- •Міністерство аграрної політики україни таврійський державний агротехнологічний університет
- •Методичні вказівки
- •Мелітополь – 2009
- •Техніка безпеки і правила роботи в хімічній лабораторії.
- •Правила роботи.
- •Лабораторна робота №1. Агрегатний стан речовин
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Задачі:
- •Лабораторна робота №2. Хімічна термодінаміка
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Задачі:
- •Лабораторна робота №3. Хімічна кінетика
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Задачі:
- •Лабораторна робота №4. Хімічна рівновага
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Задачі:
- •Лабораторна робота № 5. Фазова рівновага і фізико – хімічний аналіз
- •Фазові переходи в однокомпонентній системі. Діаграма стану води
- •Зміна ентальпії, ентропії та ізобарного потенціалу під час фазових переходів
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Лабораторна робота № 6. Розчини неелектролітів
- •Способи вираження складу розчину
- •Тиск насиченого пару розведених розчинів
- •Температура замерзання розбавлених розчинів
- •Температура кипіння розведених розчинів
- •Осмотичний тиск
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Задачі:
- •Лабораторна робота № 7. Розчини електролітів
- •Роль розчинника в процесі дисоціації
- •Стан сильних електролітів у розчинах. Коефіцієнт активності
- •Дисоціація слабких електролітів
- •Рівновага в насичених розчинах електролітів
- •Реакція обміну в розчинах електролітів. Іонні рівняння
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Задачі:
- •Лабораторна робота № 8. Розчини електролітів
- •Гідроліз солей
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Задачі:
- •Лабораторна робота № 9. Окислювально-відновні реакції.
- •Методи упорядкування окисно-відновних рівнянь реакцій.
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Гальванічні елементи.
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Задачі:
- •Лабораторна робота № 11. Електрохімія (електроліз. Гальванічні покриття)
- •Задачі для розв’язування на занятті:
- •Контрольні питання:
- •Задачі:
- •Лабораторна робота № 12. Електрохімія (приготування та аналіз акумуляторної кислоти)
- •Свинцевий акумулятор (кислотний).
- •Р озрядження
- •Залізо-нікелевий акумулятор (лужний).
- •З арядження
- •Срібно – цинковий акумулятор.
- •Вимоги до електроліту.
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 13. Поверхневі явища і адсорбція
- •Контрольні питання:
- •Задачі:
- •Лабораторна робота № 14. Колоїдні розчини
- •Методи визначення молекулярної маси високомолекулярних сполук.
- •Середня молекулярна маса
- •Контрольні питання:
- •Список літератури
Гідроліз солей
Середні солі внаслідок процесу дисоціації не утворюють іонів Н+ та ОН-, тому в їхніх розчинах, як і в чистій воді, повинна виконуватись умова: [Н+] = [ОН-]. Дійсно, відомо багато солей (NaСІ, К2SО4, Ва(NО3)2 та ін.), водні розчини яких мають нейтральну реакцію. В той же час, водні розчини деяких солей (наприклад Na2СО3, К3РО4, Nа2S) мають лужну, інші (ZnSО4, Fе(NО3)3, АІС13) - кислу реакцію. Причиною цього є взаємодія солі з водою, або реакція гідролізу.
В основі всіх варіантів гідролізу лежать процеси часткового зв'язування іонів Н+ або ОН- з іонами розчиненої солі з утворенням слабких електролітів. В результаті рівновага Н2О ⇄ Н+ + ОН- зсувається вправо, що приводить до збільшення концентрації вивільнених іонів Н+ або ОН- , які не зв'язуються з іонами солі.
Розглянемо рівновагу в розчині солі сильної основи і слабкої кислотиу наприклад ацетату натрію. Розчиняючись у воді, ця сіль повністю дисоціює на іони:
СН3СООNa → СН3СОО- + Na+
Ацетат-іон (кислотний залишок слабкої оцтової кислоти) зворотно зв'язує йон Н+ води, іони Nа+ з іонами ОН- води у розчині не зв'язуються, оскільки NаОН - сильна основа, яка в розчині повністю розпадається на іони:
Na+ + CH3COO- +HOH ⇄CH3COOH + Na+ + OH-
Оскільки іони Nа+ не беруть участі в реакції, їх можна виключити з іонного рівняння гідролізу:
СН3СОО- + НОН ⇄ СН3СООН + ОН-.
У молекулярній формі це рівняння має вигляд:
СН3СООNa + Н2О ⇄СН3СООН + NaOH
Іонне рівняння краще відображає суть і причину процесу гідролізу - часткового зв'язування залишку слабкої кислоти з іонами Н+ води і те, що розчин матиме лужну реакцію (зростання концентрації іонів ОН- , тобто рН>7). Реакція гідролізу оборотна, оскільки слабкі електроліти Н2О і СН3СООН знаходяться по різні боки від знака рівності і в розчині встановлюється динамічна рівновага.
Солі багатоосновної слабкої кислоти і сильної основи гідролізують ступінчасто. Наприклад, в процесі гідролізу карбонату натрію кислотний залишок слабкої вугільної кислоти на першому ступені приєднує один іон Н+ з молекули води:
СО32- + НОН ⇄ НСО3- + ОН-,
на другому - до іона НСО3- , що утворився в першій стадії, приєднується другий іон Н+ води:
НСО3- + НОН ⇄ Н2СО3 + ОН- .
При цьому двозарядний іон СО32- зв'язує іони Н+ води на першому ступені набагато активніше, ніж однозарядний НСО3- - на другому. Тому перший ступінь гідролізу відбувається в значно більшій мірі, ніж другий, і в багатьох випадках досить врахувати тільки цю першу стадію процесу.
Молекулярні рівняння гідролізу карбонату натрію мають вигляд:
Nа2СО3 + Н2О ⇄ NаНСО3 + NaОН (перший ступінь),
NаНСО3 + Н2О ⇄ Н2СО3 + NаОН (другий ступінь).
У розчині солі слабкої основи і сильної кислоти відбувається оборотне ступінчасте часткове зв'язування іонів ОН- води з катіоном, який утворює слабку основу. Наприклад, стадії гідролізу солі ZnС12 можна виразити такими рівняннями:
Перша стадія: Zn2+ + НОН ⇄ (ZnОН)+ + Н+;
ZnС12 + Н2О ⇄ (ZnОН)С1 + НС1.
Друга стадія: (ZnОН)+ + НОН ⇄ Zn(ОН)2 + Н+;
(ZnОН)С1 + Н2О ⇄ Zn(ОН)2 + НС1.
Реакція розчину є кислою (рН < 7), оскільки утворюється надлишок іонів Н+. Як і в попередньому прикладі, перший ступінь гідролізу відбувається інтенсивніше, ніж наступні.
У розчині солі слабкої основи і слабкої кислоти іон Н+ води
зв'язується з залишком слабкої кислоти, а іон ОН- - із залишком слабкої основи. Як приклад, запишемо рівняння гідролізу солі СН3СООNН4 в іонній і молекулярній формах:
СН8СОO- + NH4 + + HOH ⇄ CH3COOH + NH4OH
СН8СОONH4 + HOH ⇄ CH3COOH + NH4OH
Оцтова кислота СН3СООН і основа NН4ОН - слабкі електроліти, константи дисоціації яких майже однакові. Тому їх залишки СН3СОО- та NH4 + приблизно в однаковій мірі зв'язують іони Н+ та ОН- води і в розчині цієї солі значення рН практично дорівнює семи (рН = 7). Але гідроліз відбувається в значній мірі, оскільки і аніон, і катіон солі беруть участь у процесі гідролізу.
Деякі солі слабкої кислоти і слабкої основи зазнають повного (необоротного і неступінчастого) гідролізу. Так, внаслідок гідролізу А12S3 утворюється слабка нерозчинна основа А1(0Н)3 і слабка кислота Н2S, частина якої переходить в газову фазу:
А12S3 + 6Н2О = 2А1(ОН)3↓ + ЗН2S↑.
Все це приводить до того, що рівновага цієї реакції практично повністю зміщується в бік продуктів гідролізу. Через гідроліз спроби добути подібні солі "мокрим способом" (у розчині) закінчуються утворенням продуктів гідролізу.
У розчині солі сильної кислоти і сильної основи, наприклад NаСІ, ні катіон, ні аніон не зв'язуються з іонами Н+ та ОН- води. Отже, процес гідролізу не відбувається.
Стан рівноваги реакції гідролізу характеризується ступенем гідролізу β, що дорівнює відношенню концентрації тієї частини солі, яка вступила в реакцію гідролізу Сгідр, до загальної концентрації розчиненої солі (С):
(5)
Ступінь гідролізу залежить насамперед від природи розчиненої солі: чим слабкіші кислота і основа, що утворили сіль, тим сильніше відбувається зв'язування іонів Н+ і ОН- з відповідними іонами солі і тим вищий ступінь гідролізу β.
З підвищенням температури ендотермічний процес дисоціації води посилюється, рівновага зміщується в бік утворення іонів Н+ і ОН-. Збільшення концентрації іонів, що утворюються внаслідок дисоціації води, посилює процеси зв'язування їх з катіонами або аніонами солі, і ступінь гідролізу β зростає.
Якщо в розчині солі, що зазнала гідролізу, підвищити концентрацію одного з продуктів реакції, то рівновага гідролізу, за принципом ле Шательє, зміститься в бік вихідної солі і ступінь гідролізу зменшиться. Наприклад, якщо до розчину ацетату натрію додати гідроксид натрію, концентрація іона ОН- збільшиться; рівновага гідролізу цієї солі (див. наведене вище рівняння гідролізу) зміститься таким чином, щоб послабити збільшення концентрації цих іонів, тобто в бік вихідних речовин, і ступінь гідролізу зменшиться.
Від розбавлення водою кількість частинок розчиненої речовини в одиниці об'єму зменшується і рівновага гідролізу зміщується в такому напрямі, щоб послабити зменшення кількості частинок розчиненої речовини. Якщо під час гідролізу з одного іона розчиненої солі утворюються дві частинки розчиненої речовини (див. іонні рівняння гідролізу ацетату натрію, карбонату натрію, хлориду цинку), то рівновага таких реакцій зсувається в бік утворення продуктів (більшого числа частинок) і ступінь гідролізу зростає. При перебігу гідролізу солі слабкої основи і слабкої кислоти число частинок розчиненої речовини у розчині не змінюється (див. рівняння гідролізу ацетату амонію), тому рівновага гідролізу від розбавлення не зміщується.