Семинары и лекции Обручниковой / про диссоциацию сильных и слабых эл-тов
.pdfЗадача 7:
Гидролиз K2S.
а) Написать в молекулярном и ионном виде уравнение гидролиза. б) Указать рН среды.
в) Объяснить, почему основным продуктом гидролиза будет кислая соль.
Решить самостоятельно.
6.Гидролиз кислых солей.
Гидролиз NaHCO3
При гидролизе кислых солей необходимо учитывать амфотерные свойства гидроанионов. Они могут диссоциировать, отщепляя протон и проявляя при этом кислотные свойства. С другой стороны они способны принимать протон, участвуя в процессе гидролиза.
В водном растворе NaHCO3 анион HCO3– подвергается обратимому гидролизу, который описывается ионным уравнением :
HCO3 H 2O H 2 CO3 |
OH |
|||||||||
К г |
|
|
К |
В |
|
10 14 |
|
|
2,25 10 8. |
|
К |
|
|
4,45 *10 |
7 |
||||||
|
|
Н |
СО |
3 |
|
|
||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
К г NaHCO количественно |
|
характеризует |
|
тенденцию иона НСО3– |
||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
присоединять ионы Н+ из воды, освобождая эквивалентное количество ионов ОН-.
Однако ион НСО3- является также участником другого равновесия:
HCO H CO2 . К |
НСО |
= 4.69·10-11 |
|
3 |
3 |
|
|
|
|
3 |
|
К НСО |
характеризует |
противоположную тенденцию иона НСО3– |
|
3 |
|
|
|
восполнять убыль ионов Н+ за счет отщепления собственных протонов.
Так как при гидролизе NaHCO3 несколько преобладает тенденция ионов НСО3– присоединять ионы Н+ из воды, то среда раствора NaHCO3 будет слабощелочная (что подтверждается опытом).
Обратите внимание! Для решения вопроса о том, какую реакцию будет иметь водный раствор кислой соли, образованной сильным основанием и многоосновной слабой кислотой, следует сопоставить константу гидролиза кислой соли и константу диссоциации соответствующего гидроаниона кислоты.
Задача 8:
Объясните, почему в растворе Na2HPO4 среда слабощелочная, а в растворе NaH2PO4 – слабокислая?
Решение: Гидролиз Na2HPO4
Na2 HPO4 H 2 O NaH 2 PO4 NaOH a)HPO42 H 2 O H 2 PO4 OH
К г |
|
К |
w |
|
10 14 |
1,61 10 7. |
К Н |
|
6,2 10 8 |
||||
|
|
PО |
|
|||
|
|
2 |
4 |
|
|
|
б)НРО42 Н РО43
КНРО42 4,2 *10 13
Кг К НРО42 , следовательно, рН 7.
Гидролиз NaH2PO4
NaH 2 PO4 H 2O NaOH H3 PO4
a)H PO |
H |
2 |
O H PO OH |
||||||
2 |
4 |
|
|
|
3 |
4 |
|||
Кг |
К |
w |
|
|
|
|
10 14 |
1,3 10 12 |
|
К Н |
|
|
|
7,6·10 3 |
|||||
|
РО |
|
|
|
|||||
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
б)Н 2 РО4 Н НРО42
КН2 РО4 6,2 10 8.Кн2 РО4 К г , следовательно, рН 7.
7)Гидролиз соли слабого многокислотного оснований и сильной кислоты (гидролиз по многозарядному катиону).
Гидролиз соли многокислотного основания и сильной кислоты имеет свои особенности:
1.Процесс протекает ступенчато.
2.При температуре, близкой к комнатной, гидролиз осуществляется практически только по 1-ой ступени.
3.Главным продуктом гидролиза является гидроксокатион (основная
соль).
Гидролиз соли FeCl3
Так как вода диссоциирует крайне незначительно, то столкновение иона Fe3+ сразу с тремя ионами ОН- и образование Fe(ОН)3 при обычных условиях невозможно.
Гидролиз протекает практически по 1-ой ступени, поэтому при написании уравнений гидролиза многозарядных катионов ограничиваемся только этим процессом.
1 ступень:
FeCl3 H 2O FeOHCl2 HCl
Fe3 H 2O FeOH 2 H pH 7
В растворе накапливаются ионы Н+.
Равновесие процесса электролитической диссоциации Н2О сдвигается справа налево.
Н 2О Н ОН
Обратите внимание! При вычислении Кг по 1-ой ступени используется константа диссоциации Fe(OH)3 по 3-ей ступени.
Кг =Кw/ КbFeOH2+
Гидролиз по второй и третьей ступени может протекать при сильном разбавлении.
Образовавшийся ион FeOH2+ может соединиться ещё с одним ионом ОН–, оторвав его от воды.
Концентрация ионов ОН- понижается. 2 ступень:
FeOHCl2 H 2O Fe(OH )2 Cl HCl
FeOH 2 H 2O Fe(OH )2 H pH 7
Вероятность столкновения ионов FeOH2+ с ионами ОН- в растворе становится незначительной, процесс по 2 ступени идет в гораздо меньшей степени, чем по первой. В результате протекания 2 ступени ОН- становится ещё меньше, и 3-ий этап гидролиза становится маловероятным. Практически гидролиз осуществляется при сильном разбавлении и кипячении.
3 ступень: Fe OH 2 Cl H 2O Fe OH 3 HCl
Fe OH 2 H 2O Fe OH 3 H pH 7 .
Из уравнений всех 3-х ступеней видно, что ионы Cl- участия в реакции не принимают, поэтому влияния на гидролиз не оказывают.
Задача 9:
В каком растворе при одинаковой концентрации солей значение рН
ниже: FeCl3 или FeCl2 ? (К3Fe(OH)3=1.35·10-12, К2Fe(OH)2=1.3·10-4)
Решить самостоятельно. Ответ: В растворе FeCl3
8) Необратимый гидролиз
Если в результате гидролиза образуются малорастворимые или газообразные вещества, которые удаляются из сферы реакции, процесс становится необратимым, в результате происходит полное разложение соли водой.
Al 2 S3 6H 2O 2 Al OH 3 3H 2 S
Al 2 (CO3 )3 3H 2O 2 Al (OH )3 3CO2
Солей, подвергающихся необратимому гидролизу немного: Cr2S3, Cr2(СО3)3, Fe2(СО3)3 и некоторые другие.
Гидролиз бинарных соединений : гидридов, нитридов, фосфидов, карбидов, силицидов также протекает необратимо.
Mg3N2 +6 H2O 3Mg(OH)2 +2 NH3
Задача 10:
Написать уравнения гидролиза соли Cr2S3 и карбида кальцияCaC2.
Гидролиз АТФ
В организме в процессе обмена веществ протекают процессы гидролиза (каталитического) различных веществ: белков, полипептидов, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот.
Например:
а) окислительный распад жиров в организме начинается с гидролиза. В тканях организма особенно в печени, эта реакция катализируется тканевыми липазами. Продукт гидролиза жиров – глицерин и высокомолекулярные жирные кислоты.
б) в результате полного гидролиза нуклеиновых кислот образуются производные пурина, пиримидина, пентоза, фосфорная кислота.
в) в желудке и тонких кишках происходит переваривание белков, ферментативный гидролиз их с образованьями полипептидов, а затем аминокислот.
АТФ под влиянием ферментов подвергается гидролизу.
АТФ Н2 О АДФ Ф : G 2980 30,6кДж / моль
При образовании АТФ из АДФ и фосфатов эта же энергия поглощается; АТФ «запасает» её, в этом смысле является аккумулятором энергии.
Связи, при гидролизе которых выделяется много энергии, часто называются макроэнергетическими и обозначают волнистой линией.
1. Аденозин
O |
O |
|
|
O |
|
O |
|
O |
|
|| |
|| |
|
|
|| |
|
|| |
|
|| |
|
О Р |
О P |
О P О Н 2О Ad O Р |
О |
P |
ОH Н3 PO4 |
||||
| |
| |
|
|
| |
|
| |
|
| |
|
ОН |
OH |
|
OH |
|
ОН |
|
OH |
|
|
Далее при гидролизе образуется АМФ. |
|
|
|
|
|||||
|
O |
|
|
O |
|
|
O |
|
|
|
|| |
|
|
|| |
|
|
|| |
|
|
2. Ad O Р |
О |
P |
ОH Н 2O |
Ad O P |
ОH Н3 PO4 |
||||
|
| |
|
|
| |
|
|
| |
|
|
|
ОН |
|
OH |
|
|
OH |
|
|
|
ВОПРОСЫ, ЗАДАЧИ И ТЕСТЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ И САМОКОНТРОЛЯ.
Тема: рН растворов сильных и слабых электролитов
Задачи:
а) домашнее задание
1.Найдите ионную систему раствора и активности ионов в 0.025 М растворе сульфата меди, если коэффициент активности ионов меди и сульфат-ионов равен 0.33.
Ответ: I(CuSО4) = 0.1 моль/л; a(Cu2+) = a(SO42-) = 8.25∙10-3 моль/л.
2.Найти концентрацию ионов водорода в 1М растворе циановодородной кислот (Кa = 4.9∙10-10). Сколько г цианид - ионов содержится в 1,5 л данного раствора? (Ответ: [H+] = 2.21∙10-5 моль/л; m[CN-]
=8.62∙10-4 г)
3.Найдите ионную силу 0.02М раствора сульфата магния, применяемого в медицине для внутривенного введения. (Ответ: I = 0.08 моль/л)
4.Найдите концентрацию ионов водорода, гидроксид-ионов и рН
0.2 М раствора уксусной кислоты (Ka=1.75 ∙10-5). Написать уравнение диссоциации кислоты.
Ответ: [H+] = 1.87∙10-3 моль/л; [OH-] =5.35∙10-12 моль/л; рН=2.71
5. Найдите концентрацию ионов водорода, гидроксид-ионов в растворе, рН которого равен 6.72
Ответ: [H+] = 1.91∙10-7 моль/л; [OH-] =0.523∙10-7 моль/л
6.Концентрация гидроксид-ионов |
в водном растворе аммиака с |
рН=10 составляет: 1) 10-4 2) 10-5 3) 10-6 |
4) 10-7 |
7.Для всех водных растворов при 25оС справедливо соотношение …
1) рН+рОН=14 2) pH + pOH = 7 3) pH — pOH = 14 4) pH — pOH = 7
б) самостоятельная работа на занятии.
1.Найти рН и [H+] 0.5 М раствора уксусной кислоты (Кa= 1.75∙10-5). Написать уравнение диссоциации кислоты
Ответ: [H+] = 2.96∙10-3 моль/л; рН=2.53)
2.Значение рН раствора, полученного путём разбавления 0.02M раствора NaOH в 2 раза равно ____
Ответ рН =10.
3.Найдите степень диссоциации 0.1М раствора уксусной кислоты (Кa= 1.8∙10-5). Определить, как изменяется степень диссоциации, если к 1 л этого раствора добавить: а) 2 л воды; б) 2 л 0.1М раствора уксусной кислоты.
Ответ: α1 (CH3COOH)=1.34∙10-2; α2(CH3COOH)=2.44∙10-2 ,α1 (CH3COOH) не изменится.
4.Как изменится рН, если вдвое разбавить водой
а) 0.2M раствор HNO3; б) 0.2М раствор CH3COOH. (Кa= 1.75∙10-5). Ответ: ∆рН1=0.3; ∆рН2=0.15.
5.Найти рН, [H+] и [OH-] 0.5 М раствора бромноватистой кислоты (Кa =2.5∙10-9). Написать диссоциацию кислоты.
Ответ: [H+] = 3.53∙10-5 моль/л; рН=4.45.
6.Найти степень диссоциации 0.4М раствора угольной кислоты Кa1
=4.45∙10-7). Написать диссоциацию кислоты. (
Ответ: α (H2CO3)=1.06∙10-3.
7.К 10 мл 0.1н соляной кислоты добавили 5 мл 0.1н раствора едкого натра. Вычислить рН полученного раствора.
Ответ: рН= 1.48.
8.Содержание соляной кислоты в желудочном соке человека составляет 0.4%. Вычислите рН желудочного сока, приняв его плотность 1 г/мл. Ответ:рН= 0.96
9.Рассчитать рН 0.01 моль/л раствора гидроксида аммония
(Kb(NH4OH) = 1.8∙10–5) и уксусной кислоты с молярной концентрацией 0.01М ( = 0.025). Ответ: рН (раствора гидроксида) =10.62; рН (раствора кислоты)
=3.6.
Примерные типы экзаменационных задач
1.Какое количество вещества HAn надо прибавить к V л сc М раствору NaAn, чтобы раствор стал нейтральным (константа диссоциации кислоты равна Кa)?
2.Сколько г кислоты HAn надо прибавить к V мл сc М раствору NaAn, чтобы раствор стал нейтральным (константа диссоциации кислоты равна Кa)?
3.Найти концентрацию ОН– в крови человека (водородный показатель крови равен рН) при t °C, если ионное произведение воды при при t °C равно Кw.
4.Концентрация угольной кислоты в плазме крови равна ск ммоль/л. Какова концентрация гидрокарбонат-ионов, если водородный показатель крови равен рН?
5.Водородный показатель раствора кислоты А (константа
диссоциации кислоты равна Ка) равен рН. Найти молярную концентрацию кислоты в этом растворе.
6.Водородный показатель ω %-ного раствора слабого основания А (молярная масса М г/моль) равен рН. Найти константу диссоциации А.
7.Найти водородный показатель ω %-ного раствора кислоты А (молярная масса М г/моль; константа диссоциации кислоты равна Ка).
8. |
m г кислоты А (молярная масса М |
г/моль; константа |
диссоциации кислоты равна Ка) растворили в V мл воды. Найти рН раствора. |
||
9. |
Найти рН с М раствора кислоты А (константа диссоциации |
|
кислоты равна Ка). |
|
|
10.Найти рН ω %-ного раствора основания А (константа диссоциации равна 1,8·10–5; плотность раствора ρ г/мл).
11.Найти рН ω %-ного раствора однокислотной щелочи (плотность
раствора |
ρ г/мл). |
12.Найти рН с М раствора двухкислотной щелочи.
13.Водородный показатель раствора щелочи MOH (плотность раствора ρ г/мл) равен pH. Найти массовую долю щелочи в этом растворе.
14.Найти рН раствора NaOH, V л которого содержит m г щелочи.
15.Найти рН ω %-ного раствора HCl.
16.Как изменится рН при добавлении V1 мл сэкв. н. раствора щелочи
кV2 мл воды?
17.К V1 мл с М раствора сильной кислоты HAn прибавили V2 мл ω %-ного раствора NaOH (плотность раствора ρ г/мл). Найти рН полученного раствора.
18.Имеются два раствора со значениями водородного показателя
рН1 и рН2. В каком из растворов равновесная концентрация ионов H больше
иво сколько раз?
19.Каково отношение концентраций ионов НСО3– и СО2 в крови, если водородный показатель равен рН (показатель константы диссоциации равен pK)?
[HPO 2 ]
20. Какова величина рН в клетках, если в норме 4 в них равно
[H2 PO4 ]
x (показатель константы диссоциации равен pK)?
21.Найти рН c M раствора соли слабой кислоты, если константа диссоциации кислоты равна Кa.
22.Найти рН c M раствора соли слабого основания, если константа диссоциации основания равна Кb.
23.Водородный показатель раствора KAn равен рН (константа диссоциации кислоты HAn равна Кa). Какова молярная концентрация соли?
24.Водородный показатель раствора соли слабого основания равен
рН (константа диссоциации основания равна Кb). Какова молярная концентрация соли?
25.Найти рН c М раствора K2An (константа второй ступени диссоциации кислоты H2An равна Кa,II). Как подавить гидролиз этой соли?
26.Найти рН раствора, состоящего из m1 г соли KAn и m2 г воды (плотность раствора ρ г/мл; константа диссоциации кислоты HAn равна Кa).
27.Найти рН ω %-ного раствора соли KAn (константа диссоциации кислоты HAn равна Кa).
28.Какова концентрация ионов An– и рОН в c М растворе HAn (константа диссоциации кислоты HAn равна Кa)?
Тесты:
1. Степень диссоциации слабого электролита увеличивается при:
1) добавлении одноименного иона |
2) увеличении концентрации |
|
раствора |
|
|
3) |
разведении раствора |
4) охлаждении раствора |
2. Константа диссоциации слабого электролита не зависит от: |
||
1) |
природа электролита |
2) полярности растворителя |
3) |
температуры |
4) концентрации вещества |
3. Коэффициент активности иона тем больше, чем: |
||
1) |
больше концентрация электролита |
2) меньше концентрация |
электролита |
|
|
3) |
меньше растворимость электролита |
4) не зависит от концентрации |
электролита |
|
|
4. Ионная сила раствора – это: |
|
|
1) |
произведение концентрации иона на квадрат его заряда |
|
2) |
произведение концентрации иона на его заряд |
|
3) |
сумма произведения концентрации ионов на квадрат их зарядов |
|
4) |
полусумма произведения концентрации ионов на квадрат их зарядов |
|
5. Коэффициент активности ионов (f) в сильно разбавленных
растворах равен: |
|
|
|
|
1) f > 1 |
2) f = 1 |
3) f < 1 |
4) f = 0 |
|
6. Ионная сила плазмы крови человека равна 0,15. Заменителем |
||||
плазмы крови является: |
|
|
||
1) 0.7M раствор глюкозы |
2) 0.15M раствор |
|||
карбоната натрия |
|
|
|
|
3) 0.9% раствор хлорида натрия |
4) 1.9% раствор хлорида |
|||
натрия |
|
|
|
|
7. Смешивают равные объемы растворов 0.5 м HNO3 и 0.4M KOH, |
||||
рН полученного раствора равен: |
|
|||
1) 2 |
2) 1 |
3) -1 |
4) ─ 2 |
|
8. Если 1 л раствора содержит 0.1 моль NaOH, то рН раствора |
||||
равен: |
|
|
|
|
1) 1.3 |
2) 13 |
3) 3.1 |
4) 12 |
|
9.Если рН раствора равен 8, то концентрация ионов гидроксид - ионов |
||||
равна: |
|
|
|
|
1) 10–5 |
2) 10–6 |
3) 10-7 |
4) 10-8 |
|
10.Для сильных электролитов понятие активность ионов характеризует:
1) степень диссоциации 2) взаимодействие между ионами и растворителем
3) степень гидратации 4) эффективную концентрацию ионов
11.рОН раствора равен 2, концентрация ионов водорода (моль/л):
1) 10-12 2) 10-2 3) 12 4) 2
12. Смешивают равные объемы растворов 0.4M HNO3 и 0.5M KOH.
рОН полученного раствора равен:
1) 2 2) 1 3) 4 4) 3
13. рОН воды при 25ºC равен:
1) 7.7 2) 7.0 3) 10-7 4) 14
14. Степень диссоциации слабого электролита, уменьшается при:
1) |
при добавлении одноименного иона |
2) увеличением температуры |
3) |
разбавлении |
4) увеличении давления |
15. Степень диссоциации основания XOH равна 20%. Какое число ионов OH- приходится в его растворе на каждые 40 нераспавшихся
молекул основания? |
|
|
|
1) 50 |
2) 25 |
3) 20 |
4) 10 |
16. В воде объемом 1 л растворили фтороводород объемом 500 л (н. у.). Укажите массовую долю HF (%) в полученном растворе:
1) 31 2) 34 3) 37 4) 40
17. Степень диссоциации кислоты HX равна 0,25. Какое суммарное число ионов H+ и X- приходится в ее растворе на каждые 100
нераспавшихся молекул? |
|
|
|
|||
1) |
85 |
2) 33 |
3) 16 |
|
4) 67 |
|
18. рН крови в норме: |
|
|
|
|||
1) |
7.11 |
2) |
6.86 |
3) |
7.36 |
4) 7.95 |
19. Шкала рН изменяется в пределах: |
||||||
1) |
7—14 |
2) |
0—7 |
3) |
0—14 |
4) 2—12 |
20.рН раствора при равных концентрациях больше у: |
||||||
1) HCN |
2) NaOH |
|
3) NH4OH |
4) CH3COOH |
||
Тема: Гидролиз.
Вопросы:
1.Причина и следствие гидролиза
2.Какова реакция среды в растворах солей нитрата кальция, цианида аммония, ацетата бария?
3.Какая из солей подвергается гидролизу в большей степени и почему: ацетат или цианид калия?
4.Как связана константа гидролиза соли с константой диссоциации слабого электролита, образующегося в результате гидролиза?
5.Всегда ли степень гидролиза зависит от концентрации раствора
соли?
6.Как связаны между собой степени гидролиза и константа
гидролиза?
7.Какова реакция среды растворов гидрофосфата натрия и дигидрофосфата натрия?
8.В каких случаях реакция гидролиза соли идет до конца?
9.Почему гидролиз АТФ можно рассматривать как универсальный источник энергии
10..Написать в молекулярной и ионной форме уравнения гидролиза солей и указать реакцию среды: гсульфида калия, гидросульфида натрия, карбоната цезия, гидрокарбоната калия, сульфита рубидия, фосфата натрия, гидрофосфата натрия, дигидрофосфата калия, сульфида аммония, карбоната