCO3 + HOH H2CO3 + KOH.

В результате гидролиза соли среда становится щелочной (pH>7).

Значения констант гидролиза по I ступени:

по II ступени:

Значения Kг1 и Kг 2 << 1, равновесие гидролиза сильно смещено в направлении обратной реакции; Kг 2 << Kг1 , следовательно, гидролиз протекает преимущественно по первой ступени.

Соли слабых кислот и сильных оснований гидролизуются с увеличением концентрации ионов ОН− в растворе. Реакция среды водных растворов таких солей щелочная (pH>7). В результате образуются слабая одноосновная кислота или кислая соль (если кислота многоосновная) и сильное основание (щелочь).

Гидролиз солей многоосновных кислот в основном идет по первой ступени,

константу гидролиза по первой ступени можно рассчитать по формуле

где K n - константа диссоциации кислоты по n-й ступени, n - основность кислоты.

Гидролиз солей слабых оснований и сильных кислот

Гидролиз соли Cd(NO3)2.

Гидролиз солей большинства слабых оснований протекает ступенчато

(число возможных ступеней гидролиза равно заряду катиона).

Cd(NO3)2 = Cd2+ + 2NO3 .

Гидролиз идет по катиону, возможны две ступени гидролиза.

Уравнения гидролиза по I ступени:

причем гидролиз преимущественно протекает по первой ступени.

Соли слабых оснований и сильных кислот гидролизуются с увеличением концентрации ионов водорода в растворе. Реакция среды водных растворов таких солей кислая (pH<7). В результате образуются основная соль или слабое

основание и сильная кислота.

Гидролиз солей, образованных слабыми основаниями, в основном идет по первой ступени, константу гидролиза по первой ступени можно рассчитать по

формуле

где K n - константа диссоциации основания по n-й ступени; n - заряд катиона.

Гидролиз солей слабых оснований и слабых кислот

В случае гидролиза соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой, в реакции одновременно участвуют и катион, и анион соли,

связывающие ионы воды.

Гидролиз соли CH3COONH4.