Ионное произведение воды. Водородный показатель
Вода слабо диссоциирует на ионы Н+ и ОН–:
Н2О « Н+ + ОН–
При диссоциации абсолютно чистой воды концентрации Н+ и ОН– равны. Концентрацию ионов выражают в моль/л. Установлено, что при 298 К
[Н+] = [ОН–] = 10–7 моль/л.
Произведение [Н+] • [ОН–] называется ионным произведением воды и численно равно 10–14 при 298 К.
Кв = [Н+] • [ОН–] = 10–14
В кислом растворе [Н+]>10–7 моль/л, [ОН–]<10–7 моль/л.
В щелочном растворе [Н+]<10–7 моль/л, [ОН–]>10–7 моль/л.
Для характеристики среды, кислотности, щелочности введено понятие водородного показателя рН, который равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода
рН = -lg[H+]
В нейтральном растворе рН=7;
в кислых растворах рН<7;
в щелочных растворах рН>7.
рОН – гидроксильный показатель, он равен
рОН = -lg[OH–]
рН + рОН = 14
Реакцию среды на практике можно определить при помощи кислотно-основных индикаторов, которые меняют свой цвет в зависимости от рН раствора. К наиболее распространенным относятся лакмус, фенолфталеин и метилоранж.
Окраска индикаторов в различных средах
Индикатор | Цвет индикатора в средах | ||
в кислой | в нейтральной | в щелочной | |
Метилоранж | красный | оранжевый | желтый |
Фенолфталеин | бесцветный | бесцветный | малиновый |
Лакмус | красный | фиолетовый | синий |
Типы гидролиза солей
Химическое взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к образованию слабого электролита и сопровождающееся изменением рН раствора, называется гидролизом солей.
Любую соль можно представить как продукт взаимодействия кислоты и основания. Тип гидролиза соли зависит от природы основания и кислоты, образующих соль. Возможны 3 типа гидролиза солей.
Гидролиз по аниону идет, если соль образована катионом сильного основания и анионом слабой кислоты.
Например, соль СН3СООNa образована сильным основанием NaOH и слабой одноосновной кислотой СН3СООН. Гидролизу подвергается ион слабого электролита СН3СОО–.
Ионно-молекулярное уравнение гидролиза соли:
СН3СОО– + НОН « СН3СООН + ОН–
Ионы Н+ воды связываются с анионами СН3СОО– в слабый электролит СН3СООН, ионы ОН– накапливаются в растворе, создавая щелочную среду (рН>7).
Молекулярное уравнение гидролиза соли:
CH3COONa + H2O « CH3COOH + NaOH
Гидролиз солей многоосновных кислот протекает по стадиям, образуя в качестве промежуточных продуктов кислые соли.
Например, соль K2S образована сильным основанием КОН и слабой двухосновной кислотой H2S. Гидролиз этой соли протекает в две стадии.
1 стадия: S2– + HOH « HS– + OH–
K2S + H2O « KHS + KOH
2 стадия: HS-– + HOH « H2S + OH–
KHS + H2O « H2S + KOH
Реакция среды щелочная (pH>7), т.к. в растворе накапливаются ОН–-ионы. Гидролиз соли идет тем сильнее, чем меньше константа диссоциации образующейся при гидролизе слабой кислоты (табл.3). Таким образом, водные растворы солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой, характеризуются щелочной реакцией среды.
Гидролиз по катиону идет, если соль образована катионом слабого основания и анионом сильной кислоты. Например, соль CuSO4 образована слабым двухкислотным основанием Cu(OH)2 и сильной кислотой H2SO4. Гидролиз идет по катиону Cu2+ и протекает в две стадии с образованием в качестве промежуточного продукта основной соли.
1 стадия: Cu2+ + HOH « CuOH+ + H+
2CuSO4 + 2H2O « (CuOH)2SO4 + H2SO4
2 стадия: CuOH+ + HOH « Cu(OH)2 + H+
(CuOH)2SO4 + 2H2O « 2Cu(OH)2 + H2SO4
Ионы водорода Н+ накапливаются в растворе, создавая кислую среду (рН<7). Чем меньше константа диссоциации образующегося при гидролизе основания, тем сильнее идет гидролиз.
Таким образом, водные растворы солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, характеризуются кислой реакцией среды.
Гидролиз по катиону и аниону идет, если соль образована катионом слабого основания и анионом слабой кислоты. Например, соль CH3COONH4 образована слабым основанием NH4OH и слабой кислотой СН3СООН. Гидролиз идет по катиону NH4+ и аниону СН3СОО–:
NH4+ + CH3COO– + HOH « NH4OH + CH3COOH
Водные растворы такого типа солей, в зависимости от степени диссоциации образующихся слабых электролитов имеют нейтральную, слабокислую или слабощелочную среду.
При смешивании растворов солей, например CrCl3 и Na2S каждая из солей гидролизуется необратимо до конца с образованием слабого основания и слабой кислоты.
Гидролиз соли CrCl3 идет по катиону:
Cr3+ + HOH « CrOH2+ + H+
Гидролиз соли Na2S идет по аниону:
S2– + HOH « HS– + OH–
При смешивании растворов солей CrCl3 и Na2S происходит взаимное усиление гидролиза каждой из солей, так как ионы Н+ и ОН– образуют слабый электролит Н2О и ионное равновесие каждой соли смещается в сторону образования конечных продуктов: гидроксида хрома Cr(OH)3 и сероводородной кислоты H2S.
Ионно-молекулярное уравнение совместного гидролиза солей:
2Cr3+ + 3S2– + 6H2O = 2Cr(OH)3¯ + 3H2S
Молекулярное уравнение:
2CrCl3 + 3Na2S + 6H2O = 2Cr(OH)3 + 3H2S + 6NaCl
Соли, образованные катионами сильных оснований и анионами сильных кислот, гидролизу не подвергаются, так как ни один из ионов соли не образует с ионами Н+ и ОН– воды слабых электролитов. Водные растворы таких солей имеют нейтральную среду.
Ваша оценка?