Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Химия_Задачи и упражнения

.pdf
Скачиваний:
67
Добавлен:
29.03.2015
Размер:
3 Mб
Скачать

Концентрация гидроксид-ионов в два раза превышает молярную концентрациюгидроксидабария. Отсюдаследует: СМ(OH ) 0,02М. Тогда pOH lg[OH ] lg(0,02) 1,70,

pH 14 1,7 12,3.

Расчет рН в растворах слабых кислот

В случае слабых одноосновных кислот (НА), диссоциирующих по схемe

HA λ H A

расчетконцентрацийионовводородапроизводитсяспомощьюуравнения

КдHA

[H ]

[A ]

 

,

 

(8.7)

 

 

 

[HA]

 

 

 

где Кд HA – константа диссоциации кислоты.

 

 

 

 

° –

C учетом того, что [H ]

[A ] и [HA] = С ° – [H+], где С

исходная концентрация кислоты, получим

 

 

 

HA

HA

 

 

 

 

 

KдHA

 

[H ]2

 

 

 

 

(8.8)

 

СHA θ [H

 

]

 

 

 

 

 

Рассчитавконцентрацию ионов водорода, находим рН раствора по формуле (8.4).

Значение рН может быть также рассчитано по закону разбавления Оствальда, согласно которому

 

Kд HA

СoHA

2

(8.9)

 

1

,

 

 

 

 

где С°НА

– исходная концентрация кислоты. Если

1, то можно

принять, что

 

 

 

 

K

= С°

Δ2

(8.10)

 

д НА

НА

 

Тогда получим

 

KдHA

,

(8.11)

 

CHAo

далее находим концентрацию ионов водорода по формуле

 

[H+] = С°

Δ

(8.12)

 

НА

 

 

В том случае, когда значение достаточно велико по сравнению с единицей ( ! 0,05), расчет степени диссоциации производится по

уравнению

С°

Δ2

K Δ K

 

0

(8.13)

 

 

 

НА

д

 

 

 

 

д

 

 

Пример 5. Рассчитать рН 0,01 M раствора уксусной кислоты.

Константа диссоциации уксусной кислоты K

 

1,8 10 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

 

 

 

Решение. Уксусная кислота – это слабая кислота, поэтому степень

диссоциации

невелика. Диссоциация протекает по схеме

 

 

CH3COOH λ CH3COO H

 

 

Kд

[CH3COO ]

 

 

[H

 

]

 

 

[CH3COOH]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сучетомтого, что[CH3COO ] [H ] и[CH3COOH] = Скθ [H ], где

Ск° – исходная концентрация уксусной кислоты, получим

 

 

Kд

[H ]2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скθ [H

 

]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимая во внимание, что степень диссоциации

мала и соот-

ветственно [H+] << С °, получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

K С

θ.

 

 

 

 

[H ]2

 

 

 

Отсюда следует, что

 

д к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[H ]

Kд Скθ 4,2 10 4 моль/л;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pH lg(4,2 10 4)

 

 

 

3,38.

 

Пример6. Найтистепеньдиссоциации

 

иконстантудиссоциации

0,01 н. раствора синильной кислоты, если рН раствора равен 5,55.

Решение. pH = – lg[H+], откудаполучим, что[H+] 2,8 10 6 моль/л; [H+] = Cк° Δ. Отсюда следует, что

9 8

9 9

 

Δ

[H ]/C °

2,8 10 6/0,01

2,8 10 4;

K

д

= С ° Δ2

к

0,01 (2,8 10 4)2

7,9 10 10.

 

 

к

 

 

 

Расчет рН в растворах слабых однокислотных оснований

Однокислотные основания диссоциируют по схеме

BOH λ B OH

Для расчета концентрации гидроксид-ионов используется уравне-

ние

КдBOH

[OH ]

[B ]

 

,

(8.14)

[BOH]

 

 

 

 

где Кд ВОН – константа диссоциации основания. С учетом того, что

[B ] [OH ] и [BOH] = С°BOH [OH ],

где С°BOH – исходная концентрация основания, получим

[OH ]2 K

(С° [OH ])

(8.15)

д BOH

BOH

 

откуда находим [OH].

Расчет концентрации ионов водорода осуществляется по формуле [H+] = Kw/[OH ]. Затем находится рН раствора.

Пример 7. Рассчитать рН 0,01 M раствора NH4OH: константа диссоциации гидроксида аммония равна 1,8 10–5.

Решение. Диссоциация гидроксида аммония происходит по схеме

NH4OH λ NH4 OH

Кд

[NH4

]

 

[OH

 

]

[NH4OH]

 

 

[NH4 ] [OH ]

 

ОбозначимисходнуюконцентрациюгидроксидааммониячерезСо°,

[NH4OH] | Со°, так как степень диссоциации основания мала. Тогда

получим

 

 

 

 

Кд

[OH ]2

,

 

Соθ

 

откуда следует, что

 

 

 

 

 

 

 

[OH ] Кд Соθ

1,8 10 5 0,01

4,2 10 4 моль/л;

рOH 3,38;

pH

14 3,38

10,62.

Буферные растворы

ЕсликрастворуслабойкислотыНАприбавлятьмалымипорциями ее соль КА, то рН раствора будет меняться. Добавление соли подавляет диссоциацию кислоты, так что с очень хорошим приближением можно принять, что в случае смеси слабой кислоты с ее солью равновесная концентрация кислоты будет равна ее исходной концентрации, а концентрация аниона Абудет равна концентрации соли КА. Тогда уравнение (8.7) преобразуется к виду

КдHA

[H ]

[KA]

,

 

 

 

 

 

 

 

[HA]

 

откуда

 

 

 

 

 

 

pH pKдHA lg

[KA]

 

(8.16)

[HA]

 

 

 

 

Аналогично из уравнения (8.14) выводится уравнение для вычисления концентрации гидроксид-ионов в смеси слабого основания и его соли ВА:

[OH ] KдBOH

[BOH],

(8.17)

 

[BA]

 

откуда следует, что

 

 

 

 

pOH pKд BOH lg

[BA]

 

(8.18)

 

 

[BOH]

 

Анализ уравнений (8.16), (8.18) показывает, что при добавлении небольшихколичествкислотыилищелочикрастворам, представляющим собой смеси слабых кислот или оснований с их солями, рН растворов меняется незначительно. Это объясняется тем, что при заданных значениях рКд НА или рКд ВОН кислотность растворов зависит только от соотношенияконцентрацийкислотыисолиилиоснованияисоли. Такие растворы называют буферными.

Буферные растворы играют жизненно важную роль, поддерживая постоянство рН во многих биохимических процессах, протекающих вживыхорганизмах. Компонентамитакихрастворовявляютсяфосфаты, карбонаты, белки.

100

101

Пример 8. К 100 мл 0,1 н раствора уксусной кислоты добавили 40 мл 0,1 н. раствора гидроксида натрия. Найти рН раствора. Константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,8 10 5 (pK 4,75).

Решение. pH = pKд

+ lg (Ссоли/Скислоты).

 

 

В 100 мл раствора уксусной кислоты содержится nЭ (число

эквивалентов) уксусной кислоты.

 

 

 

nэ(CH3COOH)

C V

0,1 0,1

0,01.

В 40 мл 0,1 н. раствора NaOH

 

 

 

nэ(NaOH)

0,04 0,1

0,004.

В результате реакции нейтрализации

 

 

CH3COOH NaOH CH3COONa H2O

число эквивалентов уксусной кислоты

 

 

 

nэ(CH3COOH)

0,1 0,004

0,006,

число эквивалентов образовавшегося ацетата натрия

Тогда отношение

nэ(CH3COONa)

0,004.

 

Ссоли/Скислоты = nэ(соли)/nэ(кислоты) = 0,004/0,006 = 0,667,

откуда следует, что

 

 

 

 

 

pH 4,75 lg 0,667

4,57.

ЗАДАЧИ*

8.1.Определить концентрацию ионовводорода и гидроксид-ионов

врастворе, рН которого равен 2,5.

Ответ: 3,16 10–3 моль/л; 3,16 10–12 моль/л.

8.2.Определить концентрацию ионовводорода и гидроксид-ионов

врастворе, рН которого равен 11,5.

Ответ: 3,16 10–12 моль/л; 3,16 10–3 моль/л.

8.3. Определить рНраствора объемом100 мл, в которомсодержится 0,063 г азотной кислоты.

Ответ: 2,0.

8.4. ОпределитьрНраствораобъемом100 мл, вкоторомсодержится 0,056 г гидроксида калия.

Ответ: 12.

* При решении задач данного раздела в необходимых случаях следует пользоваться данными табл. 5 приложения.

8.5.Определитьмолярнуюиэквивалентнуюконцентрациюсерной кислоты в растворе, если pH раствора равен 2,7. Считать диссоциацию

кислоты полной.

Ответ: 1 10–3 моль/л; 2 10–3 моль/л.

8.6.Определить молярную и эквивалентную концентрацию раствора гидроксида бария, если pH раствора равен 11,3. Считать диссоциацию электролита полной.

Ответ: 1 10–3 моль/л; 2 10–3 моль/л.

8.7.Слили два растворасолянойкислоты объемом 100 мл каждый, созначениямирН соответственноравными2,0 и3,0. НайтирНполученного раствора.

Ответ: 2,26.

8.8.Слили 100 мл раствора гидроксида натрия (рН = 13) и 50 мл растворасолянойкислоты(рН= 1). ОпределитьрНполученногораствора.

Ответ: 12,52.

8.9.Слили 100 мл раствора соляной кислоты (pH = 1) и 50 мл раствора гидроксида натрия (рН = 13). Определить рН полученного раствора.

Ответ: 1,48.

8.10.Определить рН 0,5 М раствора уксусной кислоты, константа диссоциации которой равна 1,8 10–5.

Ответ: 2,52.

8.11.Определить рН 0,1 M раствора циановодородной кислоты, константа диссоциации которой равна 7,9 10–10.

Ответ: 5,05.

8.12.ВычислитьрН0,1 н. растворагидроксидааммония, константа диссоциации которого равна 1,8 10–5.

Ответ: 11,1.

8.13.В 1 литре воды растворили 0,224 л (н. у.) углекислого газа. Определить рН раствора, учитывая лишь первую стадию диссоциации

угольной кислоты (Kд1 = 4,5 10–7). Изменение объема не принимать во внимание.

Ответ: 4,17.

8.14.Слили50 мл 0,01 н. раствора уксуснойкислоты и25 мл0,01 н. раствора NaOH. Определить рН полученного раствора.

Ответ: 4,75.

102

103

8.15. Слили 50 мл 0,01 н. раствора гидроксида аммония и 25 мл

 

8.25. ВычислитьрН раствора, которыйполученрастворением0,112 л

0,01 н. раствора солянойкислоты. Определить рН полученного раствора.

(н. у.) аммиакав1 лводы. Константадиссоциацииаммиакаравна1,8 10–5.

Ответ: 9,25.

 

 

 

Ответ: 10,48.

8.16. ОпределитьрНирОНрастворасероводороднойкислоты, если

 

8.26. Вычислить рН 0,05 М раствора уксусной кислоты, содержа-

в 500 мл раствора содержится 0,17 г сероводорода. Принять во внима-

щей 0,05 моль/л ацетата натрия; константа диссоциации уксусной кис-

ние только первую ступень диссоциации кислоты (K

д1

= 5,7 10–8).

лоты равна 1,8 10–5.

Ответ: 4,62; 9,38.

 

 

Ответ: 4,75.

 

 

 

8.17. Можетли рНрастворабыть< 0; можетлирОН растворабыть

 

8.27. Сколько граммов ацетата натрия надо добавить к 1 л 0,01 М

> 14. Ответ мотивировать.

 

 

раствора уксусной кислоты для получения раствора с pH = 5?

8.18. Сколько ионов водорода содержится в 5 мл 0,01 н. раствора

 

Ответ: 1,46 г.

HCl; сколькогидроксид-ионовсодержитсяв10 мл0,01 н. раствораNaOH?

 

8.28. Чему равен рН нейтрального раствора при 80 °С? (При 80 °С

Ответ: 3 1019; 6 1019.

 

 

K = 25,1 10–14.)

8.19. К 200 мл 0,01 М раствора соляной кислоты прибавили 0,04 г

w

Ответ: 6,3.

гидроксида натрия. Определить рН полученного раствора. Изменение

 

8.29. Вычислить рН 0,1 М раствора гидроксида аммония, содержа-

объема раствора не принимать во внимание.

 

 

щего 0,1 моль/л хлорида аммония; константа диссоциации NH4OH рав-

Ответ: 2,3.

 

 

на 1,8 10–5.

8.20. Как изменится рН 0,01 М раствора соляной кислоты при раз-

 

Ответ: 9,25.

бавлении раствора: а) в 10 раз; б) в100 раз? Может лирН раствора стать

 

8.30. К 100 мл 0,0005 М раствора гидроксида бария добавили

больше 7 при дальнейшем разбавлении?

 

 

100 мл 0,0005 М раствора соляной кислоты. Вычислить рН образовав-

Ответ: а) 3; б) 4.

 

 

шегося раствора.

8.21. Определить, как изменяется рН 0,01 н. раствора гидроксида

 

Ответ: 10,4.

натрия при разбавлении: а) в 10 раз; б) в 100 раз. Может ли рН раствора

 

 

стать меньше 7 при дальнейшем разбавлении?

 

 

 

 

Ответ: а) 11; б) 10.

 

 

 

 

8.22.Определить рН раствора, содержащего в 1 л 8,8 г масляной

(бутановой) кислоты (C4H8O2), константа диссоциации которой 1,5 10–5.

Ответ: 2,91.

8.23.Определить константудиссоциации аминоуксусной кислоты, если рН 0,01 М раствора кислоты равен 5,88. Как изменится рН среды,

если из500 мл данного раствора удалить путемиспарения250 мл воды?

Ответ: 1,7 10–10; 5,73.

8.24.НайтирН иконстантудиссоциациислабойкислотыНА, если

=2,2 10–4, C°HA = 0,01 моль/л. Как изменится рН среды, если к 500 мл данногораствораприбавить0,01 мольэтойжекислоты? Изменениеобъе-

ма не принимать во внимание.

Ответ: 5,66, 4,84 10–10, рН нового раствора равен 5,42.

104

105

Раздел 9. ОБМЕННЫЕ РЕАКЦИИ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

Вобменных реакциях, протекающих в растворах электролитов, участвуют находящиеся в растворе ионы, а также недиссоциированные молекулы слабых электролитов, твердые вещества и газы. Сущность протекающих процессов наиболее полно выражается при записи их в форме ионно-молекулярных или ионных уравнений обмена, отражающих состояние электролита в растворе.

Вэтих уравнениях сильные растворимые электролиты, поскольку они полностью диссоциированы, записывают в виде ионов, а слабые малорастворимые электролиты и газообразные вещества – в виде молекул. В ионном уравнении одинаковые ионы из обеих ее частей исключаются.

Обменные реакции в растворах электролитов протекают в направлениисвязыванияионов, приводящегокобразованиюмалорастворимых веществ (осадка или газа) либо молекул слабых электролитов.

Пример 1. Написать ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействиямеждуводнымирастворамиследующихвеществ: а) HCl

иNaOH; б) Pb(NO3)2 и Na2S; в)K2S и H2SO4; г) CH3COOH и NaOH.

Решение: а) Уравнение реакции в молекулярном виде:

HCl NaOH ο NaCl H2O

Взаимодействие этих веществ возможно, поскольку происходит связывание ионов с образованием слабого электролита – H2O.

Уравнение реакции в полном ионно-молекулярном виде:

H Cl Na OH ο Na Cl H2O

Исключив одинаковые ионы из обеих частей равенства (Na+ и Cl), получим краткое ионно-молекулярное уравнение реакции

H OH ο H2O

б) Уравнение реакции в молекулярном виде: Pb(NO3)2 Na2S ο πPbS 2NaNO3

Взаимодействие этих веществ возможно, поскольку происходит связывание ионов с образованием осадка (PbS).

Уравнение реакции в полном ионно-молекулярном виде:

Pb 2 2NO3 2Na S 2 ο PbS 2Na 2NO3

Краткое ионно-молекулярное уравнение реакции

Pb 2 S 2 ο PbS

в) Уравнение реакции в молекулярном виде:

K2S H2SO4 ο K2SO4 νH2S

Взаимодействие этих веществ возможно, поскольку происходит связывание ионов с образованием газа (H2S).

Уравнение реакции в полном ионно-молекулярном виде:

2K S 2 2H SO4 2 ο H2S 2K SO4 2

Краткое ионно-молекулярное уравнение реакции

S 2 2H ο H2S

г) Уравнение реакции в молекулярном виде (реакция нейтрализации):

CH3COOH NaOH λ CH3COONa H2O

Уравнение реакции в полном ионно-молекулярном виде:

CH3COOH Na OH λ CH3COO Na H2O

Краткое ионно-молекулярное уравнение реакции

CH3COOH OH λ CH3COO H2O

Взаимодействие этих веществ возможно, поскольку происходит связывание ионов с образованием слабых электролитов (H2O), осадка

(PbS), газа (H2S).

Вреакциинейтрализацииисходноевещество(CH3COOH) ипродукт реакции(H2O) – слабыеэлектролиты, нотак какреакцииидутвсторону большего связывания ионов, а вода – более слабый электролит, чем уксуснаякислота, торавновесиереакциисмещеновсторонуобразования воды. Однако до конца такая реакция протекать не будет: в растворе останется небольшое количество недиссоциированных молекул CH3COOH и ионов ОН.

Пример 2. Составить молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения:

а) SO3 2 2H ο SO2 H2O

б) Pb 2 CrO4 2 ο PbCrO4

в) HCO3 OH ο CO3 2 H2O

г) (ZnOH) H+ ο Zn 2 H2O

106

107

В левой части данных ионно-молекулярных уравнений указаны свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов, следовательно, при составлении молекулярных уравненийследуетисходитьизсоответствующихрастворимыхсильных электролитов, например:

а) Na2SO3 2HCl ο 2NaCl SO2 H2O б) Pb(NO3)2 К2CrO4 ο πPbCrO4 2КNO3 в) КHCO3 + КOH ο К2CO3 + H2O

г) ZnOHCl HCl ο ZnCl2 H2O

При растворении солей в воде наряду с процессами электролитическойдиссоциациис образованиемгидратированных ионовмогутпротекать обменные реакции между молекулами воды и растворенного вещества, называемые гидролизом.

Следует помнить, что вода является очень слабым электролитом. Равновесие реакции

H2O λ OH H или 2Н2О λ Н3О+ + ОН характеризует ионное произведение воды (8.3)

Kw [H ][OH ] 10 14 (t 25 °С).

Изменение рН при растворении солей в воде является одним из основных признаков, указывающих на протекание в растворе гидролиза. Следуетиметьввиду, чтосоли, образованныесильнымоснованиеми сильной кислотой, гидролизу не подвергаются.

Характер гидролиза растворенного вещества определяется природойсоли. Различают несколько вариантов взаимодействиясоли с водой.

Пример 3. Соль, образованная сильнымоснованием и слабой кислотой, гидролизуется по аниону, так как анион образует с ионами водорода воды слабодиссоциирующее соединение:

КСN + Н2О λ КОН + НСN

или в ионной форме

СN+ Н2О λ ОН+ НСN Реакция среды щелочная (рН > 7).

Соли, образованные многоосновной слабой кислотой, гидролизуются ступенчато:

1.

К2СО3 + Н2О λ КНСО3

+ КОН

или в ионной форме

СО 2 Н О λ НСО + ОН

 

3

2

3

 

2.

КНСО3

+ Н2О λ Н2СО3

+ КОН

или в ионной форме

НСО3

Н2О λ Н2СО3

+ ОН

Пример 4. Соль, образованная слабымоснованиеми сильной кислотой, гидролизуется по катиону, так как катион образует с ионами гидроксила слабодиссоциирующее соединение. Так как врезультате гидролиза образуется сильная кислота, то раствор такой соли имеет рН < 7. Соли слабых многокислотных оснований гидролизуются ступенчато:

1.Fe2(SO4)3 2О λ 2FeОНSO4 + Н2SO4 Fe+3 + Н2О λ (FeОН)+2 + Н+

2.2FeОНSO4 + 2Н2О λ [Fe(ОН)2]2SO4 + Н2SO4 (FeОН)+2 + Н2О λ Fe(ОН)2+ + Н+

3.[Fe(ОН)2]2SO4 + 2Н2О λ 2Fe(ОН)3 + Н2SO4

Fe(ОН)2+ + Н2О λ Fe(ОН)3 + Н+

Пример 5. Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой, гидролизуется и по катиону, и по аниону:

СН3СООNН4 + Н2О λ 4ОН + СН3СООН

СН3СОО+ NН4+ + Н2О λ 4ОН + СН3СООН

pН среды зависит от силы образующихся слабых кислоты и основания, обычно для растворов таких солей рН составляет 6–8.

Количественно реакции гидролиза характеризуются степенью гидролиза г и константой гидролиза Kг.

Степеньюгидролизаназываютотношениечислагидролизованных молекул Сг к общему исходному числу молекул растворенной соли СМ:

Сг

(9.1)

г СМ

Степень гидролиза в первую очередь зависит от природы гидролизующейся соли: чем более слабым электролитом образована соль, тем в большей степени она гидролизуется.

Константугидролизаможнорассчитатьисходяизданныхобионном произведении воды и константы диссоциации образующегося в результате гидролиза слабого основания или слабой кислоты.

Для гидролизующейся соли, образованной слабой одноосновной кислотой и сильным основанием,

Kг

Kw

.

(9.2)

 

Kдкисл

 

108

109

Константа гидролизасоли сильной кислоты ислабого однокислотного основания

Kг

Kw

.

(9.3)

 

 

Kдосн

 

Константа гидролиза соли слабого однокислотного основания и слабой одноосновной кислоты

Kг

Kw

.

(9.4)

Kдосн Kдкисл

 

 

 

Константа гидролиза позволяет приближенно вычислить степень гидролиза соли ( г), а также рН раствора. Степень гидролиза связана с константой гидролиза, зависимостью, аналогичной зависимости, выраженнойзакономразбавленияОствальдадлядиссоциациислабогоэлектролита:

 

 

 

 

 

 

 

 

2 С

М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kг

 

 

г

.

 

 

 

(9.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1

г)

 

 

 

 

 

 

Чащевсегогидролизованнаячастьсолиоченьмала, аконцентрация

продуктовгидролизанезначительна. Вэтомслучае

г << 1 исвязьмежду

K

и

г

выражается более простым соотношением:

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K =

 

2 С ,

или

г

Kг

.

(9.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

г

г

 

М

 

 

 

СМ

 

Пример 6. Вычислить степень гидролиза ацетата натрия в 0,1 М растворе и рН раствора.

Решение. Составим уравнение реакции гидролиза:

СН3СООNа + Н2О λ СН3СООН + NаОН СН3СОО- + Н2О λ СН3СООН + ОН

Длявычислениястепенигидролизасначаларассчитываемконстанту гидролиза соли, воспользовавшись значением константы диссоциации уксусной кислоты (1,8 10 5).

 

K

w

1 10 14

 

Kг

 

 

 

10

 

 

 

5,56 10 .

Kдкисл

1,8 10 5

Найдем степень гидролиза:

 

 

 

 

Kг

5,56

10 10

 

5

г

 

 

 

7,5 10

.

СМ

0,1

 

 

Для расчета рН следует учесть, что концентрация образовавшейся уксусной кислоты равна концентрации ионов ОН- и каждая из этих величин равна той части моля исходной соли, которая подверглась

гидролизу. Такимобразом, [ОН] =

г

С

 

7,5 10 5

0,1

7,5 10 6 моль/л.

 

М

 

 

5,12. Отсюда

Следовательно, рОН lg [ОН ]

lg [7,5 10 6]

рН = 14 рОН 14 5,12 8,88.

При ступенчатом гидролизе солей, образованных слабыми многоосновными кислотами, каждая ступень характеризуется своим значением константы и степени гидролиза. Для соли, образованной слабой двухосновной кислотой, константа гидролиза соответственно первойи второй ступени

Kг I

 

Kw

, Kг II

 

 

 

Kw

.

 

 

 

 

Kдкисл. II

 

 

Kдкисл. I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 7. Определить рН

 

0,1 М раствора ортофосфата калия,

учитывая гидролиз соли только по первой ступени.

 

 

 

Решение. Уравнение реакции гидролиза (I ступень):

 

K3РО4 + Н2О λ K2НРО4 + KОН

 

 

 

 

РО

–3 + Н О λ НРО

–2

+ ОН

 

 

 

 

 

4

2

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

Константа гидролиза по этой ступени определяется константой

диссоциации образовавшейся слабой кислоты НРО –2

, т.

е. третьей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

1,3

10 12).

константой диссоциации ортофосфорной кислоты (K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д III

 

 

Kг I

 

 

 

Kw

1 10 14

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7,7 10

.

 

 

 

Kдкисл. III

 

 

 

 

 

 

 

 

1,3 10 12

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитываем степень гидролиза:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KгI

7,7

10 3

 

 

2

 

 

г

 

 

 

 

2,8 10

.

 

 

С

0,1

 

 

 

М

 

 

 

 

 

Концентрация образовавшихся гидроксид-ионов следующая:

[ОН]

г СМ

2,8 10 2 0,1

2,8 10 3

моль/л. Следовательно,

рОН

lg [ОН ]

lg [2,8 10 3]

2,55. Отсюда рН = 14 – рОН = 11,45.

110

111

Есливрастворгидролизующейсясоливвестиреагент, связывающий при гидролизе ионы Н+ или ОН, то в соответствии с принципом Ле Шателье равновесие сместится в сторону усиления гидролиза. При этомионыН+ илиОНможносвязатьвмолекулыводы, добавиввраствор не только щелочь или кислоту, но и другую соль, гидролиз которой приводит к увеличению в растворе ионов ОНили Н+, что вызовет взаимное усиление гидролиза обеих солей.

Например, при смешивании растворов Na2CO3 и АlCl3, в которых соответственно имеется избыток ионов ОНи Н+, взаимное усиление гидролиза приводит к выделению CO2 и образованию осадка Аl(ОН)3:

2АlCl3 3Na2CO3 2O λ π2Аl(ОН)3 + ν3СО2 + 6NaCl

2Аl+3 + 3СО3 2 2O λ π2Аl(ОН)3 +ν3СО2

Равновесие гидролиза можно сместить изменением концентрации исходной соли и температуры. Разбавление раствора и повышение температуры ведет к усилению гидролиза.

ЗАДАЧИ*

9.1.а) Какие из веществ – NaCl, NiSO4, Be(OH)2, KHCO3

взаимодействуют с раствором гидроксида натрия? Записать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения этих реакций.

б) Какие из солей Al2(SO4)3, KCl, K2S, Pb(NO3)2 подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

в) Вычислить константу гидролиза хлорида аммония. Каковы степень гидролиза соли в 0,1 М растворе и рН раствора?

9.2.а) Составить молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями

Be(OH)2 + 2ОН ο BeO2 2 2O

СН3СОО+ Н+ ο СН3СООН

Са 2 SO4 2 ο πСаSO4

б) Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей Pb(NO3)2, Nа2СO3, Fe2(SO4)3. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

* При решениизадач данногоразделав необходимыхслучаяхследуетпользоваться данными табл. 5 приложения.

в) Вычислить константу гидролиза гипохлорита калия. Каковы степень гидролиза соли в 0,1 М растворе и рН раствора?

9.3. а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения реакцийвзаимодействияврастворахмеждуFeCl3 иKOH; NiSO4 и(NH)2S; MgCO3 и HNO3.

б) Какие из солей NаВr, Nа2S, K23, СоСl2 подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

в) Вычислить константу гидролиза формиата натрия НСООNа. Каковы степень гидролиза соли в 0,1 М растворе и рН раствора?

9.4. а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения реакций взаимодействия в растворах между H2SO3 и Ва(OH)2; FeCl3

и NH4OH; СН3СООNа и HCl.

б) Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролизасолейСuСl2, Сs23, Сr(NO3)3. КакоезначениерН(>7<) имеют растворы этих солей?

в) Вычислить степень гидролиза ацетата натрия в 0,1 М растворе. Каков рН этого раствора?

9.5. а) Составить молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями

Zn 2 H2S ο ZnS 2Н+

НСО3 H ο Н2О + СО2

Ag Cl ο AgCl

б) Какие из солей K23, FeCl3, K24, ZnСl2 подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

в) Вычислитьконстантугидролизафторида калия. Каковыстепень гидролиза соли в 0,01 М растворе и рН раствора?

9.6. а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения реакцийвзаимодействияврастворахмеждуCdS иHCl; Сr(ОН)3 иNаOH;

Ва(OH)2 и СоCl2.

б) При смешении растворов Аl2(SО4)3 и Na23 каждая из взятых солей гидролизуется необратимо и до конца с образованием соответствующихоснованияикислоты. Составитьионно-молекулярные и молекулярные уравнения происходящего совместного гидролиза.

112

113

в) Вычислить константу гидролиза карбоната натрия по первой ступени. Каковыстепеньгидролизасолив0,1 МраствореирНраствора?

9.7. а) Составить молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями

Fe(ОН)3 3H ο Fe 3 2О

Cd+2 + 2ОH ο Cd(ОН)2

Н+ + NО2 ο НNО2

б) Какая из двух солей при равных условиях в большей степени подвергается гидролизу: Na23 или Na23; FeCl3 или FeCl2? Почему? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

в) Вычислить константу гидролиза сульфита натрия по первой ступени, степень гидролиза соли в 0,1 М растворе и рН раствора.

9.8. а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения реакций взаимодействия в растворах между Nа3РО4 и СаCl2; K2СО3

и ВаCl2; Zn(ОН)2 и KOH.

б) Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей NH4HS, K23, NH4Сl. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

в) Вычислитьконстантугидролиза цианидакалия. Каковыстепень гидролиза соли в 0,1 М растворе и рН раствора?

9.9. а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения реакций взаимодействия в растворах между Ве(ОН)2 и NаОН; Сu(ОН)2

и НNО3; ZnОНNО3 и НNО3.

б) При смешивании растворов FeCl3 и Na23 каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразить этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.

в) Вычислить константу гидролиза ортофосфата натрия по первой ступени. Каковастепеньгидролизасолив0,4 МраствореирНраствора?

9.10. а) Составить молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями

СаСО3 + 2H ο Са+2 + Н2О + СО2 Аl(ОН)3 + ОH ο АlО2+ 2Н2О

Pb+2 + 2I ο PbI2

б) Какие из приведенных солей гидролизуются ступенчато: KСN, MgCl2, Na2S, NH4Cl? Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

в) Вычислить и сравнить степень гидролиза соли и рН среды

в0,1 М и 0,001 М растворах цианида натрия.

9.11.а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения

реакций взаимодействия в растворах междуAgNO3 и K2Cr2O4; Pb(NО3)2

и KI; CdSO4 и Na2S.

б) Какие из приведенных солей KI, KCH3COO, Ca(CN)2, Ca(NO3)2 подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнениягидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

в) Определить рН 0,02 н. раствора карбоната натрия Na23, учитывая только первую ступень гидролиза.

9.12.а) Какие из веществ KНСО3, СН3СООН, NiSO4, Na2S взаимодействуютсрастворомсернойкислоты? Написатьмолекулярныеиионномолекулярные уравнения этих реакций.

б) Какие из солей RbCl, Cr2(SO4)3, Ni(NO3)2, Na2SO3 подвергаются гидролизу? Составить ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

в) При 60 °С ионное произведение воды Kw = 10–13. Считая, что константа диссоциации хлорноватистой кислоты не изменяется с температурой, определить рН 0,001 н. раствора KСlО при 60 °С.

9.13.а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения

реакцийвзаимодействияврастворахмеждуSn(OH)2 иHСl; BeSO4 иKOH; NH4Cl и Ba(OH)2.

б) КрастворуAl2(SO4)3 добавилиследующиевещества: Н2SO4; KОН; Na2SO3. Вкакихслучаяхгидролизсульфатаалюминияусилится? Почему? Составитьионно-молекулярные уравнения гидролизасоответствующих солей.

в) Вычислить константу гидролиза и степень гидролиза фторида натрия в 0,1 М растворе. Рассчитать рН раствора.

9.14.а) Составить по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями

Cu 2 S 2 ο CuS

SiO3 2 2H ο H2SiO3

б) Написатьвмолекулярнойиионнойформахуравнениягидролиза и указать реакцию водных растворов солей Na2S, NH4НSO3,

Сu(CH3COO)2.

114

115

в) Вычислитьконстантугидролизанитратааммония. Каковастепень гидролиза соли в 0,1 М растворе и рН раствора?

9.15. а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения реакцийвзаимодействияврастворахмеждуCuSO4 иH2S; BаСO3 иHNO3; FeCl3 и KOH.

б) Написатьвмолекулярнойиионнойформахуравнениягидролиза и указать реакцию водных растворов солей: а) (NH4)2SO3; б) НСООK;

в) Са(NO3)2.

в) Вычислить константу гидролиза сульфида натрия по первой ступени в 0,001 М растворе и рН раствора.

9.16. а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения реакций взаимодействия в растворах между KHCO3 и H2SO4; Zn(OH)2

и NaOH; CaCl2 иAg NO3.

б) Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза солей K2CO3, Li2S, Mg(NO3)2. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

в) Вычислитьконстантуистепеньгидролизаацетатакалияв0,001 М растворе и рН раствора.

9.17. а) Какие из веществ – Al(OH)3; H2SO4; Ba(OH)2 – взаимо-

действуютсгидроксидомкалия? Выразитьэтиреакциимолекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

б) Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза солей Na2SiO3, (NH4)2S, HCOOK. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

в) Вычислить константу и степень гидролиза формиата натрия

в0,01 М растворе и рН раствора.

9.18.а) Составить по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

Fe 2 OH ο Fe(OH)2

Ca 2 CO3 2 ο CaCO3

б) Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза солей (NH4)3PO4, CH3COONa, Al(NO3)3. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

в) Вычислить константу гидролиза нитрата аммония, определить степень гидролиза этой соли в 0,01 М растворе и рН раствора.

9.19. а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения реакций, протекающих при смешении следующих растворов: серной

кислоты и гидроксида кальция; гидроксида магния и соляной кислоты; гидроксида цинка и избытка гидроксида натрия.

б) К раствору Fe2(SO4)3 добавили следующие вещества: H2SO4; NaOH; KNO2. Вкаких случаяхгидролиз сульфата железа (III) усилится? Почему? Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.

в) СравнитьстепеньгидролизасолиирНсредыв0,01 Ми0,001 М растворах цианида лития.

9.20. а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения реакций взаимодействия в растворах между Аl(OH)3 и HCl; CrOHCl2

и HCl; Ba(OH)2 и H2S.

б) Написатьвмолекулярнойиионнойформахуравнениягидролиза и указать реакцию водных растворов солей Ba(CH3COO)2, Na2S,

Fe(OH)в)2Cl.рН 0,1 М раствора натриевой соли некоторой одноосновной кислоты равен 10. Вычислить константу диссоциации этой кислоты.

9.21. а) Составить по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями

Ag Br ο AgBr

Ba 2 CO3 2 ο BaCO3

б) Написатьвмолекулярнойиионнойформахуравнениягидролиза иуказатьреакциюводныхрастворовсолейCH3COOK, NH4NO2, Ca(NO2)2.

в) Вычислитьстепеньгидролизаиконстантугидролизагипохлорита натрия в 0,01 М растворе и рН раствора.

9.22. а) Составить молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями

NO2 H ο НNO2

Cu 2 2ОH ο Cu(ОН)2

Bi+3 + 3I ο BiI3

б) Какие из приведенных солей – NaI, HCOOK, BaS, NH4NO3 – подвергаютсягидролизу? Составитьмолекулярные иионныеуравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

в) Вычислить рН 0,1 н. раствора сульфита калия K2SO3, учитывая только первую ступень гидролиза.

9.23. а) Составитьмолекулярныеиионно-молекулярныеуравнения реакцийвзаимодействияврастворахNH4OH иHCl; (MgOH)2SO4 иH2SO4; Ca(OH)2 и H3PO4.

116

117

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]