19. Автопротолиз. Ионное произведение воды. РН.

1.Автопротолиз

Автопротолиз — гомофазный процесс самоионизации, обратимый процесс передачи протона от одной нейтральной молекулы жидкости к другой и образования в результате равного числа катионов и анионов.

Наиболее важное значение имеет автопротолиз воды. Ионное произведение численно равно произведению равновесных концентраций ионов гидроксония и гидроксид-анионов. Обычно используется упрощенная запись:

Kw = [H⁺] * [OH^-] = 10^-7 * 10^-7 = 10^-14

[H⁺] = [OH^-] – раствор нейтрален

[H⁺] > [OH^-] – среда кислая

[H⁺] < [OH^-] – среда щелочная

Константа Kw называется ионным произведением воды. C повышением температуры диссоциация воды увеличивается, следовательно, растёт и Kw, при понижении температуры — наоборот.

2.Ионное произведение воды

На основе ионного произведения воды вычисляются водородный показатель и константа гидролиза солей.

Отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов называется водородным показателем и обозначается pH.

pH = - lg[H⁺]

pH = - lg(10^-7) = 7

Аналогично реакцию среды можно характеризовать гидроксильным показателем:

pOH = -lg[OH^-]

3. рН

Водоро́дный показа́тель  — мера определения кислотности водных растворов . Ассоциирована с концентрации ионов водорода, что эквивалентно активности ионов водорода в сильно разбавленных растворах.

Для водных растворов (при с.у.), водородный показатель составляет:

pH < 7 соответствует кислотному раствору; pH = 7 соответствует нейтра́льному раствору, иногда относят к кислотному; pH > 7 соответствует основному раствору.

Водородный показатель может быть определён с помощью кислотно-основных индикаторов, измерен потенциалометрическим pH-метром или вычислен по формуле как величина, противоположная по знаку и равная по модулю десятичному логарифму активности водородных ионов, выраженной в молях на литр:

pH = - lg[H⁺]

20. Гидролиз по катиону и аниону. Необратимый гидролиз. Константа и степень гидролиза. Расчет рН.

20.1) Гидролиз по катиону и аниону. Необратимый гидролиз

Гидролиз - это химическая реакция ионного обмена между водой и растворённым в ней веществом с образованием слабого электролита. (В общем случае обменное взаимодействие растворённого вещества с растворителем носит название - сольволиз).

В большинстве случаев гидролиз сопровождается изменением pH раствора.

Гидролиз по катиону.

Соли слабого основания и сильной кислоты гидролизуются по катиону

Например, Na₂CO₃

Стадии

I) 2Na⁺+CO₃ ^- +HOH = 2Na⁺+HCO₃ ^- + OH^-

II) Na⁺+HCO₃ ^- + HOH = H₂CO₃ + Na⁺ + OH^-

HCO₃ ^- + HOH = H2CO3 + OH-

III) Na₂CO₃ + HOH = NaHCO₃ + NaOH

Гидролиз по аниону.

Соли, образованные сильным основанием и слабой (ассоциированной) кислотой гидролизуются по аниону:

Например, CuCl₂

Стадии

I) Cu²⁺+2Cl^- + HOH = Cu(OH)^­++ Cl^- + H⁺+Cl^-

Cu²⁺+ HOH = Cu(OH)^- + H⁺

CuCl₂ + HOH = Cu(OH)Cl + HCl

Гидролиз по катиону и аниону. 

Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, гидролизуются и по

катиону и по аниону:

 

Если соль образована сильной кислотой и сильным основанием, то она не подвергается гидролизу и рН среды будет равно 7.

20.2) Константа и степень гидролиза

Степень гидролиза.

Под степенью гидролиза подразумевается отношение части соли, подвергающейся гидролизу, к общей концентрации её ионов в растворе. Обозначается α (или h_гидр); α = (c_гидр/c_общ)·100 %

Является количественной характеристикой гидролиза.

Константа гидролиза.

Константа гидролиза — константа равновесия гидролитической реакции. Так константа гидролиза соли равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции гидролиза к равновесной концентрации соли с учетом стехиометрических коэффициентов.

20.3) Расчёт pH.

Величина pH используется для характеристики кислотности раствора. Если концентрация ионов водорода равна [H⁺], то

pH = -lg [H⁺]

В чистой воде

[H⁺] = [OH^-] = 10^-7

В кислых растворах

pH < 7

В щелочных растворах

pH > 7

Для более точного определения значения pH растворов используют сложную смесь нескольких индикаторов, нанесенную на фильтровальную бумагу (так называемый "Универсальный индикатор Кольтгоффа"). Полоску индикаторной бумаги обмакивают в исследуемый раствор, кладут на белую непромокаемую подложку и быстро сравнивают окраску полоски с эталонной шкалой для pH: