H2SO4 ↔ H ↔ H Al2(SO4)3 ↔ 2Al

Индивидуальное домашнее задание № 5.
ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ СРЕДЫ. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Электролиты — вещества, проводящие электрический ток.
Процесс распада вещества на ионы под действием растворителя называется электролитической диссоциацией и является обратимым.
Например, диссоциация оснований, кислот, солей:
NaOH ↔ Na+ + OH−
H2SO4
HSO4–
↔
↔
H+ + HSO4− (1 ступень)
H+ + SO42− (2 ступень)
Al2(SO4)3 ↔ 2Al3+ + 3SO42−.
Сила электролита определяется степенью электролитической диссоциации α и выражается в процентах или в долях единицы. Вычислить
N
ее можно по формулам:
α =  ,
N0
где N — число молекул, распавшихся на ионы;
N0 — общее число молекул электролита в растворе.
Более точным критерием для сравнения силы электролитов служит
константа диссоциации. Константой диссоциации называется величина,
показывающая отношение произведения концентрации ионов к концентрации недиссоциированных молекул слабого электролита в момент равновесия.
Например,
HClO
H+ + ClO−
[H+] • [ClO– ]
Kдис =  = 3,2•10–8.
[HClO]
Чем меньше значение константы диссоциации, тем слабее электролит.
Многоосновные кислоты, диссоциация которых протекает ступенчато, характеризуется несколькими константами диссоциации. Например:
H2 S
H+ + HS−
К′′дис = 1,02 • 10-7,
H+ + S2−−
К′′
′′дис = 1,3 • 10-13.
HS−
Исходя из значений приведенных констант диссоциации можно отметить, что К′ > К′′ , т. е. процесс распада электролита на ионы идет активнее по первой ступени.
Ионные реакции
При взаимодействии растворов электролитов реакции происходят
между ионами растворенных веществ. Химический процесс можно записать в молекулярной и ионно-молекулярной формах. Однако ионная форма
отображает его точнее. При составлении ионных уравнений реакций вещества малодиссоциированные, малорастворимые (выпадающие в осадок) и газообразные изображаются в виде молекул:
1) H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 ↓ + 2HCl молекулярное уравнение
полное
2H+ + SO42−− + Ba2+ + 2Cl− = BaSO4 ↓ + 2H+ + 2Cl−
(развернутое) ионно-молекулярное уравнение;
2−
−
2+
Ba + SO4 = BaSO4 ↓ сокращенное ионно-молекулярное уравнение.
Сокращенное ионно-молекулярное уравнение указывает на то, что в
реакции участвуют только ионы Ва2+ и сульфат - ионы SO42−.
2) Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2 ↑
2Na+ + CO32−− + 2H+ + 2Cl = 2Na+ + 2Cl− + H2O + CO2 ↑
СО32−− + 2Н+ = Н2О + СО2 ↑.
*************************************************
Водородный показатель среды
Вода является слабым электролитом и диссоциирует по уравнению
Н2 О
Н+ + ОН−.
Константа диссоциации воды весьма мала:
[H+] • [OH−]
K =  = 1,8 • 10−16.
[H2O]
Принимая концентрацию воды [Н2O] величиной практически постоянной и учитывая, что молярная концентрация воды в воде равна 1000/18 =
55,56 моль/л, получаем
[H+] • [OH−] = 1,8 • 10−16 • 55,56 = 1 • 10−14 = К H2O.
Произведение концентрации ионов водорода и ионов гидроксида называется ионным произведением воды.
Так как при диссоциации одной молекулы воды получается один ион
водорода и один ион гидроксида, то [H+] = [OH−] = 10−7 моль/л.
Если к воде прибавить кислоту, то [H+] > 10−7 моль/л, а если прибавить щелочь, то [H+] < 10−7 моль/л.
Таким образом, степень кислотности или щелочности раствора можно выразить с помощью концентрации ионов [H+] или [OH−].
Отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов принято называть водородным показателем рН
рН = –lg [H+].
Тогда рН различных растворов будут иметь следующие значения:
кислый pH < 7;
нейтральный pH = 7;
щелочной pH > 7.
Гидролиз
Гидролиз солей — это взаимодействие вещества с водой, при котором составные части вещества соединяются с составными частями воды.
Различают несколько случаев гидролиза
1. Гидролиз соли, образованной сильным основанием и слабой
одноосновной кислотой, идет с образованием сильного основания и
слабой кислоты. (гидролиз по аниону):
NaCH3COO + H2O
NaOH + CH3COOH
+
−
Na+ + OH− + CH3COOH
Na + CH3COO + H2O
OH− + CH3COOH
рН > 7
CH3COO− + H2O
Гидролиз соли, образованной сильным основанием и слабой многоосновной кислотой, протекает ступенчато:
Na2CO3 + H2O
NaHCO3 + NaOH
1 ступень:
+
2−
−
Na+ + HCO3− + Na+ + OH−
2Na + CO3 + H2O
HCO3− + OH−
pH > 7
CO32−− + H2O
2 ступень:
NaHCO3 + H2O
HCO3− + H2O
NaOH + H2CO3
OH + H2CO3
pH > 7
−
2. Гидролиз соли слабого основания и сильной кислоты, идет с образованием основной соли и кислоты (гидролиз по катиону):
ZnOHCl + HCl
ZnCl2 + H2O
2+
−
(ZnOH)+ + Cl− + H+ + Cl−
Zn + 2Cl + H2O
(ZnOH)+ + H+ pH < 7
Zn2+ + H2O
3. Гидролиз соли слабого основания и слабой кислоты, идет с
образованием слабого основания и слабой кислоты (гидролиз по каCH3COOH + NH4OH
тиону и аниону): CH3COONH4 + H2O
+
−
NH4OH + CH3COOH
CH3COO + NH4
Уксусная кислота и гидроксид аммония — малодиссоциирующие
вещества, однако незначительно они диссоциируют. В зависимости от степени диссоциации и определяют рН. В данном случае степени диссоциации для СН3СООН и NH4OH равны (α= 1,3 %), поэтому рН = 7.
Гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой летучей
многоосновной кислотой, идет до конца (продукты гидролиза - слабое
основание и слабая кислота).
Al2S3 + 6H2O
2Al(OH)3 ↓ + 3H2S.
4. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием,
гидролизу не подвергаются. Например,
NaCl + H2O ≠ гидролиз не идет
+
Na + Cl− + H2O
Na+ + OH− + H+ + Cl−
H+ + OH−.
H2 O
Примеры решения задач
Пример 1
Вычислите рН и рОН 0,001 М раствора соляной кислоты.
Решение
Дано:
НСl
С = 0,001 М
рН = ?
рОН = ?
рН + рОН = 14
[Н+] = 0,001 = 10–3 моль/л
рН = – lg [H+]
рН = – lg 10–3 = 3
рОН = 14 – 3 = 11
Ответ: рН = 3, рОН = 11
Пример 2
Вычислите рН 0,4 н раствора азотной кислоты (α = 90 %).
Дано:
НNО3
С = 0,4 н
α = 90 %
рН = ?
Решение
М (НNО3) = МЭ (НNО3)
Отсюда
СН = СМ = 0,4 моль/л
Из выражения
[Н+] = α•С находим концентрацию ионов водорода
[Н+] = 0,4•0,9 = 0,36 = 3,6•10–1 моль/л
рН = – lg [H+]
рН = – lg 3,6•10–1 = 0,4437
Ответ: рН =0,4437
Пример 3
Какова степень гидролиза КСN в 0,05 М растворе?
Решение
Дано:
КСN
С = 0,05 М
η=?
КСN + Н2О ↔ КОН + НСN
η = √ КН2О/КНА•C
Находим константу диссоциации НСN
КДИС.(НСN) = 4,8•10–10.
Из выражения (1) определяем степень гидролиза КСN
η = √ 1•10–14/(4,8•10–10•0,05) = 2,04•10–2 (или 2%)
Ответ: η =2,04•10–2 (или 2%)
(1)
Индивидуальное домашнее задание № 5
Вариант 1
1. Определите концентрацию ионов Н+ и ОН– в растворе, рН которого
равен 6.
2. Вычислите нормальную концентрацию раствора НСl с рН = 4 и
α = 80%.
3. Напишите реакции гидролиза сульфата алюминия Аl2(SО4)3, хлорида
алюминия АlСl3 и сульфита натрия Nа2SО3 в молекулярной и ионной формах.
Укажите рН раствора.
Вариант 2
1. Определите рН и рОН 0,1 М раствора азотной кислоты. Какова окраска
метилового оранжевого в этом растворе?
2. Какова концентрация ионов водорода в растворе уксусной кислоты
СН3СООН (КДИС. = 2•10–5), если степень диссоциации 2%?
3. Напишите уравнения гидролиза солей в молекулярном и ионном виде:
нитрата кальция, сульфата хрома (III), карбоната алюминия. Укажите рН раствора.
Вариант 3
1. Определите рН 0,02 н раствора серной кислоты, считая ее диссоциацию
полной.
2. рН 0,1 н раствора слабой одноосновной кислоты равен 1,8. Чему равна
константа диссоциации кислоты?
3. Какая из солей – сульфид калия или сульфид алюминия – гидролизуется в большей степени и почему? Составьте уравнения реакций гидролиза в молекулярной и ионной формах.
Вариант 4
1. Вычислите рН раствора, в 2 л которого содержится 10–6 молей гидроксид – ионов ОН–.
2. Вычислите рН 0,01% раствора НСl (ρ = 1 г/мл, α = 100 %).
3. Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения реакций гидролиза сульфида, селенида и теллурида калия. Какая из солей гидролизуется в
большей степени и почему?
Вариант 5
1. Как изменится концентрация ионов водорода и рН 0,2 М раствора уксусной кислоты СН3СООН, если его разбавить водой в 10 раз?
2. К 1 л раствора азотной кислоты НNО3 с рН = 4 добавили 0,3 г азотной
кислоты (α = 100%). Вычислите рН полученного раствора.
3. Укажите, какую реакцию среды будут иметь растворы следующих солей: NaNO2, Mg(CH3COO)2, SnCl2, MnSO4.
Вариант 6
1. Вычислите рН и рОН 0,05 М раствора гидроксида калия КОН. Какова
будет окраска лакмуса в этом растворе?
2. Вычислите рН 0,2 М раствора сероводородной кислоты Н2S, если известно, что КДИС. = 1,1•10–7?
3. Смешали растворы Nа2S, Ва(NО3)2 и Н2SО4(разб.). Какие реакции будут
протекать? Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций.
Вариант 7
1. Вычислите концентрацию ионов Н+ и ОН– в растворе, рН которого
равен 8.
2. Вычислите рН 0,01 н раствора гидроксида калия КОН, если α = 95%.
3. Напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярной и ионной
формах следующих солей: CoSO4, Li2SO3, Ba(NO2)2, MnI2.
Вариант 8
1. Вычислите рН следующих растворов слабых электролитов:
1) 0,001 М NН4ОН; 2) 0,001 н. Н2С2О4.
2. Вычислите рН 0,2 М раствора сернистой кислоты Н2SО3, приняв
α = 28% и учитывая лишь первую стадию диссоциации.
3. Напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярном и ионном виде, укажите рН растворов следующих солей: K3PO4, (NH4)2CO3, CH3COOK.
Вариант 9
1. Сколько ионов водорода содержится в 1 мл раствора, рН которого
равен 12?
2. Определите рН раствора, в 1 л которого содержится 0,01 г КОН. Диссоциацию щелочи считать полной.
3. Напишите уравнения реакций гидролиза следующих солей: Nа2НРО4,
СdSО4, ВеСl2 и укажите рН раствора.
Вариант 10
1. Во сколько раз концентрация гидроксидных ионов в растворе с рН = 11
больше концентрации ионов водорода?
2. Вычислите рН раствора, полученного растворением 54,3 мл 80% (по
массе) серной кислоты (ρ = 1,732 г/мл) в 5 л воды. Степень диссоциации серной
кислоты и плотность полученного раствора примите равными 1.
3. Какая из солей гидролизуется сильнее: Nа2SiО3 или Nа2SО3 и почему?
Вариант 11
1. Как изменится концентрация ионов водорода, если рН раствора понизится с 11 до 5?
2. Какова степень диссоциации муравьиной кислоты НСООН в ее 0,46%
(по массе) растворе, если рН = 3? Плотность раствора примите равной 1 г/мл.
3. Напишите молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей
Pb(CH3COO)2, NH4NO3, Na3PO4. Как влияет на гидролиз добавление
СН3СООН?
Вариант 12
1. Вычислите молярность и нормальность раствора серной кислоты,
имеющей рН = 4.
2. Как изменится рН раствора после добавления к 300 мл 0,2 н раствора
КОН 150 мл воды?
3. Напишите молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей: PCl3,
FeCl3, KCl. Укажите рН раствора.
Вариант 13
1. Как изменится рН 0,01 н раствора соляной кислоты после добавления к
нему равного объема воды?
2. Вычислите рН раствора, полученного растворением 1,12 л (н.у.) аммиака в 500 мл воды (КДИС. = 1,8•10–5).
3. Каково значение рН (больше или меньше 7) растворов солей: K3PO4,
Cr2(SO4)3, Fe2S3?
Вариант 14
1. Вычислите рН 0,2 н раствора гидроксида аммония NН4ОН.
2. Вычислите [H+] и степень диссоциации α для 0,05 М раствора хлороводородной кислоты.
3. Расположите Nа2СО3, NаНСО3 и NаОН в порядке возрастания значений
рН растворов одинаковой концентрации анионов.
Вариант 15
1. Определите рН и рОН сантимолярного раствора гидроксида натрия.
2. Вычислите молярную концентрацию раствора муравьиной кислоты
НСООН (рН = 2, КДИС. = 1,8•10–4).
3. Предскажите среду водных растворов Nа3РО4, Nа2НРО4 и NаН2РО4.
Вариант 16
1. Определите рН и рОН 0,05 М раствора азотной кислоты.
2. Вычислите, как изменится рН раствора после добавления к 300 мл 0,2
н. раствора КОН 300 мл воды?
3. Напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярном и ионном виде, укажите рН растворов следующих солей: Nа3PO4, K2CO3, CH3COO Nа.