Лекция 14. Гидролиз солей. Буферные растворы

Направление ионно-обменной реакции между двумя электролитами в растворе определяется возможностью образования их ионами осадка, газа или слабого электролита.

1. Образование малорастворимого соединения, выпадающего в виде осадка: AgNO₃ + NaCl = AgCl↓ + NaNO₃ (молекулярное уравнение)

Ag⁺ + NO₃ ^– + Na⁺ + Cl ^– = AgCl↓ + Na⁺ + NO₃ ^– (полное ионное уравнение)

Ag⁺ + Cl ^– = AgCl↓ (сокращенное ионное уравнение).

2. Образование газообразного вещества, удаляемого из раствора:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑

2Na⁺ + CO₃^{2 –} + 2H⁺ + SO₄^{2 –} = 2Na⁺ + SO₄^{2 –} + H₂O + CO₂↑

CO₃^{2 –} + 2H⁺ = H₂O + CO₂↑

3. Образование растворимого, но мало диссоциированного вещества, например, воды, слабой кислоты или слабого основания:

CH₃COONa + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CH₃COOH

CH₃COO ^–+ Na⁺ = 2Na⁺ +SO₄^{2 –}+ CH₃COOH

CH₃COO ^– + H⁺ = CH₃COOH;

4. Образование устойчивой комплексной частицы – молекулы или иона:

HgI₂ + 2KI = K₂[HgI₄]

Hg²⁺ + 2I ^– + 2K⁺ + 2I ^– = 2K⁺ + [HgI₄]^{2 –}

Hg²⁺ + 4I ^– = [HgI₄]^{2 –}

Реакциями нейтрализации называются обменные реакции взаимодействия кислот и оснований, в результате которых образуются соль и вода, например: NaOH + HCl = NaCl + H₂O или OH ^– + H⁺ = H₂O.

При нейтрализации сильного основания сильной кислотой равновесие практически полностью смещено в сторону образования воды. Реакции нейтрализации при взаимодействии кислот и оснований, различающихся по силе, не доходят до конца вследствие протекания обратной реакции гидролиза соли, например: СН₃СООН + NaOH CH₃COONa + Н₂О

СН₃СООН + ОН^- СН₃СОО^- + Н₂О.

Реакции нейтрализации экзотермические и протекают с выделением тепла.

Контрольные вопросы:

1. Произведение растворимости.

2. Растворимость и ее связь с произведением растворимости.

3. Условия образования и растворения осадков.

4. Ионно-обменные реакции.

5. Направление протекания ионно-обменных реакций.

6. Реакции нейтрализации.

Список рекомендуемой литературы:

1. Глинка Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Глинка. - М.: КНОРУС, 2009. - С. 252 - 258.

2. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направл. и спец. вузов - 7-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2006. - С. 232 - 234.

А.Т. Чанышева

Ключевые слова: гидролиз, гидролиз по катиону, гидролиз по аниону, гидролиз по катиону и аниону, константа гидролиза(Кг),степень гидролиза(h),рH растворов солей, буферные растворы, буферная емкость, расчет рH буферных смесей.

Гидролиз солей - это ионно-обменное взаимодействие соли с водой. Реакция протекает, если в продуктах образуется слабая кислота и/или слабое основание. Она основана на поляризующем действии ионов соли на молекулы воды, в результате которого нарушается равновесие диссоциации воды: Н₂ОН⁺ + ОН^-_. Гидролиз - это реакция обратная нейтрализации, и идёт, следовательно, с поглощением тепла, то есть гидролиз эндотермический процесс.

Соли, образованные сильными основаниями и сильными кислотами (NаСl, КNO₃, Rb₂SO₄), не содержат ионов, способных к взаимодействию с водой, поэтому гидролизу не подвергаются. Реакция среды в растворе таких солей нейтральная (рH=7).

Гидролиз по катиону характеризует соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием (NH₄Cl, ZnSO₄, Al(NO₃)₃). В результате катион соли связывает ионы ОН^- из воды. В растворе увеличивается концентрация ионов Н⁺ и реакция среды становится кислой (рH<7).Например:

NH₄⁺ + HOH NH₄OH + H⁺ (уравнение в краткой ионной форме)

NH₄Cl + HOH NH₄OH + HCl (полное молекулярное уравнение)

Количественно гидролиз характеризуется константой гидролиза (К_г) и степенью гидролиза (h). Константа гидролиза соли сильной кислоты и слабого основания рассчитывается по формуле

К_г = [ К_в ∕ К_осн], где К_в – ионное произведение воды, К_осн – константа диссоциации слабого основания.

Расчет рН в растворе соли слабого основания и сильной кислоты осуществляют по формуле

рН = 7 + ½ lgK_осн - ½ lgС_соли, где С_соли – молярная концентрация соли.

Гидролиз по аниону характеризует соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием (NаF, Na₂CO₃, Rb₃PO₄). Анион соли связывает катион Н⁺ воды и в растворе накапливаются ионы ОН^-, среда щелочная (рH > 7).

F^- + H₂O H⁺ + OH^- (уравнение в краткой ионной форме)

NaF + HOH HF + NaOH (полное молекулярное уравнение)

Константа гидролиза соли сильного основания и слабой кислоты рассчитывается по формуле К_г=[ К_в ∕ К_кисл], где К_кисл – константа диссоциации слабой кислоты.

Расчет рН в растворе соли сильного основания и слабой кислоты осуществляют по формуле рН = 7 - ½ lgK_кисл + ½ lgС_соли.

Гидролиз по катиону и аниону протекает в растворах солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием (NH₄CN, NH₄СH₃COO). Реакция среды в растворах таких солей близка к нейтральной. Может быть слабокислой или слабощелочной и определяется способностью к диссоциации продуктов гидролиза: слабой кислоты и слабого основания.

NH₄F + HOH NH₄OH + HF (полное молекулярное уравнение)

Константа гидролиза соли слабого однокислотного основания и слабой одноосновной кислоты: К_г = [ К_в /(К_кисл∙К_осн)].

Расчет рН в растворе соли слабого основания и слабой кислоты:

рН=7 - ½ lgK_кисл + ½ lgК_осн.

Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой (Al₂S₃, Cr₂S₃, Al₂(СО₃)₃), могут подвергаться необратимому разложению водой, если в продуктах образуются осадки или выделяется газ. Водные растворы таких солей не существуют. Например: Al₂S₃ + 6 HOH 2 Al(ОН)₃ + 3H₂S↑

Степень гидролиза соли (h) - это отношение количества вещества соли, подвергшегося гидролизу, к общему количеству вещества соли. Константа гидролиза (К_г) и степень гидролиза (h) связаны соотношением

К_г=С_соли^.h²/(1-h), где С_соли - молярная концентрация соли в растворе.

Если h<<1, то К_г = С_соли^.h²;.

Степень гидролиза соли определяется следующими факторами:

1. Так как гидролиз - процесс эндотермический, то повышение температуры усиливает гидролиз.

2. Чем слабее кислота и/или основание, образующиеся при гидролизе, тем выше степень гидролиза их солей.

3. Чем меньше молярная концентрация соли, тем степень гидролиза выше, т.е. с разбавлением гидролиз усиливается.

4. По принципу Ле-Шателье, добавление продуктов гидролиза его подавляет.

Буферный раствор - это раствор, содержащий равновесную систему, способную поддерживать практически постоянное значение рН при разбавлении или при добавлении небольших количеств кислоты или щелочи. Буферные растворы обладают амфотерными свойствами, взаимодействуют с сильными кислотами и основаниями. Их характеризуют рабочей областью рH и буферной емкостью.

Контрольные вопросы:

1. Гидролиз: определения, основные понятия.

2. Типы гидролиза солей, примеры, реакции.

3. Константа гидролиза. Степень гидролиза.

4. Факторы, влияющие на степень гидролиза.

5. Расчет рН растворов солей.

6. Буферные растворы.

Список рекомендуемой литературы:

1. Глинка Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Глинка. - М.: КНОРУС, 2009. - С. 264 - 270.

2. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направл. и спец. вузов - 7-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2006. - С. 234 – 238.

О.Б. Чалова