Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая, неорганическая и аналитическая химия. Учебное пособие
.pdf
101
Степень гидролиза равна отношению числа гидролизо-
ванных молекул соли к общему числу растворенных молекул:
h = (n / N)·100% ,
где: n – число молекул, подвергшихся гидролизу; N –
общее число растворенных молекул соли.
Степень гидролиза можно выразить через ионное произведение воды КW, концентрацию раствора См, константу диссоциации образующегося слабого электролита КЭ:
_____________
h ≈ √ КW/См·КЭ.
Из этой зависимости видно, что степень гидролиза может увеличиться при:
1) увеличении КW, т.е. с повышением температуры; 2)
уменьшении концентрации См (при разбавлении раствора); 3)
уменьшении КЭ, т.е., чем слабее образующаяся при гидролизе
кислота или основание, тем выше степень гидролиза.
Таким образом, степень гидролиза зависит от при-
роды соли, концентрации раствора, температуры.
Любую соль можно представить как продукт взаимодействия кислоты с основанием. Гидролизу подвергаются только
те соли, в состав которых входят или ионы слабой кислоты,
или ионы слабого основания. Если ионы растворённой соли
не взаимодействуют с ионами воды, не смещают равновесия
диссоциации её, то гидролизу соль не подвергается, при этом
среда остается нейтральной.
Гидролизу не подвергаются соли, образованные сильными основаниями и сильными кислотами (NaCl, КNO3,
Na2SO4, KMnO4 и др.).
Например, NaCl + HOH NaOH + HCl.
В ионной форме это уравнение будет иметь вид:
Na+ + Cl– + HOH Na+ + OH– + H+ + Cl–
или сокращенно НОН Н+ + ОН–
рН = 7.
Гидролизу подвергаются следующие типы солей:
102
1. Соли, образованные сильным основанием и сла-
бой кислотой. Гидролиз идет по аниону и обусловлен
связыванием ионов водорода воды в слабодиссоциируемую
кислоту или анион кислой соли:
NaCN + HOH HCN + NaOH
в ионном виде
Na+ + CN– + HOH HCN + Na+ + OH–
CN– + HOH HCN + OH– pH > 7.
Соли, образованные сильным основанием и слабой мно-
гоосновной кислотой?гидролизуются ступенчато, при этом
получаются кислые соли. Например,
Na2CO3 + HOH NaHCO3 + NaOH
CO
3
2–
+ HOH HCO
3
–
+ OH–pH > 7
Гидролиз по второй ступени протекает незначительно:
NaHCO3 + HOH H2CO3 + NaOH
HCO
3
–
+ HOH H2CO3 + OH–
2. Соли, образованные слабым основанием и силь-
ной кислотой. Гидролиз идет по катиону и обусловлен связыванием гидроксид-ионов воды в малодиссоциируемое основание или катион основной соли. В растворе накапливаются ионы водорода, среда становится кислой. Например:
NH4Cl + HOH NH4OH + HCl
в ионном виде
NH
4
+
+ Cl– + HOH NH4OH + H+ + Cl–
NH
4
+
+HOH NH4OH + H+ pH < 7
Гидролиз солей с многозарядным катионом протекает
ступенчато с образованием, как правило, основных солей,
а не оснований. Например:
Al(NO3)3 + HOH AlOH(NO3)2 + HNO3 (1-
яступень)
в ионном виде
Al3+ + HOH AlOH2+ + H+pH< 7
103
AlOH(NO3)2 + HOH Al(OH)2NO3 + HNO3 (2яступень)
AlOH2+ + HOH Al(OH)
2
+
+ H+
Гидролиз по третьей ступени практически не протекает.
3. Соли, образованные слабым основанием и слабой
кислотой. Гидролиз протекает сильнее, т.к. их ионы – катион
и анион одновременно связывают водородные Н+ и гидроксильные ОН– ионы воды, сдвигая равновесие диссоциации её.
При гидролизе таких солей в зависимости от зарядности
катиона и аниона могут быть получены следующие вещества:
а) слабое основание и слабая кислота (катион и анион
однозарядные) –
CH3COONH4 + HOH CH3COOH + NH4OH pH ≈ 7
вионнойформе
CH3COO– + NH
4
+
+ HOH CH3COOH + NH4OH
б) слабаякислотаиосновнаясоль (катионмногозарядный)
–
Al(CH3COO)3 + HOH AlOH(CH3COO)2 + CH3COOH
Al3+ + CH3COO– + HOH AlOH2+ + CH3COOH
в) слабое основание и кислая соль (анион многозарядный) –
(NH4)2S + HOH NH4HS + NH4OH
NH
4
+
+ S2– + HOH HS– + NH4OH.
При гидролизе солей, образованных слабым основанием
и слабой кислотой, реакция среды может быть нейтральной,
если образующиеся кислота и основание одинаковы по силе,
– слабокислой, если кислота сильнее основания, – слабощелочной, если основание сильнее кислоты.
В большинстве случаев гидролиз является обратимым
процессом. Однако некоторые соли подвергаются необрати-
мому (полному) гидролизу. К таким солям относятся соли,
образованные слабым нерастворимым или летучим основанием и слабой летучей или нерастворимой кислотой. Такие со-
104
ли не могут существовать в водных растворах. К ним относятся: Al2S3, Cr2S3, Fe2(CO3)3, (NH4)2SiO3, Al(CN)3 и др.
Например, гидролиз сульфида алюминия Al2S3 протекает
практически полностью до образования гидроксида алюминия Al(OH)3 и сероводорода H2S:
Al2S3 + 6 HOH → 2 Al(OH)3 ↓ + 3 H2S ↑
Здесь продукты гидролиза уходят из сферы реакции в
виде осадка Al(OH)3 и в виде газа H2S; равновесие полностью
смещается слева направо.
Примеры решения задач
Пример 1. Записать уравнение гидролиза солей: KCl,
Na2CO3, Mn(NO3)2, CH3COONH4.
Какое значение рН (>7, < 7 или ≈7) имеют растворы
этих солей?
Решение.
1. Хлорид калия KCl – соль, образованная сильным основанием KOH и сильной кислотой HCl .Такие соли гидролизу не подвергаются, рН водного раствора =7.
2. Карбонат натрия Na2CO
3
- соль, образованная силь-
ным основанием NaOH и слабой кислотой H2CO3. Такие соли
подвергаются гидролизу по аниону, в сокращенной ионной
форме уравнение гидролиза запишется следующим образом:
СО
3
2-
+ Н2О ↔ НСО
3
-
+ ОН-
Поскольку при гидролизе в свободном виде образуются
ионы гидроксила, водный раствор данной соли имеет щелочную среду (рН>7).
Для записи полной ионной формы уравнения следует
добавить в правую и левую части уравнения ионы Na+ , которые присутствуют в реакционной смеси, но участия в гидролизе не принимают:
2 Na+ + СО
3
2-
+ Н2О ↔ НСО
3
-
+ ОН- + 2Na+
105
Объединив ионы в молекулы, получим молекулярную
форму уравнения гидролиза:
Na2СО3 + Н2О ↔ NaНСО3 + NaОН
В результате гидролиза образуется кислая соль NaНСО
3.
3. Нитрат марганца Mn(NO3)2 - соль, образованная сла-
бым основанием Mn(OH)2 и сильной кислотой HNO3. Такие
соли подвергаются гидролизу по катиону, в сокращенной
ионной форме уравнение гидролиза запишется следующим
образом:
Mn2+ + H2O ↔MnOH+ + H+
Поскольку при гидролизе в свободном виде образуются
ионы водорода, водный раствор данной соли имеет кислую
среду (рН< 7).
Для записи полной ионной формы уравнения следует
добавить в правую и левую части уравнения ионы NО
3
-
, ко-
торые присутствуют в реакционной смеси, но участия в гидролизе не принимают:
2NО
3
-
+ Mn2+ + H2O ↔MnOH+ + H+ + 2NО
3
-
Объединив ионы в молекулы, получим молекулярную
форму уравнения гидролиза:
Mn(NO3)2 + H2O ↔MnOHNО3 + HNО3
В результате гидролиза образуется основная соль
MnOHNО3,гидроксонитрат марганца.
4. Ацетат аммония CH3COONH4 - соль, образованная
слабым основанием NН4OH и слабой уксусной кислотой
CH3COOH. Такие соли подвергаются гидролизу одновременно по катиону и по аниону, в сокращенной ионной форме
уравнение гидролиза запишется следующим образом:
NH
4
+
+ CH3COO- +H2O ↔ NH4OH + CH3COOH
106
Поскольку при гидролизе в свободном виде не образу-
ются ни ионы водорода, ни ионы гидроксила водный раствор
данной соли имеет близкую к нейтральной среду (рН≈7).
Уравнение гидролиза в молекулярной форме имеет вид:
CH3COONH4 +H2O ↔ NH4OH + CH3COOH
Контрольные задания
121. При смешивании растворов солей Al2(SO4)3 и
K2CO3 каждая из солей гидролизуется необратимо до конца.
Выразите этот процесс молекулярным и ионномолекулярными уравнениями гидролиза.
122. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей ZnSO4, Na3PO4, CsBr. Какое значение рН (рН 7,
рН 7) имеют растворы этих солей?
123. Составьте молекулярные и ионные уравнения гид-
ролиза солей Al2(SO4)3, KF, KI. Какое значение рН (рН 7, рН
7) имеют растворы этих солей?
124. Составьте молекулярные и ионные уравнения гид-
ролиза солей Cr(NO3)3, NaNO3, K2SO3. Какое значение рН (рН
7, рН 7) имеют растворы этих солей?
125. Составьте молекулярные и ионные уравнения гид-
ролиза солей Сd(NO3)2, NaCl, KBrO. Какое значение рН (рН
7, рН 7) имеют растворы этих солей?
126. При смешивании растворов солей Cr2(SO4)3 и
Na2SiO3 каждая из солей гидролизуется необратимо до конца.
Выразите этот процесс молекулярным и ионномолекулярными уравнениями гидролиза.
127. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей NiCl2, Na3PO4, NaCl. Какое значение рН (рН 7,
рН 7) имеют растворы этих солей?
107
128. Составьте молекулярные и ионные уравнения гид-
ролиза солей CuCl2, KCN, Na2 SO4. Какое значение рН (рН
7, рН 7) имеют растворы этих солей?
129. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей MnSO4, KNO3, NaF. Какое значение рН (рН 7,
рН 7) имеют растворы этих солей?
130. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей Mn(NO3)2, K2SiO3, SrSO4. Какое значение рН
(рН 7, рН 7) имеют растворы этих солей?
131. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей (NH4)2СO3, МоSO4, LiNO3. Какое значение рН
(рН 7, рН 7) имеют растворы этих солей?
132. Составьте молекулярные и ионные уравнения гид-
ролиза солей Bi(NO3)3, BaCl2, Na2SO3. Какое значение рН (рН
7, рН 7) имеют растворы этих солей?
133. Составьте молекулярные и ионные уравнения гид-
ролиза солей NaCN, Pb(NO3)2, K2SO4. Какое значение рН (рН
7, рН 7) имеют растворы этих солей?
134. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей Li3PO4, KCl, CoSO4. Какое значение рН (рН 7,
рН 7) имеют растворы этих солей?
135. При смешивании растворов солей Al(NO3)3 и K2CO3
каждая из солей гидролизуется необратимо до конца. Выразите этот процесс молекулярным и ионно-молекулярными уравнениями гидролиза.
136. При смешивании растворов солей AlCl3 и Na2SO3
каждая из солей гидролизуется необратимо до конца. Выразите этот процесс молекулярным и ионно-молекулярными уравнениями гидролиза.
137. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей NiSO4, Na2S, K3AsO4. Какое значение рН (рН 7,
рН 7) имеют растворы этих солей?
108
138. Составьте молекулярные и ионные уравнения гид-
ролиза солей СdBr2, K3PO4, LiI. Какое значение рН (рН 7, рН
7) имеют растворы этих солей?
139. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей MgSO4, Na2CO3, Ca(NO3)2. Какое значение рН
(рН 7, рН 7) имеют растворы этих солей?
140. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные
уравнения совместного гидролиза Hg(NO3)2 и K2CO3 .
Лабораторная работа №4
Гидролиз солей
1. Влияние природы соли на реакцию среды (pH) её
водного раствора
В пять пробирок насыпать исследуемые соли Na2CO3,
Al2(SO4)3, NaCl, Na2HPO4, CH3COONH4, добавить дистиллированную воду и растворить в ней соли. В шестую пробирку
налить такое же количество дистиллированной воды. С помощью индикаторной бумаги установить реакцию среды во
всех пробирках и сравнить с реакцией дистиллированной
воды в шестой пробирке.
Написать уравнения реакций гидролиза исследуемых
солей в молекулярных и ионных формах, объяснить причину
изменения реакции среды для каждого случая.
2. Влияние концентрации воды на смещение равновесия
реакции гидролиза
В пробирку с небольшим количеством концентрированного раствора нитрата висмута прибавлять по каплям дистиллированную воду, перемешивая содержимое пробирки.
Наблюдать появление мути основной соли висмута.
Составить уравнение реакции гидролиза в молекулярной и ионной форме, объяснить причину образования основной соли.
109
3. Влияние температуры на смещение равновесия при
гидролизе
Налить в пробирку 3-4 мл раствора ацетата натрия и 1-2
капли раствора фенолфталеина. Нагреть раствор до кипения и
наблюдать появление розовой окраски. Составить уравнение
реакции гидролиза соли и дать объяснение.
V.X КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Многие молекулы с уже
реализованными химическими
связями способны вступать в
дальнейшее взаимодействие с
образованием более сложных
молекул второго порядка.
А. Вернером (1893) была создана координационная тео-
рия для объяснения строения и свойств этих необычных соединений:
1. В молекуле любого комплексного соединения один из
ионов или атомов металла занимает центральное место и
называется комплексообразователем (М).
2. Вокруг центрального иона или атома располагается,
или координируется, некоторое число (х) отрицательно заряженных ионов-анионов или нейтральных молекул (L), которые называются лигандами: М + х(׃ L) → [М( ׃ L)Х ].
110
Центральный ион с расположенными вокруг него ли-
гандами образует так называемую внутреннюю координационную сферу соединения.
3. Ионы, находящиеся за пределами координационной
сферы, составляют внешнюю сферу комплекса.
4. Число, определяющее количество лигандов, окружа-
ющих центральный ион или комплексообразователь, называется координационным числом.
В некоторых лигандах могут содержаться несколько групп ато-
мов, с помощью которых они могут присоединяться к комплексообразователю. Так, в молекуле этилендиамина H2N-CH2-CH2-NH2
содержатся две NH2 -группы, которые легко вступают во взаимодействие с комплексообразующим ионом. Следовательно, лиганды
подобного типа могут занимать два места во внутренней сфере комплекса. Такие лиганды, как CN−, Hal−, H2O, NH3, занимают только
одно координационное место. По этому признаку определяется
координационная емкость лиганда – число мест занимаемых каждым лигандом во внутренней сфере комплекса. Лиганд, который
предоставляет центральному атому одну электронную пару,
занимает одно координационное место и является монодентатным
(H2O, NH3, NO
2
−
, CN−, OH−,NO
−
3
и др.). Лиганды, у которых два и
больше атомов способны образовывать связь с центральным атомом,
занимают соответствующее число координационных мест и являются
полидентатными. Буквально, «многозубыми» (лат. dens-зуб). Комплексы подобной структуры называют хелатными (лат. kela –
клешня), а полидентатный лиганд называют хелатообразующим. Многие природные вещества – металлоферменты, гемо-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]