Диссоциация воды. Водородный показатель
Вода является слабым электролитом, диссоциирующим согласно уравнению Н2О ↔ Н++ ОН–.
|
К= [H
+] ×[OH
] = 1,8 · 10–16 (220С).
[H2O]
Принимая концентрацию воды [Н2О] величиной практически постоянной, можно записать так: К ·|Н2О] = [Н+] · [ОН–] =1,8 · 10–16. Концентрация воды равна
1000 = 55,56 моль/л.
Отсюда [ОН -] · [H+] = 1,8 · 10 -16 · 55,56 = 1·10 -14=КW.
Произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов называется ионным произведением воды. В нейтральной среде [Н+] = [ОН–] = 10-7 моль/л, в кислой
— [H+] >[ОН–], а в щелочной — [Н+]< [ОН–].
При этом в любых средах произведение концентрации водородных и гидроксильных ионов при данной температуре (22 0С) остается постоянным и равным 10 -14 моль/л.
Для количественной характеристики среды (кислой, щелочной) обычно приводят не концентрацию водородных ионов, а применяют условный показатель, обозначаемый через рН и называемый водородным показателем.
Он представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов рН =-lg[H+]. Тогда рН различных растворов будет иметь следующие значения: кислый рН < 7, щелочной рН> 7, нейтральный рН=7.
Решение типовых задач
Пример: a) [H+] = 10–4 моль/л. Вычислить [ОН-].
-14
Решение. [OH-]= 10
10- 4
=10-10
моль/л;
б) вычислить рН 0,01 н раствора КОН (степень диссоциации принять за 100%).
КОН ↔ К++ ОН-; [ОН- ] =0,01 = 10–2 моль/л;
-14
[H+]=
10- 2
=10-12
моль/л; рН =-lg[H+] = -lg[10–12] = 12,
среда щелочная.
Гидролиз солей
Гидролизом солей называется взаимодействие ионов растворенной соли с ионами воды, сопровождающееся изменением рН раствора. При гидролизе соли смещается ионное равновесие диссоциации воды. В результате растворы большинства солей имеют кислую или щелочную реакцию.
Гидролизу подвергаются соли, образованные:
а) сильным основанием и слабой кислотой (Na2CO3, K2S, K2SO3, и др.);
б) слабым основанием и сильной кислотой (NH4C1, Zn(NO3)2 и др.);
в) слабым основанием и слабой кислотой ((NH4)2 S,
А12(СО3)3 и др.).
Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются (K2SO4, NaNO3, NaCl, KNO3). Уравнения гидролиза солей пишутся аналогично другим ионным уравнениям: малодиссоциирующие (в том числе и вода), малорастворимые, а также газообразные вещества записываются в виде молекул, сильные электролиты — в виде ионов.
Уравнения гидролиза солей многоосновных кислот и многокислотных оснований записываются по ступеням аналогично ступенчатой диссоциации.
Пример. Гидролиз К2СО3
1-я ступень СО 2-
+HOH ↔HCO -
+ ОН-
(сокращенное ионное уравнение)
2 К+ + СО 2-+ НОН ↔2К+ + НСО - + ОН–
3 3
(полное ионное уравнение) К2СО3+ НОН ↔ КНСО3 + КОН
(молекулярное уравнение)
2-я ступень НСО -
+ НОН ↔ Н2СО3 + ОН–
| |
КНСО3 + НОН ↔ Н2СО3 + КОН
Гидролиз данной соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой, сводится к гидролизу аниона слабой кислоты, а накопление ионов гидроксила приводит к тому, что рН становится больше 7.
Пример. Гидролиз А1С13
1-я ступень А13+ + НОН ↔ А1ОН2+ + Н+
(сокращенное ионное уравнение)
Al3+ +3C1– + НОН ↔ АlОН2+ + 2С1– + H+ +Сl–
(полное ионное уравнение) А1С13+НОН ↔ АlOНС12 + НС1
(молекулярное уравнение)
| |
| |
А1ОНС12 + НОН ↔ А1(ОН)2С1 + НС1
По 3-й ступени с образованием А1(ОН)3 гидролиз этой соли не идет вследствие накопления ионов водорода, способствующих протеканию процесса справа налево (идет растворение А1(ОН)3 в кислоте). В данном случае гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, сводится к образованию катиона слабого основания.
При этом образуется основная соль и накапливаются ионы водорода, рН раствора становится меньше 7.
Пример. Гидролиз NH4CH3COO
| |
+ СН3СОО– + НОН ↔ NH4OH + СН3СООН
(полное ионное уравнение)
NH4CH3COO + HOH ↔ NH4OH + СН3СООН
(молекулярное уравнение)
В данном случае в результате гидролиза соли образуется слабая кислота (СН3СООН) и слабое основание (NH4OH). Накопления [H+] или [ОН-] не происходит. Константы диссоциаций образующихся кислоты и основания очень близки по величине к 7. Соли, образованные очень слабой кислотой и слабым основанием, почти полностью гидролизуются.
Пример. Гидролиз (NH4)2S
| |
+S2- + НОН ↔ NH4OH + HS-
(сокращенное ионное уравнение)
| |
+S2-+НОН ↔ NH4OH + NH +
+HS-
| |
(молекулярное уравнение)
| |
+ HS- +HOH ↔ NH4 OH + H2S
(полное ионное уравнение) NH4HS + НОН ↔ NH4OH + H2S
(молекулярное уравнение)