Константа и степень гидролиза

Лекция 4. Гидролиз солей

Виды гидролиза солей

Гидролизом соли называется взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита.

Таким образом, обменное взаимодействие соли с водой (гидролиз) происходит лишь в тех случаях, когда ионы, которые образованы в результате электролитической диссоциации соли, способны связывать ионы воды Н⁺ и ОН^- в слабую кислоту или слабое основание.

Гидролизу могут подвергаться только те соли, в состав которых входит катион слабого основания или анион слабой кислоты.

Существует четыре типа поведения солей в воде.

1 тип. Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой – гидролиз катиона.

Уравнение образования соли

NH₄OH + HCl ↔ NH₄Cl + H₂O

слабое сильная

основание кислота

Гидролизу подвергается катион соли

NH₄Cl + HOH ↔ NH₄OH + HCl

Ионно-молекулярное уравнение

NH₄⁺ + ~~Cl^-~~ + HOH ↔ NH₄OH^- + H⁺ +~~Cl^-~~

NH₄⁺ + HOH ↔ NH₄OH + H⁺

В растворе увеличивается концентрация ионов водорода.

Следовательно, при гидролизе катиона слабого основания образуется кислая среда с рН < 7.

Гидролиз солей, образованных слабым основанием многовалентных металлов, протекает ступенчато:

1 ступень FeCl₃ + HOH ↔ FeOHCl₂ + HCl

Fe³⁺ + 3Сl^- + HOH ↔ FeOH²⁺ + 2Сl^- + H⁺+ Сl^-

Fe³⁺ + HOH ↔ FeOH²⁺ + H⁺

2 ступень FeOHCl₂ + HOH ↔ Fe(OH)₂Cl + HCl

FeOH²⁺ + 2Сl^- + HOH ↔ Fe(OH)₂⁺ + Сl^-+ H⁺+ Сl^-

FeOH²⁺ + HOH ↔ Fe(OH)₂⁺ + H⁺

3 ступень Fe(OH)₂Cl + HOH ↔ Fe(OH)₃ + HCl,

Fe(OH)₂⁺ + С~~l^-~~+ HOH ↔ Fe(OH)₃ + H⁺+ С~~l^-~~

Fe(OH)₂⁺ + HOH ↔ Fe(OH)₃ + H⁺

Необходимо иметь в виду, что если не создавать специальных условий, то гидролиз такого типа практически идет только по первой ступени. Гидролиз по второй и третьей ступеням возможен при сильном разбавлении или нагревании раствора.

2 тип. Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием – гидролиз аниона.

Уравнение образования соли

СН₃СООН + NaOH ↔ CH₃COONa + H₂O

слабая сильное

кислота основание

Уравнение гидролиза соли

CH₃COONa + HOH ↔ CH₃COOH + NaOH

Ионно-молекулярное уравнение

CH₃COO^- + ~~Na⁺~~ + HOH ↔ CH₃COOH + ~~Na⁺~~ + OH^-

CH₃COO^- + HOH ↔ CH₃COOH + OH^-

В растворе увеличивается концентрация гидроксид-ионов.

При гидролизе аниона слабой кислоты образуется щелочная среда с рН > 7.

Гидролиз солей, образованных слабыми многоосновными кислотами, протекает ступенчато.

1 ступень Na₂CO₃ + HOH ↔ NaHCO₃ + NaOH

~~2Na⁺~~ + CO₃^2- + HOH ↔ ~~Na⁺~~+ HCO₃^- + ~~Na⁺~~+ OH^-

CO₃^2- + HOH ↔ HCO₃^- + OH^-

2 ступень NaHCO₃ + НОН ↔ H₂CO₃ + NaOH

~~Na⁺~~ + HCO₃^- + НОН ↔ H₂CO₃ + ~~Na⁺~~ + OH^-

HCO₃^- + НОН ↔ H₂CO₃ + OH^-

Гидролиз преимущественно идет по первой ступени.

3 тип. Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием.

Уравнение образования соли

СН₃СООН + NH₄OH ↔ CH₃COONН₄ + H₂O

слабая слабое

кислота основание

Уравнение гидролиза соли

CH₃COONН₄ + НОН ↔ CH₃COOH + NН₄OH

Ионно-молекулярное уравнение одновременного гидролиза катиона и аниона

NН₄⁺+ CH₃COO^- + НОН ↔ CH₃COOH + NН₄OH

Одновременный гидролиз аниона слабой кислоты и катиона слабого основания приводит к образованию двух слабых электролитов равной силы. Если их константы диссоциации достаточно близки, раствор сохраняет нейтральную реакцию с рН ≈ 7 (КNН₄OH = 1,77·10^-5, КСН₃СООН = 1,74·10^-5).

4 тип. Гидролиз соли, образованной сильным основанием и сильной кислотой.

Уравнение образования соли

NaOH + HCl ↔ NaCl + H₂O

сильное сильная

основание кислота

Катион сильного основания и анион сильной кислоты не гидролизуются, поскольку в этом случае не могут образоваться малодиссоциированные соединения. При растворении такой соли в воде рН = 7 и практически не меняется.

NaCl + НОН ↔ NaOH + HCl

Na⁺ + Cl^- + HOH ↔ Na⁺ + OH^-+ H⁺+ Cl^-

HOH ↔ H⁺+ OH^-

Смещение равновесия гидролиза

В определенных условиях равновесие процесса гидролиза может резко сдвинуться вправо, в сторону усиления гидролиза.

Это может происходить за счет увеличения температуры, уменьшения концентрации раствора, в результате связывания Н⁺ или ОН^-, образующихся при гидролизе.

1. При смешивании растворов MgCl₂ (соль слабого основания) и Na₂CO₃ (соль слабой кислоты) происходит взаимное усиление гидролиза обеих солей.

1 ступень Mg²⁺ + HOH ↔ Mg(OH)⁺ + H+

CO₃^2- + HOH ↔ HCO₃^- + OH^-

Ионы Н⁺ и ОН^- взаимно нейтрализуют друг друга, соединяясь в малодиссоциированное соединение H₂O. В результате оба процесса смещаются вправо и гидролиз идет до конца.

2 ступень Mg(OH)⁺ + HOH ↔ Mg(OH)₂ + H⁺

HCO₃^- + HOH ↔ H₂CO₃ + OH^-

Суммарное уравнение гидролиза

Mg²⁺ + CO₃^2- + HOH ↔ Mg(OH)₂↓+ СО₂↑

2. В зависимости от растворимости продукта гидролиза, до конца может гидролизоваться только одна соль. Если смешать растворы CuSO₄и Na₂CO₃, то уравнение реакции будет иметь следующий вид

2CuSO₄+ 2Na₂CO₃+ HOH ↔ (CuOH)₂CO₃↓+ СО₂+ 2Na₂SO₄

2Cu²⁺ + 2CO₃^2- + HOH ↔ (CuOH)₂CO₃↓+ СО₂

В этом случае гидролиз Na₂CO₃проходит до конца. А что касается второй соли, то образуется не Cu(OH)₂, а (CuOH)₂CO₃, поскольку растворимость (CuOH)₂CO₃меньше растворимости Cu(OH)₂.

3. Конечное уравнение гидролиза (который идет до конца) соли (NH₄)₂CO₃имеет необычный вид

(NH₄)₂CO₃+ HOH ↔ 2NH₃↑ + CO₂↑ + HOH

2NH₄⁺+ CO₃^2-+ HOH ↔ 2NH₃↑ + CO₂↑ + HOH

Это объясняется тем, что при гидролизе аниона и катиона образуются ионы ОН^- и Н⁺, которые взаимодействуют друг с другом:

Н⁺ + ОН^- ↔ НОН

Константа и степень гидролиза

Количественной характеристикой гидролиза соли является константа гидролиза К_гидр. Как и константа диссоциации, она выводится из закона действия масс.

1) Гидролизу соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием (NaNO₂), соответствует обратимый процесс:

NO₂^- + HOH ↔ HNO₂ + OH^-

Константа равновесия имеет вид:

(1)

При умножении К_равн на [Н₂О], которую можно считать постоянной величиной, получается

(2)

Ионное произведение воды . Следовательно, . Выражение . Подставим эти выражения в формулу (2):

	(3)
В общем виде	(4)

Из этого выражения следует, что чем слабее кислота (чем меньше К_кисл), тем сильнее гидролиз соли, которую она образует.

2) Для соли слабого основания и сильной кислоты (NH₄NO₃)

NH₄⁺ + HOH ↔ NH₄OH + H⁺

(5)

Поскольку и выражение (5) примет вид:

	(6)
	(7)

Следовательно, чем слабее основание (чем меньше К_осн), тем сильнее гидролиз образованной им соли.

3) Константа гидролиза соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой (CH₃COONН₄), имеет вид

NН₄⁺+ CH₃COO^- + НОН ↔ CH₃COOH + NН₄OH

	(8)
	(9)

Характер среды в результате гидролиза подобных солей можно определить, сравнивая константы диссоциации кислоты и основания.

Константа гидролиза позволяет рассчитывать концентрацию образующихся ионов, рН раствора, а также степень гидролиза β.

Степень гидролиза соли β – это отношение числа молекул, подвергшихся гидролизу, к общему числу молекул соли в растворе.

Имеется зависимость между степенью и константой гидролиза:

(10)

где: С_М – молярная концентрация раствора соли (моль/л).

Как правило, β << 1, поэтому в расчете можно допустить 1 – β ≈ 1. Тогда связь между β и К_гидр выражается соотношением

или

(11)

Отсюда следует, что при разбавлении раствора гидролиз усиливается.

Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 916; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!