Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

10_Gidroliz_soley

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
336.13 Кб
Скачать

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;

Исполнитель:

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятие №

4

2

7

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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:

A+ HOH

HA + OH ,

MA + H2O

HA + МOH.

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 ОНв слабый электролит, т.е. соль

гидролизуется по катиону. Уравнения реакции гидролиза:

R+ + HOH

ROH + H+,

RВ + H2O

ROH + HВ.

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.

Исполнитель:

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятие №

4

2

7

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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:

Kг

[HA][OH

] [H

]

 

[HA]

[H ][OH ].

 

 

 

 

 

 

 

 

[A- ]

 

[H

]

[A- ][H ]

 

 

 

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

 

 

Kг

 

 

 

Kw

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kкислоты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично, для соли, гидролизующейся по катиону

 

 

R+ + HOH

 

 

 

 

ROH + H+,

 

 

Kг

 

 

 

Kw

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kоснования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятие №

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

7

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

h

Cгидр

,

С

 

 

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:

Формула соли

Концентрация

h, %

раствора, моль/л

 

 

NH4Cl

0,01

0,01

Na2CO3

0,1

2,7

3СООNH4

0,1

0,5

 

 

 

Степень гидролиза связана с константой гидролиза и концентрацией соли.

Для соли, гидролизующейся по аниону

A+ HOH HA + OH ,

выражение константы гидролиза имеет вид:

Исполнитель:

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятие №

4

2

7

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kг

Kw

.

Kкислоты

 

 

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:

K

 

hC

hC

 

С (h 2 C)

.

г

C

hC

 

С(1 h)

 

 

 

 

h2 C Kг 1 h

Обычно степень гидролиза мала

h<<1, (1 - h) ≈ 1,

Kг h2C,

откуда следует приближенная формула для расчета степени гидролиза

h

 

Kг

 

.

 

 

 

С

Полученное выражение справедливо для любой соли, подвергающейся гидролизу.

С учетом взаимосвязи константы гидролиза с константами диссоциации

слабых электролитов, образующих соль,

h

 

K w

 

.

 

 

 

K С

Исполнитель:

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятие №

4

2

7

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

Исполнитель:

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятие №

4

2

7

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СH3COO+ HOH СH3COOH + OH .

Константу гидролиза соли слабой кислоты и сильного основания рассчитываем по формуле

Kг

 

K w

 

10

14

 

5,5 10

10

.

K

CH 3COOH

1,8 10

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Степень гидролиза соли определяем по значению константы гидролиза

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

h

Kг

 

5,5 10

7,4 10

5

,

С

0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

или h 0,0074%.

Из уравнения гидролиза следует, что концентрация ионов OHравна

концентрации соли, подвергшейся гидролизу:

[OH ] hC 7,4 10 5

0,1 7,4 10 6 моль/л,

[H ]

Kw

 

10 14

 

1,4 10

9

моль/л.

[OH ]

7,4 10

6

 

 

 

 

 

Рассчитываем рН:

 

 

 

 

 

 

 

 

pH

lg(1,4 10 9 ) 8,9.

 

 

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:

 

NO2 + HOH

 

 

HNO2 + OH ,

Исполнитель:

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятие №

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

7

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NaNO2 + H2O HNO2 + NaOH.

В результате гидролиза соли в растворе повышается концентрация ионов ОН,

среда становится щелочной (pH>7).

Константа гидролиза

 

K w

10 14

 

11

Kг

 

 

 

 

 

2 10 .

K

HNO 2

5,1 10

4

 

 

 

 

 

 

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:

 

 

[HCO3 ] [OH ]

 

[HCO3 ][OH ][H ]

 

K w

 

 

 

 

 

 

 

Kг1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

H

CO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[CO3

]

 

 

 

 

 

 

[CO3

][H ]

 

K 2 2

 

3

 

 

 

 

 

10

14

 

2,1 10 4

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,8 10 11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:

 

 

 

 

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятие №

4

2

7

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по II ступени:

Kг 2

[H 2CO3 ][OH ]

[H 2CO3 ][OH ][H ]

K w

 

 

 

[HCO3

]

 

[HCO3 ][H ]

 

H

CO

 

 

 

 

 

 

K1 2

 

3

10

14

 

2,2

10 8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,5 10

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 ОНв 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

Kг

 

K w

,

1

кислоты

 

 

K n

 

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 .

Исполнитель:

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятие №

4

2

7

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидролиз идет по катиону, возможны две ступени гидролиза.

Уравнения гидролиза по I ступени:

Cd2+ + HOH

CdOH+ + H+;

Cd(NO3)2 + H2O

CdOHNO3 + HNO3.

Уравнения гидролиза по II ступени:

CdOH+ + HOH

Cd(OH)2 + H+;

CdOHNO3 + H2O

Cd(OH)2 + HNO3.

В результате гидролиза соли среда становится кислой, рН < 7.

Равновесия при гидролизе по

аниону также сильно смещены влево,

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

Kг

 

K w

,

1

основания

 

 

K n

 

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.

Исполнитель:

 

Дата:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятие №

4

2

7

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]