3.2. Водородный показатель рН.

ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

Содержание материала для самостоятельного изучения

Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель и шкала рН. Понятие об индикаторах. Гидролиз солей по катиону, аниону, по катиону и аниону. Условия смещение равновесия реакции гидролиза.

Литература: [1 – гл.8, §§ 8.5, 8.6]; [2 - гл.VII, §§ 44, 46];

[3 – гл.VII, §§ 90, 92].

Основные теоретические положения

Вода является слабым электролитом, молекулы воды в незначительной степени диссоциируют на ионы: H₂O ↔ H⁺ + OH^-

Ионное произведение воды KH₂O = [H⁺] · [OH^-] = 10^-14. Эта величина является постоянной для данной температуры (295 K⁰) и увеличивается с ростом температуры.

Концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов в воде одинаковая: [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 – среда нейтральная.

Избыток ионов Н⁺ в растворе обусловливает кислую реакцию раствора, а избыток ионов ОН^- - щелочную.

Водородный показатель рН характеризует среду водного раствора (нейтральная, кислая, щелочная).

Водородным показателем рН называется отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода:

рН = - lg [H⁺] и [H⁺] = 10^-pH

В нейтральной среде: [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 и рН = 7

В кислой среде: [H⁺] > [OH^-], т.е. [H⁺] > 10^-7 и рН < 7

В щелочной среде: [H⁺] < [OH^-], т.е. [H⁺] < 10^-7 и рН > 7

При растворении в воде солей, как правило, происходит изменение рН, если соль подвергается гидролизу. Гидролиз соли – это процесс взаимодействие ионов соли с ионами воды, в результате которого происходит связывание ионов воды (Н⁺ и ОН^-) в малодиссоциирующие соединения. Гидролиз – процесс обратимый.

Гидролизу подвергаются соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой (NH₄Cl; CuSO₄; Fe(NO₃)₂ и др.), сильным основанием и слабой кислотой (Na₂CO₃; K₂S; Ca(NO₂)₂ и др.), слабым основанием и слабой кислотой ((NH₄)₂CO₃; (CH₃COO)₂Cu и др.) т.е. те, которые при взаимодействии с водой образуют слабый электролит или ионы плохо диссоциирующие в дальнейшем.

Соли образованные сильным основанием и сильной кислотой гидролизу не подвергаются (KCl; Ca(NO₃)₂; Na₂SO₄).

Решение типовых задач

Задача 1. Вычислите рН раствора гидроксида кальция с молярной концентрацией 0,005 моль/л, считая диссоциацию Са(ОН)₂ полной.

Решение. рН = - lg [H⁺]. Гидроксид кальция при диссоциации образует ионы кальция и гидроксид-ионы. Концентрация ионов ОН^- связана с концентрацией

ионов Н⁺ ионным произведением воды:

[H⁺] · [OH^-] = 10^-14. Отсюда [H⁺] = 10^-14 / [OH^-]

Из уравнения диссоциации Ca(OH)₂ ↔ Ca²⁺ + 2 OH^- следует, что [OH^-] = 2 [Ca(OH)₂] = 2 · 0,005 = 0,01 моль/л.

[H⁺] = 10^-14/0,01 = 10^-12 моль/л; рН = - lg 10^-12 = 12.

Задача 2. Водородный показатель раствора азотистой кислоты рН=3, степень диссоциации α = 0,01. Вычислите молярность (См) кислоты.

Решение. Так как водородный показатель рН = - lg [H⁺], то [H⁺] = 10^-pH = 10^{- 3} моль/л. Из уравнения диссоциации азотистой кислоты HNO₂ ↔ H⁺ + NO₂^-, следует, что [H⁺] = [HNO₂]_дисс. Из выражения α = [HNO₂]_дисс. / [HNO₂]_общ. следует, что

Задача 3. Вычислите рН раствора уксусной кислоты с молярной концентрацией 0,17 моль/л. Константа диссоциации СН₃СООН равна 1,75·10^-5.

Решение. Уксусная кислота – слабый электролит. Константа диссоциации Кд слабого электролита и степень диссоциации α связаны между собой соотношением

Из уравнения диссоциации уксусной кислоты СН₃СООН ↔ СН₃СОО^- + Н⁺ следует, что концентрация ионов Н⁺ (С_Н+) равна концентрации молекул кислоты, распавшихся на ионы: СН⁺ = ССН₃СООН_,дисс. Концентрация ионов водорода вычисляется из выражения для степени диссоциации: ;

С_Н⁺ = α · С_М = 0,01 · 0,17 = 1,7 10^-3 моль/л.