Сборгник задач по химии

HNO3 + KOH → KNO3 + H2O;

H + + NO3- + K + + OH- → K + + NO3- + H2O;

H + + OH- → H2O.

7.3 Гидролиз солей

Вода это слабый электролит и концентрация ионов водорода и гидроксил – ионов при 25 оС соответственно равны 10-7 моль/л. Если в воде растворить соль, равновесие диссоциации воды нарушается за счёт изменения концентраций ионов. Уменьшение или увеличение концентраций ионов Н+ и ОН- в растворе происходит за счёт связывания их в слабый электролит. То есть происходит реакция, называемая: гидролиз (« гид-

ро» – вода, « лизис» – разложение) – химическая реакция обме-

на ионов соли с водой, приводящая к образованию слабого электролита (молекул слабых кислот и оснований, анионов кислых и катионов основных солей) и обязательно сопровождающиеся изменением рН среды.

Гидролиз протекает ступенчато, если соль образована многовалентным металлом или многоосновной кислотой. Ионы оставшиеся несвязанными определяют характер среды. (Н+ - кислую, ОН- - щелочную). В зависимости от природы соли различаю следующие типы гидролиза:

1. Соль, образованная ионами сильного основания и силь-

ной кислоты (NaCl, К2SO4, KNO3,BaCl2, Na2SO4 и т.д) гидролизу не подвергается, так как не образует слабого электролита и имеет рН = 7.

Например:

КNO3 + H2О→ KOH + HNO3;

K+ + NO3- + H2О→ K + + OH- + H+ + NO3- ; H2O→ H + + OH-

2. Соль, образованная ионами сильного основания и слабой кислоты (Na2CO3, KI и тд.), гидролизуется по аниону, а гидроксид ион остается в избытке, что определяет рН > 7.

161

Например: 1)ступень

К3РО4 + Н2О↔ К2 НРО4 + КОН; 3К+ + РО4-3 + Н2О↔ 2К+ + НРО4 -2 + К+ + ОН-; РО4 -3 + Н2О↔ НРО4 -2 + ОН-.

2) ступень

К2НРО4 + Н2О↔ КН2РО4 + КОН; 2К++ РО4-2 + Н2О↔ К+ + Н2 РО4- + К+ + ОН-; НРО4-2 + Н2О↔ Н2РО4- + ОН-.

3) ступень

К2НРО4 + Н2О→ Н3РО4 + КОН; К++ Н2РО4 - + Н2О→ Н3 РО4 + К+ + ОН-; Н2РО4 - + Н2О→ Н3РО4 + ОН-.

3. Соль, образованная ионами слабого основания и сильной кислоты (Al2(SO4)3, ZnCl2 и т.д.), гидролизуется по катиону, ион водорода остается в избытке, что определяет рН<7.

Например: 1) ступень

СuCl2 + Н2О↔ CuOHCl + НCl;

Cu+2+ 2Cl- + Н2О↔ CuOH+ + Cl- + Н++ Cl-; Cu+2 + Н2О↔ CuOH+ + Н+.

2) ступень

CuOHCl + Н2О↔ Cu(OH)2↓+ НCl;

CuOH+ +Cl-+ Н2О↔ Cu(OH)2↓ + H+ + Cl-; CuOH+ + Н2О↔ Cu(OH)-2↓ + Н+.

4. Соль, образованная ионами слабого основания и слабой кислоты (CH3COONH4,Al2S3 и т.д.), гидролизуется сразу и полностью, с образованием слабого основания и слабой кислоты. Реакция среды будет зависеть от константы диссоциации слабых электролитов, если:

Кдкисл.= Кдоснов., то рН = 7 (нейтральная), Кдкисл.> Кдоснов., то рН < 7 (слабокислая), Кдкисл.< Кдоснов., то рН > 7 (слабощелочная).

162

Например:

NH4CN + H2O ↔ NH4 OH + HCN; NH4+ + CN- + H2O ↔ NH4 OH + HCN.

Сравнение констант диссоциации кислоты (7,8·10-2) и основаня (1,8·10-5), позволяет сделать вывод, что реакция среды слабокислая (рН < 7).

Большинство солей четвёртого типа полностью разлагаются водой и происходит необратимый гидролиз, например:

Al2 S3+ Н2О → Al(OH)3↓ + Н2S↑.

2Al+3+ 3S-2 + Н2О↔ Al(OH)3↓ + Н2S↑

Т.к Кд (Al(OH)3) = 1,38·10-9 > Кд (Н2S) = 1,1 ·10-14 , то реакция среды будет рН > 7.

Количественно гидролиз определяется степенью гидроли-

за (β) и константой гидролиза (КГ). Степень гидролиза пред-

ставляет собой отношение концентрации гидролизованных молекул (СГ) к общей концентрации (С) растворённых молекул.

(7.3.1)

На степень гидролиза влияют температура и концентрация соли. В соответствии с принципом Ле-Шателье при повышении температуры степень гидролиза увеличивается (т.к. процесс экзотермический) и при разбовлении гидролиз протекает полнее.

Константа гидролиза определяет состояние равновесия гидролизованной соли, например при гидролизе цианида калия:

КCN + H2O ↔ КOH + HCN;

CN- + H2O ↔ OH- + HCN,

константа равновесия имеет вид:

Кс = [[HCN− ]] [[OH−]] CN H2O

Концентрация недиссоциированных молекул воды пратически постоянна, тогда:

163

Постоянную величину К·[Н2О], называют константой гидролиза (КГ), она определяет состояние равновесия в растворе

гидролизованной соли Связь между константой и степенью гидролиза выражается

законом разбавления Оствальда:

Степень и константа гидролиза для соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой, расчитывают по формулам:

Степень и константа гидролиза для соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, расчитывают по формулам:

Степень и константа гидролиза для соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой, расчитывают по формулам:

Таким образом, зная константы диссоциации слабых электролитов и ионное произведение воды, можно всегда рассчитать константу гидролиза соли.

164

7.4. Примеры решения задач.

Пример 1. Рассчитать константу диссоциации электролита в 0,02 М растворе, если степень диссоциации равна 3%.

Решение: воспользуемся законом Оствальда.

КГ = β2 СМ = (0,03)2 0,02 =1,8 10−5

Пример 2. Степень диссоциации электролита равна 5%. Вычислить константу диссоциации, если в 250 г воды растворено 1,32 г фтороводорода.

Решение: определим молярную концентрацию.

Согласно закону Оствальда

Кд = α2 См = (0,05)2 0,264 = 6,6 10−4

Пример 3.Составить в молекулярной форме уравнение ре-

акции, которая выражается следующим кратким ионным урав-

нением. Mg+2+ CO3 → MgCO3↓

Решение: для ответа на вопрос необходимо воспользоваться таблицей растворимости: Mg+2+ CO-23 → MgCO3↓

Для катиона Mg+2 можно выбрать любой анион, напротив которого стоит «P».

Для аниона CO3-2 можно выбрать любой катион, кроме тех, которые не существую, например Na+, тогда:

MgCl2 + Na2 CO3→ MgCO3↓+ 2NaCl;

Mg+2+ 2Cl- + 2Na+ CO3-2↔ MgCO3↓+ 2Na+ + 2Cl- ; Mg+2 + CО3-2→ MgCO3↓.

165

7.5.Индивидуальные упражнения и задачи

7.5.1.Диссоциация кислот, солей, оснований, комплексных соединений

№691-720. Задание для задач с 691 по 720 (табл 1):

Для ряда веществ, соответствующего Вашему варианту, написать полное уравнение диссоциации. Для двух веществ (по выбору) из ряда написать выражения для расчёта константы диссоциации.

7.5.2 Константа и степень диссоциации. Закон разбавления Оствальда

№721. Вычислить константу диссоциации HCN, если степень диссоциации ее в 0,01 М растворе равна 2,83·10-4.

167

№722. При какой концентрации раствора степень диссоциации азотистой кислоты будет равна 0,2?

№723. Вычислить степени диссоциации 0,05 М и 0,5 М растворов NH4OH.

№724. Степень диссоциации уксусной кислоты CH3COOH в одномолярном и децимолярном растворах равна 0,42 % и 1,33 %, соответственно. Вычислить константу диссоциации и сделать вывод о взаимосвязи константы и степени диссоциации с концентрацией.

№725. Степень диссоциации муравьиной кислоты HCOOH в 0,2 M растворе равна 0,03. Определить К Д кислоты.

№726. Сколько воды нужно прибавить к 300 мл 0,2 М раствора уксусной кислоты, чтобы степень диссоциации удвоилась.

№727. В 0,1М растворе CH3COOH степень диссоциации равна 1,32·10-2. При какой концентрации азотистой кислоты HNO2 её степень диссоциации неизменится?

№728. Константа диссоциации кислоты равна 1,5·10-5. Вычислить степень её диссоциации в 0,005 М растворе в %.

№729. Раствор, содержат 5 г фтороводорода в 250 г воды. Определить степень диссоциации НF в этом растворе.

№730. Рассчитать константу диссоциации электролита в 0,01 М растворе, если степень диссоциации равна 5 %.

№731 Константа диссоциации C3H7COOH (масляной кислоты) равна1,5·10-5. Вычислить степень её диссоциации в 0,05 молярном растворе.

№732. Найти степень диссоциации хлорноватистой кисло-

ты HOCl в 0,2 Н растворе, если Kд= 5,0·10-8.

№733. Степень диссоциации угольной кислоты H2CO3 по первой ступени в 0,1 Н растворе равна 2,11·10-3. Вычислить K1.

№734. Чему равна степень диссоциации электролита, если: а) из каждых 100 молекул его диссоциировали 30; б) из каждых 10 молекул его диссоциировали 2?

№735. При какой концентрации уксусная кислота диссоциирована на 12 %?

168

№736. Вычислить степень диссоциации 0,015 М и 0,15 М растворов H2CO3.

№737. Сколько воды нужно прибавить к 500 мл 0,5 Н раствора циановодородной кислоты HCN, чтобы степень диссоциации возросла в 3 раза?

№738. Раствор содержащий 11,5 перекиси водорода H2O2 в 340 г воды имеет Kд = 2,6·10-12. Определить степень диссоциации этого раствора.

№739. Щавелевая кислота H2C2O4 степень диссоциации 6%. Определить концентрацию раствора, если Kд1= 5,4·10-2.

№740. Определить массу фтороводорода, растворённого в 250 г воды, если Kд = 6,6· 10-4,степень диссоциации 5 %.

№741. Чему равна степень диссоциации электролита, если: а) из каждых 1000 молекул его диссоциировало 200; б) из каждых 100 молекул его диссоциировало 50?

№742. Назвать, пользуясь справочными данными, электролит, рассчитав его константу диссоциации в 0,02 М растворе, если степень диссоциации равна 0,03.

№743. Вычислить степень диссоциации (в процентах) кремниевой кислоты, если концентрация раствора равна 0,2 М.

№744. Вычислить объём, занимаемый раствором H3PO4 с массой растворённого вещества 10 г, если α = 2 %.

№745. Константа диссоциации синильной кислоты (HCN) равна 7,9·10-10. Найти степень диссоциации этого вещества в 0,001 М растворе.

№746. При какой концентрации раствора степень диссоциации HNO2 будет равна 0,4?

№747. Определить степень диссоциации селенистой кислоты в 0,05 М растворе, если Kд = 3,5·10-3.

№748. Определить степень диссоциации фосфорной кислоты в 0,01 М растворе.

№749. Найти концентрацию кислоты, если она диссоции-

рована на 25 %, а Kд = 1,8·10-4.

169

№750. Чему равна степень диссоциации электролита, если: а) из каждых 50 молекул его диссоциировало 10; б) из каждых 100 молекул его диссоциировало 30.

7.5.3 Ионное произведение воды. Водородный показатель

№751. Определить концентрацию ионов ОH- в 0,01 М растворе NH4OH. Рассчитать pH этого раствора. (Kд =1,8 10-5)

№752. Вычислить концентрацию ионов H+ в 0,1 М растворе хлорноватистой кислоты (Kд (HOCI)= 5·10-8).

№753. Вычислить pH а)0,01 М раствора NaOH и б)0,01 М раствора NH4OH.

№754. Найти молярную концентрацию ионов OH- в вод-

ных растворах, в которых концентрация Н+ (в моль/л) равна: а) 10-3, б) 1,4·10-12.

№755. Вычислить pH 0,05 М раствора HCI и 0,05 М рас-

твора CH3COOH.

№756. Определить pH раствора, в 1 литре которого содержится 0,1 г NaOH. Диссоциацию считать полной.

№757. В 200 мл раствора едкого натра содержится 0,2 г NaOH. Вычислить pH этого раствора.

№758. Рассчитать pH 0,01 М раствора H2CO3 и 0,01 М раствора H3PO4.

№759. Степень диссоциации муравьиной кислоты HCOOH в 0,2 Н растворе равна 0,03. Вычислить значения [H+], [OH-], pOH.

№760. Чему равна концентрация раствора уксусной кислоты, pH которого равен 5,8?

№761. Вычислить pH и pOH растворов, молярная концентрация ионов H+ в которых равна: а) 10-11, б) 4,92·10-3.

№762. Вычислить pH следующих растворов слабых элек-

тролитов: а) 0,02 М NH4OH, б) 0,1 М HCN.

170