Гидролиз солей

Под гидролизом соли понимают взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита. Так как при этом ионы соли взаимодействуют с ионами Н⁺ или ОН^- воды, гидролиз солей сопровождается изменением рН раствора.

Гидролиз солей многоосновных кислот или многокислотных оснований идет по ступеням. В зависимости от типа соли различают гидролиз по аниону, катиону, по катиону и аниону.

Количественно гидролиз характеризуется степенью гидролиза h и константой гидролиза:

, (17)

(18)

Между степенью гидролиза и константой гидролиза существует взаимосвязь:

(19)

Гидролизу по аниону подвергаются соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием.

Например, сульфид натрия Na₂S (NaOH – сильное основание, Н₂S – слабая кислота).

I.S^2- + H₂O ↔ HS^- + OH^- pH > 7

2Na⁺ + S^2- + H₂O ↔ 2Na⁺ + HS^- + OH^-

Na₂S + H₂O ↔ NaHS + NaOH

II. HS^- + Н₂О ↔ Н₂S + OH^- pH > 7

Na⁺ + HS^- + H₂O ↔ Na⁺ + Н₂S + OH^-

NaHS + H₂O ↔ Н₂S + NaOH

Гидролизу по катиону подвергаются соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием.

Например, хлорид меди СuCI₂ (Cu(OH)₂ – слабое основание, HCI – сильная кислота).

I. Сu²⁺ + H₂O ↔ CuOH⁺ + H⁺ pH < 7

Сu²⁺ + 2CI^- + H₂O ↔ CuOH⁺ + 2CI^- + H⁺

СuCI₂ + H₂O ↔ CuOHCI + HCI

II. CuOH⁺ + H₂O ↔ Cu(OH)₂ + H⁺ pH < 7

CuOH⁺ + CI^- + H₂O ↔ Cu(OH)₂ + CI^- + H⁺

CuOHCI + H₂O ↔ Cu(OH)₂ + HCI

Гидролизу по катиону и аниону подвергаются соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой.

Например, цианид аммония NH₄CN (NH₄OH – слабое основание, HCN – слабая кислота)

NH₄⁺ + CN^- + H₂O ↔ NH₄OH + HCN pH > 7, т.к. К_к-ты< К_осн.

NH₄CN + H₂O ↔ NH₄OH + HCN

В аналитической практике гидролиз часто мешает выполнению аналитических реакций, поэтому его приходится подавлять. Так, введение в раствор продуктов гидролиза подавляет гидролиз, связывание же одного из продуктов гидролиза в результате какой-либо реакции, наоборот, усилит гидролиз.

Гидролиз также используют в аналитической практике для обнаружения или отделения ионов.

▲ Обучающие задачи

Задача №1

Определить рН раствора, концентрация ионов водорода в котором равна 0,0000386 моль/л.

Дано: Решение:

[H⁺] = 0,0000386 моль/лВыразим концентрацию ионов водорода в виде

рН - ? произведения целого числа единиц на десять в

степени, состоящей из такого числа отрицательных единиц, сколько нулей предшествует первой значащей цифре, включая нуль целых, т.е в нашем примере [H⁺] = 3,86·10^-5 моль/л.

Зная, что логарифм произведения равен сумме логарифмов запишем:

рН = - lg [H⁺] = - (lg 3,86∙10^-5) = - (lg 3,86 + lg 10^-5) = = - (0,5866 + (-5)) = - (- 4,4134) = 4,41

Значение lg 3,86 определяем по таблице логарифмов (см. Приложение IX, Х).

Ответ: рН = 4,41.

Задача №2

Определить концентрацию ионов [H⁺], если рН = 6,32.

Дано: Решение:

рН = 6,32 [H⁺] = 10 ^{– рН}

[H⁺] = 10 ^{– 6,32} = 10 ^{– 7} · 10 ^0,68 = 4,786·10 ^{– 7}моль/л

[H⁺] - ? Значение 10 ^0,68 находим по таблице антилогарифмов (см. Приложение X, ХI).

Ответ:[H⁺] = 4,786·10 ^{– 7}моль/л.

Задача №3

Вычислить ионную силу 0,05М раствора Na₂SO₄.

Дано: Решение:

С(Na₂SO₄) = 0,05М μ =

µ - ? Na₂SO₄ ↔ 2Na⁺ + SO₄^2-

μ = (2[Na⁺] ∙ 1² + [SO₄^2-] · 2²) =

= (2 ∙ 0,05 · 1² + 0,05 · 2²) = (0,1 + 0,2) = 0,15

Ответ:μ = 0,15.

Задача №4

Чему равна ионная сила раствора, содержащего в 1л 0,01 моль КСI и 0,1 моль Ва(NO₃)₂?

Дано: Решение:

С(КСI) = 0,01 моль/л μ =

С(Ва(NO₃)₂) = 0,1 моль/л КСI ↔ K⁺ + CI^- Ва(NO₃)₂↔ Ba²⁺ + 2NO₃^-

µ - ? μ = ([K⁺] ∙1²+[CI^-] ·1² +[Ba²⁺] ∙2²+2[NO₃^-] · 1²) =

= (0,01 ∙ 1² + 0,01 ∙ 1² + 0,1 ∙ 2² + 2 ∙ 0,1 ∙ 1²) =

= (0,01 + 0,01 + 0,4 + 0,2) = 0,31

Ответ: μ = 0,31.

Задача №5

Вычислить концентрацию ионов Н⁺ в 0,1М растворе Н₂S (без учета второй ступени диссоциации кислоты).

Дано: Решение:

С(Н₂S) = 0,1М Н₂S ↔ H⁺ + HS^- (слабая кислота)

[H⁺] =

[H⁺] - ? К_к = = 8,9∙10^-5 моль/л (См. Приложение I)

[H⁺] =

Ответ:[H⁺] = 2,98∙10^-3 моль/л.

Задача №6

Вычислить концентрацию ионов Н⁺ и степень диссоциации уксусной кислоты, если известно, что в 1л её раствора содержится 2,5608г уксусной кислоты.( ).

Дано: Решение:

m (CH₃COOH) = 2,5608г СН₃СООН – слабая кислота

V = 1л = 1000мл [H⁺] = , где С_к – молярная

концентрация

С_м

[H⁺] - ? С_м

α - ? [H⁺] =

=

М(СН₃СООН) = 60г/моль

Ответ:[H⁺] = 8,94∙10^-4 моль/л, α = 2,08%.

Задача №7

Вычислить концентрацию ионов Н⁺ в 0,05М растворе соляной кислоты.

Дано: Решение:

С(НСI) = 0,05М НСI ↔ Н⁺ + СI^- (сильная кислота)

[H⁺] - ? [H⁺] = C_к = 0,05 = 5 · 10^-2 моль/л

Ответ:[H⁺] = 5 ∙ 10^-2 моль/л.

Задача №8

Вычислить рН 0,01М раствора Н₂SO₄.

Дано: Решение:

С(Н₂SO₄) = 0,01М Н₂SO₄ ↔ 2Н⁺ + SO₄^2- (сильная двухосновная кислота)

рН - ? [H⁺] = 2∙С_к=2 ∙0,01=2∙10^-2

рН = - lg [H⁺] = - lg 2∙10^-2 = - (lg 2 + lg 10^-2) =

= - (0,3010 – 2) = 1,699 ≈ 1,7

Ответ:рН = 1,7.

Задача №9

Вычислить рН 0,1М раствора КОН.

Дано: Решение:

С(КОН) = 0,1М КОН ↔ К⁺ + ОН^- (сильное основание)

рН - ? [OH^-] = C_щ = 0,1 = 10^-1 моль/л

рОН = - lg [OH^-] = - lg 10^-1 = 1

pH = 14 – pOH = 14 – 1 = 13

Можно при решении этой задачи пойти другим путем:

рН = - lg [H⁺]

[H⁺] = ; [OH^-] = C_щ = 0,1 = 10^-1 моль/л

[H⁺] =

рН = - lg [H⁺] = - lg 10^-13 = 13

Ответ:рН = 13.

Задача №10

Вычислить концентрацию гидроксид-ионов и рОН в 0,01М растворе гидроксида аммония.

Дано: Решение:

С(NH₄OH) = 0,01М NH₄OH ↔ NH₄⁺ + OH^- (слабое основание)

[OH^-] - ? [OH^-] =

рОН - ? К_о = = 1,79 ∙ 10^-5 (См. Приложение I)

[OH^-] =

рОН = -lg [OH^-] = -lg 4,23 ·10^-2 = -(lg 4,23 + lg 10^-2) = = - (0,6263 – 2) = 1,37

Ответ:[OH^-] = 4,23∙10^-2 моль/л, рОН = 1,37.

Задача №11

Вычислить рН раствора, содержащего 0,01М СН₃СООН и 0,05М СН₃СООNa.

Дано: Решение:

С(СН₃СООН)=0,01моль/л Данный раствор представляет собой

С(СН₃СООNa) = 0,05моль/л буферную смесь, т.к. содержит слабую

кислоту и её соль.

рН - ? [H⁺] =

рН = - lg [H⁺]

K_к = = 1,86∙10^-5 (См. Приложение I)

[H⁺] = 1,86∙10^-5 ∙ = 3,72∙10^-6 моль/л

рН = - lg [H⁺] = - lg 3,72∙10^-6 = - (lg 3,72 +

+ lg 10^-6) = - (0,5705 – 6) = 5,43

Ответ:рН = 5,43.

Задача №12

Вычислить рН раствора, содержащего в 1л 0,056 моль NH₄OH и 0,1 моль NH₄CI.

Дано: Решение:

С(NH₄OH)=0,056 моль/л Данный раствор представляет собой

С(NH₄CI)=0,1 моль/л буферную смесь, содержащую слабое

основание и его соль.

рН - ? [OH^-] =

рОН = - lg [OH^-], pH = 14 – pOH

K_o = = 1,79∙10^-5 (См. Приложение I)

[OH^-] = 1,79∙10^-5 ∙ = 1,0024∙10^-5 ≈ 10^-5 моль/л рОН = - lg [OH^-] = - lg 10^-5 = 5

рН = 14 – рОН = 14 – 5 = 9

Ответ:рН = 9.

Задача №13

Вычислить константу гидролиза сульфита натрия по I ступени.

Решение:

Na₂SO₃ – соль образована сильным основанием и слабой кислотой, следовательно, гидролизуется по аниону.

К_г =

I. SO₃^2- + H₂O ↔ HSO₃^- + OH^-

К_г = ,

= 6∙10^-8 (См. Приложение I)

К_г =

Ответ:К_г = 1,7∙10^-7.

Задача №14

Вычислить константу гидролиза нитрита аммония.

Решение:

NH₄NO₂ – соль образована слабым основанием и слабой кислотой, следовательно, гидролизуется по катиону и аниону.

К_г =

NH₄⁺ + NO₂^- + H₂O ↔ NH₄OH + HNO₂

(См. Приложение I)

Ответ:К_г = 1,4∙10^-6.

▼ Задачи для самостоятельного решения

1. Вычислить ионную силу:

а) 0,03М раствора ВаСI₂; б) 0,01М раствора НСI; в) 0,02М раствора К₂SO₄.

Ответ: а) 0,09; б) 0,01; в) 0,06.

2. Чему равна ионная сила раствора, содержащего в 1л:

а) 0,1 моль НСI и 0,2 моль СаСI₂; б) 0,02 моль NaCI и 0,1 моль Ca(NO₃)₂.

Ответ: а) 0,7; б) 0,32.

3. Вычислить концентрацию ионов Н⁺ в 0,01М растворе угольной кислоты (без учета второй ступени диссоциации кислоты).

Ответ: 6,57∙10^-5 моль/л.

4. Вычислить концентрацию ионов Н⁺ в 0,025М растворе Н₂S (без учета второй ступени диссоциации).

Ответ: 4,7∙10^-5 моль/л.

5. Вычислить концентрацию ионов Н⁺ и степень диссоциации уксусной кислоты, если известно, что в 300 мл её раствора содержится 0,8508г СН₃СООН. .

Ответ: [H⁺] = 9,35 10^-4 моль/л; α = 1,99%.

6. Вычислить концентрацию гидроксид-ионов в растворах:

а) 0,05М NaOH; б) 0,025М NH₄OH.

Ответ: а) 5∙10^-2 моль/л; б) 6,69∙10^-4 моль/л.

7. Вычислить концентрацию ионов Н⁺ в растворах:

а) 0,05М Н₂SO₄; б) 0,03М Ba(OH)₂.

Ответ: а) 10^-1 моль/л; б) 1,77 10^-13 моль/л.

8. Вычислить рН:

а) 0,005М раствора НСI; б) 0,015М раствора КОН; в) 0,01М раствора СН₃СООН; г) 0,001М раствора NH₄OH.

Ответ: а) 2,3; б) 12,18; в) 3,37; г) 10,13.

9. Вычислить рН раствора, содержащего в 1л:

а) 0,06 моль уксусной кислоты и 0,02 моль ацетата натрия;

б) 0,045 моль гидроксида аммония и 0,15 моль хлорида аммония;

в) 0,01 моль бензойной кислоты и 0,02 моль бензоата натрия;

г) 0,025 моль муравьиной кислоты и 0,015моль формиата натрия.

Ответ: а) 4,25; б) 8,73; в) 4,49; г) 3,53.

10. Вычислить рН буферных смесей, содержащих:

а) 0,01М СН₃СООН и 0,01М СН₃СООNa;

б) 0,5М СН₃СООН и 0,01М СН₃СООNa;

в) 0,1М НСООН и 0,05М НСООNa;

г) 0,01М NH₄OH и 0,05М NH₄CI;

д) 0,05М NH₄OH и 0,025М NH₄CI.

Ответ: а) 4,73; б) 3,03; в) 3,45; г) 8,55; д) 9,55

11. Вычислить константу гидролиза следующих солей:

а) хлорида аммония; б) ацетата аммония; в) ацетата калия; г) карбоната калия по I ступени; д) нитрита натрия.

Ответ: а) 5,6∙10^-10; б) 3∙10^-5; в) 5,4∙10^-10; г) 1,8∙10^-4; д) 2,5∙10^-11.

? Контрольные вопросы

1. Буферные растворы. Буферное действие растворов. Механизм действия ацетатного и аммонийного буферных растворов.

2. Приведите примеры слабых кислот (не менее 2-х) и слабых оснований (не менее 2-х). Напишите для них уравнения диссоциации, выражения констант диссоциации. Приведите формулу зависимости между константой диссоциации и степенью диссоциации.

3. Гидролиз. Определите тип гидролиза следующих солей ZnSO₄, Na₂CO₃, NH₄CN. Напишите уравнения гидролиза данных солей в ионном и молекулярном виде.

4. Значение гидролиза в аналитической практике. Как сказывается на гидролизе сульфида аммония добавление к раствору гидроксида аммония (напишите уравнение гидролиза и объясните).