«Задания для студенток заочного отделения технологических специальностей Составили. Г. Г. Мельченко В. А. Старовойтова В. П. Гуськова Н. В. Юнникова Г. Н. Микилева В. Ф. Юстратова Л. С. Сизова Утвержд (стр. 3 из 19)

(CuOH)₂SO₄ + 2H₂O 2Cu(OH)₂+ H₂SO₄

(CuOH)⁺+ H₂O Cu(OH)₂ + H⁺

Гидролиз по второй ступени практически не протекает , так как накапливающиеся ионы Н⁺ препятствуют прохождению гидролиза по II ступени. В случае солей, имеющих многозарядные ионы гидролиз может протекать и значительно сложнее; среди продуктов гидролиза могут быть обнаружены и комплексные соединения (например, аквакомплексы).

2. Гидролиз солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой (гидролиз по аниону, рН>7)

KNO₂+ H₂O KOH + HNO₂

NO₂^- + H₂O HNO₂ + OH^-.

3. Гидролиз солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой (гидролиз по катиону и аниону, рН зависит от силы образующихся кислоты и основания):

CH₃COONH₄ + H₂O CH₃COOH + NH₄OH

CH₃COO ^- + NH₄⁺ + H₂O CH₃COOH + NH₄OH.

РН = 7, так как образовавшиеся кислота и основание равны по силе приблизительно: К_Д (СН₃СООН) = 1,7 × 10 ^–5, К_Д (NН₄ОН) = 1,76 × 10 ^–5.

В большинстве случаев гидролиз является обратимым процессом, но некоторые из солей, образованные очень слабым основанием и очень слабой кислотой подвергаются необратимому гидролизу. Например, полному гидролизу подвергаются сульфиды и карбонаты трехзарядных катионов Al³⁺, Fe³⁺, Cu³⁺:

Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S

Поэтому сульфиды этих элементов могут быть получены только сухим путем.

Реакции гидролиза применяют в аналитической химии для обнаружения отдельных ионов, регулирования кислотности и щелочности растворов, разделения ионов в качественном анализе. Для подавления гидролиза увеличивают концентрацию соли в растворе, снижают его температуру или вводят в раствор один из продуктов гидролиза (чаще кислоту или основание).

2.1.1. Контрольные задания

Напишите уравнения реакций гидролиза и укажите реакцию среды растворов. Как подавить или усилить гидролиз приведенных соединений ?

1. KCl, NaNO₂, NH₄Cl 6. KNO₃, Na₂S, ZnCl₂

2. CH₃COOK, Na₂SO₄, AlCl₃7. Na₂CO₃, CoCO₄, LiNO₃

3. NaCl, CH₃COOLi, (NH₄)₂S 8. FeCl₂, Li₂SO₄, NaF

4. NaCN, LiNO₃, NH₄NO₂9. NaNO₃, K₂S, Cu(NO₃)₂

5. KF, FeSO₄, K₂SO₄ 10. CaCl₂, K₂CO₃, NiSO₄

2.2. Вычисление рН и рОН в водных растворах электролитов

Расчеты рН водных растворов необходимы при построении кривых титрования, выборе условий проведения аналитических реакций, осаждения осадков, выборе индикаторов. При вычислении рН необходимо иметь сведения о составе раствора. В табл. 1 приведены формулы расчета рН в растворах сильных и слабых кислот и оснований, буферных растворах и растворах солей, подвергающихся гидролизу.

Если в растворе присутствует смесь сильной и слабой кислот, то ионизация слабой кислоты практически подавлена сильной кислотой. Поэтому при приближенном расчете рН в таких растворах пренебрегают присутствием слабых кислот (имеющих рК>4) и используют формулу расчета, применяемую для сильных кислот (5). Эти же рассуждения верны, если в растворе присутствует смесь сильного и слабого основания. Вычисление рН раствора ведут по формуле (6).

Если в растворе присутствует смесь сильных оснований или сильных кислот, то вычисление рН ведут по формулам расчета рН для сильных оснований или кислот (5, 6), предварительно просуммировав концентрации компонентов.

Если же раствор содержит сильную кислоту и ее соль или сильное основание и его соль, то рН зависит только от концентрации сильной кислоты или основания.

Таблица 1

Формулы для вычисления рН растворов в зависимости от их состава

Состав раствора	Формула расчета рН	Порядковый номер формулы
Сильная кислота (HCl, HNO₃, HBr, HI)	PH = - lg C_кис	5
Сильное основание (NaOH, KOH)	РОН = - lg C_осн.; рН = 14 – рОН РН = 14 + lg C_осн	6
Слабая кислота		7
Слабое основание		8
Буферный раствор, состоящий из слабой кислоты и ее соли		9
Буферный раствор, состоящий из слабого основания и его соли		10
Раствор соли, подвергающейся гидролизу по аниону		11
Раствор соли, подвергающейся гидролизу по катиону		12

Если в растворе присутствует слабая кислота и ее соль или слабое основание и его соль, то эта смесь представляет собой буферный раствор. Рассчитывают рН по формулам (9, 10).

Если в растворе присутствует соль, образованная сильной кислотой и слабым основанием или слабой кислотой и сильным основанием, то эти соли подвергаются гидролизу; рассчитывают рН по формулам (11, 12).

2.2.1. Примеры вычислений рН водных растворов

При вычислении рН водных растворов придерживаемся следующей последовательности.

1. Определяем природу веществ, входящих в состав раствора, и подбираем формулу для расчета рН (табл. 1).

2. Если в растворе присутствует слабая кислота или основание, находим по справочнику или в приложении значение рК этого соединения.

3. Подставляем числовые значения молярной концентрации и рК в расчетную формулу и вычисляем значение рН раствора.

В том случае, если смешиваем растворы двух веществ, вступающих в реакцию, то рассчитываем концентрацию вещества, взятого в избытке (при Z^*= 1) по формуле:

, моль/дм³ (13)

где А – вещество, которое находится в избытке.

Пример 1. Вычислите рН раствора, в состав которого входит азотная кислота, С(HNO₃) = 1× 10^-2 моль/дм³ и борная кислота, С(Н₃ВО₃) = 0,1 моль/дм³.

Азотная кислота относится к сильным кислотам. Борная кислота – слабая кислота, значение рК Н₃ВО₃ = 9,24 (см. справочник или приложение табл. 2). В этом случае рН раствора зависит лишь от концентрации сильной азотной кислоты. Рассчитываем рН по формуле (5).

РН = - lg C(HNO₃), pH = - lg 1× 10 ^–2 = 2

Пример 2. Вычислите рН раствора, состоящего из смеси гидроксида натрия, С(NaOH) = 0,025 моль/дм³, и гидроксида калия, С (КОН) = 0,075 моль/дм³.

Решение. Гидроксид натрия и гидроксид калия относятся к сильным основаниям (щелочам), поэтому прежде, чем вычислять значение рН по формуле (6), необходимо суммировать концентрации щелочей.

1) С(NaOH) + C(KOH) = 0,025 + 0,075 = 0,1 моль/дм³;

2) pOH = - lg0,1 = 1, pH = 14 – 1 = 13.

Пример 3. К 15,00 см³раствора гидроксида натрия С(NaOH) = 0,2000 моль/дм³ прибавили 50,00 см³ раствора муравьиной кислоты, С(НСООН) = 0,1050 моль/дм³. Вычислите рН полученного раствора.

Решение.

1. Записываем уравнение химической реакции:

NaOH + HCOOH HCOONa + H₂O

2. При вычислении рН в растворе муравьиной кислоты следует учитывать, что диссоциация кислоты протекает не полностью, поэтому по справочнику находим значение рК.

3. Чтобы определить состав полученного после смешивания раствора, необходимо знать соотношение количеств реагирующих веществ:

0,2000 ×15 < 0, 1050 × 50.

Количество гидроксида натрия меньше, чем муравьиной кислоты. Он весь вступит в химическую реакцию образования соли HCOONa. Кроме соли в растворе присутствует муравьиная кислота, которая взята в избытке. Таким образом, мы получим буферный раствор который состоит из слабой кислоты и ее соли.

4. рН рассчитываем по формуле (9):