Диссоциация воды и водородный показатель
Константа диссоциации воды очень мала
K=[H+]*[OH-]/H2O=1,8*10-16
Произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов называется ионным произведением воды (К H2O). Ионное произведение воды есть величина постоянная при постоянной температуре.
при комнатной температуре KH2O=[H+]*[OH-]=10-14
в нейтральном растворе KH2O=[H+]=[OH-]=10-7 моль/л
в щелочном растворе KH2O=[H+]<10-7 моль/л
в кислом растворе KH2O=[H+]>10-7 моль/л
общепринято концентрацию ионов H+ выражать показателем рН:
рН=-lg[H+]
в некоторых случаях используют показатель рOН:
рOН=-lg[OH-]
сумма рН и рOН равна рKH2O
рН+рOН= рKH2O=-lg10-14=14
Шкала рН:
| [H+] | 10-1 | 10-2 | 10-3 | 10-4 | 10-5 | 10-6 | 10-7 | 10-8 | 10-9 | 10-10 | 10-11 | 10-12 | 10-13 | 10-14 | |
| рН |
Если рН<7- среда кислая
рН=7-среда нейтральная
рН>7-среда щелочная
Гидролиз взаимодействие ионов соли с ионами воды, сопровождающееся изменением рН раствора вследствие сдвига ионного равновесия воды.
Гидролиз протекает, если в результате взаимодействия образуется слабый электролит (слабая кислота или слабое основание).
Гидролиз солей - обратимый процесс и усиливается при уменьшении концентраuии раствора и при повышении температуры, что объясняется увеличением степени диссоциации воды.
Гидролиз всегда протекаетпо слабому иону.
Сильные катионы образуют металлы IA группы (Na, К, Cs, Fr) и IIА группы (Ва). Сильные анионы - кислотные остатки кислот (HCl, НNО3, H2SO4).
В процессе гидролиза кроме слабых кислот и слабых оснований образуются кислые или основные соли, если частица, по которой протекает гидролиз, поливалентна. В этом случае гидролиз протекает ступенчато, Т.е. по стадиям. Например, соль Nа2СО3 гидролизируется по аниону следующим образом:
СО32-+ НОН↔ ОН-+НСО3-
Поскольку диссоциация слабых электролитов протекает ступенчато, то и гидролиз также должен идти по стадиям.
Диссоциация угольной кислоты по I ступени:
Н2СО3↔ Н++ НСО3-
характеризуется константой диссоциации K1= 4,2*10-7.
Диссоциация угольной кислоты по II ступени:
НСО3-↔ Н++ СО32-
характеризуется константой диссоциации K2 = 4,7 * 10-2. Таким образом, второй ион водорода удерживается кислотным остатком гораздо прочнее, чем первый. Поэтому присоединение ионов водорода по первой ступени гидролиза:
СО32- + H2O↔НСO3- + ОН-
должно быть выражено более сильно, чем по второй ступени:
НСО3 - + H2O ↔Н2СО3 + ОН-
Величина рН зависит от интенсивности гидролиза, последняя характеризуется константой и степенью гидролиза. Известно, что щелочная среда характеризуется рН>7 (СН+ < 10·7,моль/л), а в кислой среде рН<7 (СН + > 10-7,моль/л)
Можно выделить 4 типа солей и 3 случая.
1 случай: соль образована слабой кислотой и сильным основанием. В этом случае гидролиз идёт по - аниону.
Примеры:
а) Соль образована одноосновной кислотой - реакция в молекулярной форме:
СН3СООNа + НОН ↔ СН3СООН + NaOH
-реакция в полной ионной форме:
СН3СОО- + Na+ + НОН ↔ СН3СООН + Na+ + ОН-
-реакция в сокращённой ионной форме:
СН3СОО- + НОН ↔ СН3СООН + ОН Среда щелочная, рН > 7.
б) Соль образована многоосновной кислотой: - реакция в молекулярной форме:
Nа2SО3 + НОН ↔NаНSО3 + NaOH гидросульфит Nа(кислая соль) -реакция в полной ионной форме:
-реакция в сокращённой ионной форме:
SO32- + НОН ↔НSО3- + ОН-
Среда щелочная, рН > 7.
Вывод: при гидролизе соли, образованной много основной кислотой
образуются кислые соли.
II случай: соль образована слабым основанием и сильной кислотой. В этом случае гидролиз идет по - катиону.
Примеры:
а)Соль образована однокислотным основанием: - реакция в молекулярной форме:
NН4Cl + НОН ↔ NН4ОH + HCl
- реакция в полной ионной форме:
NН4+ + Сl- + НОН ↔ NН4ОН + H+ + Сl-
- реакция в сокращенной ионной форме:
NН4+ + НОН ↔ NН4OH + H+
Среда кислая, рH < 7.
б) Соль образована многокислотным основанием: - реакция в молекулярной форме:
АlСl3 + НОН ↔ AlOHCl2 + HCl
гидрохлорид Al ( основная соль)
- реакция в полной ионной форме:
Аl+3+ 3Сl + НОН ↔AlOH+2 + 2Сl + H+ + Cl- реакция в сокращенной ионной форме:
Аl+3 + НОН ↔ AlOH+2 + H+ Среда кислая, рH < 7.
Вывод: при гидролизе соли, образованной многокислотным основанием, образуются основные соли.
III случай: соль образована слабой кислотой и слабым основанием.
Такие соли гидролизуются по катиону и аниону одновременно.
Получаются кислота и основание.
Пример:
А12S3 + 6Н2О↔2Аl(ОН)3↓ + 3Н2S↑ Ионной формы нет.
Среда близка к нейтральной, рН ~ 7.
IV Случай: соль образована сильной кислотой и сильным основанием. Такие соли не гидролизуются.
Среда нейтральная, рH = 7.
Пример: NaCl, CsF, КВr и т.д.
Равновесие гидролиза характеризуется константой гидролиза Кг
Интенсивность протекания характеризуется степенью гидролиза h:
Константа гидролиза и степень гидролиза связаны между собой соотношением:
Кг=С*h2