Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая химия. Учебное пособие-1
.pdf
51
В различных пищевых системах источниками ионов водорода могут быть
кислоты, соли различного строения и продукты их гидролиза. Показатель рН
является количественной характеристикой качества продукта. Например, при
развитии в молоке микроорганизмов с образованием молочной кислоты (скисание молока) показатель рН снижается.
Пример: вычислить рН 0,1 М раствора HNO2, если К
д
2
HN O
= 4 × 10–4.
Решение: HNO2 ↔ H+ + NO
2
–
; [H+] = [NO
2
–
].
Kд =
2
2
HNO
NOH
−+
;
34
2
103,61041,0HNO
−−+
===
д
КH
моль/л.
рН = –lg 6,3 × 10–3 = –lg 10–3 – lg 6,3 = 3 – 0,8 = 2,2.
Задания для самоконтроля
1. Дайте определение ионного произведения воды.
2. Дайте определение водородного показателя.
3. Дайте определение гидроксильного показателя.
4. Дайте определение индикаторов, приведите примеры.
Контрольные задания
1. Рассчитайте рН раствора объемом 1,5 л, содержащего 7,1 г гидроксида
аммония.
2. К 75 мл раствора азотной кислоты эквивалентной концентрацией
0,1 моль/л добавили 500 мл воды. Рассчитайте рН исходного раствора и после
разбавления.
3. Вычислите концентрацию раствора муравьиной кислоты, если рН этого
раствора равно 3.
4. Вычислите рН раствора хлороводородной кислоты, если 5 мл этой кис-
лоты с массовой долей вещества 30 % растворили в двух литрах воды.
5. Вычислите рН раствора гидроксида натрия с массовой долей вещест-
ва 6 %.
6. Вычислите рН раствора, полученного при смешивании 150 мл раствора
серной кислоты с эквивалентной концентрацией 0,5 моль/л и 50 мл этой же
кислоты с молярной концентрацией 0,1 моль/л.
7. Вычислите рН раствора молочной кислоты, если эквивалентная кон-
центрация равна 0,1 моль/л.
52
8. Вычислите рН раствора щелочи, если 6 г гидроксида натрия раствори-
ли в одном литре воды, а 2 мл полученного раствора добавили к двум литрам
воды.
9. Вычислите рН раствора, полученного смешиванием 500 мл раствора
гидроксида натрия с эквивалентной концентрацией 0,1 моль/л и 200 мл хлороводородной кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/л.
10. Вычислите рН раствора, полученного при смешивании 500 мл раство-
ра гидроксида калия с эквивалентной концентрацией 0,2 моль/л и 50 мл щелочи
с молярной концентрацией 0,1 моль/л.
11. Вычислите рН раствора масляной кислоты с молярной концентрацией
0,02 моль/л.
12. Рассчитайте концентрацию гидроксида аммония, если рН раствора ра-
вен 9.
13. Рассчитайте рН раствора, содержащего хлорид аммония с молярной
концентрацией 0,1 моль/л и хлороводородную кислоту с эквивалентной концентрацией 0,2 моль/л.
14. Вычислите рН раствора, полученного при смешивании 50 мл раствора
азотной кислоты плотностью 1,43 г/мл и 1,550 мл воды.
15. Вычислите рН раствора, если в 2 л этого раствора содержится
0,4 г гидроксида натрия.
16. Рассчитайте рН раствора объемом один литр, содержащего 4,3 г аце-
тата натрия и 6,4 г уксусной кислоты.
17. Рассчитайте рН раствора объемом один литр, содержащего 19,6 г сер-
ной кислоты.
18. Вычислите рН раствора, полученного смешиванием 200 мл раствора
гидроксида натрия с эквивалентной концентрацией 0,5 моль/л и 200 мл серной
кислоты с эквивалентной концентрацией 0,2 моль/л.
19. Вычислите рН раствора серной кислоты, если 3 мл исходной кислоты
с плотностью 1,824 г/мл растворили в двух литрах воды.
20. Вычислите объемы реагентов для получения одного литра аммиачно-
го буферного раствора с рН = 9,5, если молярные концентрации реагентов одинаковы и равны 0,1 моль/л.
53
РАЗДЕЛ 13. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Гидролиз — реакция обмена между ионами воды и растворенной соли,
в процессе которой образуется слабый электролит.
Гидролизу подвергаются соли, образованные:
а) слабой кислотой и сильным основанием;
б) сильной кислотой и слабым основанием;
в) слабой кислотой и слабым основанием.
Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу
не подвергаются. Среда раствора таких солей нейтральная, рН = 7.
Гидролиз по аниону — соль, образованная слабой кислотой и сильным
основанием, среда раствора щелочная, рН > 7.
В водных растворах таких солей с H2O будут взаимодействовать анионы
слабой кислоты, которые образуются при диссоциации соли:
Na2СO3 → 2 Na+ + CO
3
2−
.
Эти анионы будут присоединять к себе ионы Н+, отщепившиеся от моле-
кул H2O, в результате этого образуется слабый электролит HСO
3
−
— гидрокарбонат-анион, а в растворе станут накапливаться ионы ОН−, которые будут сообщать раствору такой соли щелочную реакцию:
HOH + CO
3
2–
HСO
3
−
+ OH–.
В растворе присутствуют кислая соль и щелочь:
Na2СO3 + НОН NaHСO3 + NaOH — первая стадия;
NaHСO3 + НOH H2СO3 + NаOH — вторая стадия.
Чем слабее кислота, образующая соль, тем сильнее протекает гидролиз.
Гидролиз протекает главным образом по первой стадии и в очень малой
степени. По последующим стадиям он идет гораздо хуже и им можно пренебречь.
Гидролиз по катиону — соли, образованные слабым основанием и силь-
ной кислотой, среда раствора кислая, рН ˂ 7.
54
В водных растворах таких солей с H2O будут взаимодействовать катионы
слабого основания (т. е. ионы металлов или NH
4
+
), образующиеся при диссоци-
ации соли:
ZnCl2 → Zn2+ + 2 Cl–.
Они будут присоединять к себе гидроксильные ионы, отщепившиеся от
молекул H2O, в результате чего образуется слабый электролит (ZnОН+), а в растворе станут накапливаться ионы Н+, которые сообщат раствору такой соли
кислую реакцию:
Zn
2+
+ НОН ZnОН+ + Н+.
В растворе присутствуют основная соль и сильная кислота:
ZnCl2 + НОН ZnОНCl + НCl — первая стадия;
ZnОНCl + НОН Zn(ОН)2 + НCl — вторая стадия.
Чем более слабым электролитом является основание, образующее соль,
тем сильнее протекает ее гидролиз.
Гидролиз по катиону и аниону — соли, образованные слабой кислотой
и слабым основанием, среда раствора нейтральная, рН ≈ 7:
СН3СООNН4 + НОН СН3СООН + NН4ОН
Степень гидролиза возрастает при разбавлении раствора, при повыше-
нии температуры:
сол и
С
Кг
=
,
где Кг = 10
–14
— ионное произведение воды;
β — степень гидролиза;
С
соли
— концентрация соли.
55
Константа гидролиза (Кг) характеризует способность данной соли под-
вергаться гидролизу; чем больше Кг, тем в большей степени протекает гидролиз
(при постоянстве Т и концентрации соли):
– для соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием:
Дкислоты
К
Кг
14
10
−
=
,
где 10
–14
— ионное произведение воды;
К
Дкислоты
— константа диссоциации слабой кислоты;
– для соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием:
Кг =
основания
Д
К
14
10
−
,
где 10
–14
— ионное произведение воды;
К
Доснования
— константа диссоциации слабого основания;
– для соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием:
Кг =
основаниякислоты
ДД
КК
−14
10
,
где 10
–14
— ионное произведение воды;
К
Дкислоты
— константа диссоциации слабой кислоты;
К
Доснования
— константа диссоциации слабого основания.
Совмещенный гидролиз — соли, образованные слабой кислотой и силь-
ным основанием и сильной кислотой и слабым основанием. Продуктами реакции будут слабая кислота, слабое основание и соль сильной кислоты и сильного
основания:
3Na2S + 2AlCl3 + 6H2O = 6NaCl + 2Al(OH)3 + 3H2S;
6Na+ + 3S2– + 2Al3+ + 6Cl– + 6H2O = 6Na+ + 6Cl– + 2Аl(OH)3 + 3H2S;
3S2– + 2Al3+ + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S.
Реакции гидролиза широко распространены в технологических производствах, быту, в живых организмах. Например, гидролиз мыла — натриевая соль
56
органической кислоты приводит к щелочной реакции среды. Она является
агрессивной для кожи человека, ухудшает качество ткани.
Пример: напишите уравнение гидролиза 0,1 М раствора NaF, рассчитайте
К
г; β ; рН
раствора.
Решение: NaF ↔ Na+ + F– (NaOH — сильное основание, HF — слабая
кислота).
F– + HOH ↔ HF + OH–; NaF + HOH ↔ HF + NaOH.
Кг =
11
4
1414
105,1
106,6
1010
HF
−
−
−−
=
=
Д
К
;
5
1
11
1022,1
10
105,1
−
−
−
=
==
сол и
Г
С
К
.
)./(1022,11022,110
651
лмольСОН
−−−−
===
)/(102,8
1022,1
1010
9
6
1414
лмоль
ОН
Н
−
−
−
−
−
+
=
==
рН = –lg[Н+]; рН = –lg8,2 × 10–9 = 8,1 — среда раствора щелочная.
Задания для самоконтроля
1. Дайте определение реакции гидролиза.
2. Дайте определение степени гидролиза.
3. Дайте определение константы гидролиза.
4. Приведите пример гидролиза по катиону.
5. Приведите пример гидролиза по аниону.
6. Приведите пример гидролиза по катиону и аниону.
7. Раскройте сущность совмещенного гидролиза.
Контрольные задания
Напишите уравнения (молекулярные, ионные) гидролиза, проведите количественные расчеты процесса гидролиза, укажите внешние условия для усиления процесса гидролиза:
1. Вычислите константу и степень гидролиза (для первой ступени) рас-
твора карбоната натрия с эквивалентной концентрацией 0,01 моль/л.
2. Вычислите рН раствора нитрита бария с молярной концентрацией
0,2 моль/л.
3. Вычислите рН раствора, если 2 л этого раствора содержат 8,7 г хлорида
аммония.
4. Вычислите константу и степень гидролиза (для первой ступени) рас-
твора нитрата никеля с эквивалентной концентрацией 0,02 моль/л.
57
5. Вычислите константу и степень гидролиза раствора цианида калия
с концентрацией 0,001 моль/л.
6. Вычислите константу и степень гидролиза раствора ацетата аммония
с концентрацией 0,01 моль/л.
7. Вычислите рН раствора, полученного при смешивании 0,5 л раствора
гидроксида аммония с концентрацией 0,02 моль/л и 0,5 л хлороводородной
кислоты с эквивалентной концентрацией 0,02 моль/л.
8. Вычислите константу и степень гидролиза раствора ацетата аммония
с концентрацией 0,01 моль/л.
9. Вычислите рН раствора, если 1,5 л этого раствора содержат 2,55 г нит-
рита калия.
10. Вычислите константу и степень гидролиза (для первой ступени) рас-
твора сульфата цинка с эквивалентной концентрацией 0,01 моль/л.
11. Вычислите константу и степень гидролиза (для первой ступени) рас-
твора силиката натрия с эквивалентной концентрацией 0,002 моль/л.
12. Вычислите рН раствора, полученного при смешивании равных объе-
мов растворов гидроксида натрия с эквивалентной концентрацией 0,001 моль/л
и уксусной кислоты с эквивалентной концентрацией 0,001 моль/л.
13. Вычислите константу и степень гидролиза раствора нитрита натрия
с эквивалентной концентрацией 0,01 моль/л.
14. Вычислите рН раствора, если 0,5 л этого раствора содержат 16,2 г аце-
тата аммония.
15. Вычислите константу и степень гидролиза (для первой ступени) рас-
твора фосфата натрия с концентрацией 0,01 моль/л.
16. Вычислите константу и степень гидролиза раствора гипохлорита
натрия с эквивалентной концентрацией 0,002 моль/л.
17. Вычислите рН раствора, полученного при смешивании равных объе-
мов растворов гидроксида натрия с эквивалентной концентрацией 0,002 моль/л
и муравьиной кислоты с эквивалентной концентрацией 0,002 моль/л.
18. Вычислите константу и степень гидролиза (для первой ступени) рас-
твора хлорида марганца с концентрацией 0,005 моль/л.
19. Вычислите рН раствора, если 0,5 л этого раствора содержат 1,34 г нит-
рита натрия.
20. Вычислите константу и степень гидролиза (для первой ступени) рас-
твора сульфита калия с концентрацией 0,05 моль/л.
58
РАЗДЕЛ 14. ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ.
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДКОВ
Реакции образования и растворения осадков являются одними из самых
распространенных реакций. На них основано множество аналитических проб
для установления состава растворов и кристаллических веществ, получения малорастворимых веществ по обменным реакциям, очистки веществ перекристаллизацией.
Малорастворимые вещества — вещества, растворимость которых менее 10–20 г/л и до 1 г/л, нерастворимые — растворимость меньше 1 г/л. В системе с кристаллами и насыщенным раствором устанавливается равновесие:
кристаллы электролита ионы электролита в растворе.
В общем виде процесс записывается как:
КtAn ↔ Kt+ + An–.
Согласно закону действующих масс, количественно процесс описывается
выражением:
К
р
× [КtAn] = [Kt+] × [An–].
Но величина [КtAn] — концентрация вещества в твердой фазе — остается
величиной постоянной. Поэтому произведение константы равновесия и концентрации твердого вещества также величина постоянная:
К
р
× [КtAn] = const.
Ее называют константой растворимости, или произведением раствори-
мости (ПР). Произведение концентраций ионов малорастворимого электролита
в его насыщенном растворе при данной температуре есть величина постоянная
(прил. 9):
ПР
КtAn =
[Kt+] × [An–].
59
Условие образования осадка: произведение концентраций ионов больше
произведения растворимости данного соединения:
ПР
КtAn
˂ [Kt+] × [An–].
На растворимость малорастворимых электролитов оказывают влияние
другие электролиты, присутствующие в растворе. Наиболее сильно влияют
электролиты с одноименными ионами. Такой электролит создает повышенную
концентрацию одного из ионов. Для выполнения равенства должна понизиться
концентрация второго иона малорастворимого электролита. При расчетах принимают, что растворимый электролит целиком создает концентрацию одноименного иона.
Условием образования осадка активно пользуются в методах аналитического анализа для установления точки эквивалентности.
Пример: произведение растворимости MgS при t = 25 °C равно 2,0 × 10
–15
.
Образуется ли осадок сульфида магния при смешении равных объемов
0,004 н раствора нитрата магния и 0,0006 н сульфида натрия? Степени диссоциации этих электролитов принять за 1.
Решение: при смешении равных объемов растворов объем смеси стал
в два раза больше объема каждого из взятых растворов, следовательно, концентрация растворенных веществ уменьшилась вдвое, т. е.
./105,1/00015,0.
2
C
;/101/001,0
2
C
4
S
Na
3
Mg
)Mg(NO
-2
2
2
23
лмольСлмоль
С
лмольСлмоль
С
э
S
э
−
−
===
===
+
743
Mg
105,1105,1101
22
−−−
==
−+
S
CС
;
2,0 × 10
–15
˂ 1,5 × 10–7; ПР
MgS
˂
−+
22
Mg S
CС
.
Следовательно, осадок образуется.
Задания для самоконтроля
1. Дайте определение произведения растворимости.
2. Сформулируйте условие образования осадка.
3. Дайте определение молярной растворимости.
4. Раскройте влияние одноименного иона на растворимость.
60
Контрольные задания
1. Рассчитайте растворимость в воде хлорида свинца (моль/л, г/л).
2. Рассчитайте растворимость карбоната кальция в водном растворе кар-
боната натрия с концентрацией 0,02 моль/л.
3. Вычислите минимальный объем воды, в котором может содержаться
8 г растворенного хромата свинца.
4. Рассчитайте концентрацию ионов брома в насыщенном растворе бро-
мида свинца.
5. Рассчитайте, в каком объеме насыщенного раствора сульфида меди со-
держится 2 г ионов меди.
6. Охарактеризуйте состояние системы после установления равновесия
между 5 л воды и 0,5 г сульфата серебра.
7. Вычислите растворимость гидроксида магния в водном растворе гид-
роксида натрия с концентрацией 0,02 моль/л.
8. Рассчитайте возможность образования осадка при смешивании равных
объемов растворов нитрата свинца с концентрацией 0,04 моль/л и хлорида
натрия с концентрацией 0,06 моль/л.
9. Рассчитайте возможность образования осадка при смешивании
20 мл раствора нитрата серебра с эквивалентной концентрацией 0,01 моль/л
и 30 мл раствора йодида калия с эквивалентной концентрацией 0,005 моль/л.
10. Вычислите массу фторида кальция, которую можно растворить в воде
объемом 3 л.
11. Рассчитайте концентрацию всех ионов в насыщенном растворе йодида
свинца.
12. Рассчитайте растворимость хромата бария в водном растворе хромата
натрия с концентрацией 0,001 моль/л. Сравните ее с растворимостью этой соли
в воде.
13. Охарактеризуйте состояние системы после установления равновесия
между 3 л воды и 0,25 г сульфата олова.
14. Рассчитайте возможность образования осадка при смешивании равных объемов растворов карбоната натрия с концентрацией 0,02 моль/л и хлорида кальция с концентрацией 0,04 моль/л.
15. Рассчитайте возможность образования осадка при смешивании
40 мл раствора бихромата калия с эквивалентной концентрацией 0,02 моль/л
и 60 мл раствора хлорида бария с эквивалентной концентрацией 0,04 моль/л.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]