Гидролиз

5.3. Гидролиз

Обменная реакция между водой и соединением называется гидролизом.

Гидролиз солей - взаимодействие в водных растворах катио­нов и (или) анионов солей с молекулами воды, при котором к катиону, оказавшемуся в растворе, присоединяется группа ОН^- , а к аниону - ион Н⁺ молекулы воды.

В результате гидролиза в растворе появляются ионы Н⁺ и ОН^-, и среда становится соответственно кислой или щелочной.

Возможны следующие случаи гидролиза солей:

1) по аниону,

2)катиону,

3) катиону и аниону одновременно.

Рассмотрим подробно каждый из этих случаев.

Рекомендуемые материалы

Гидролиз по аниону. Ему подвергаются соли, образованные катионом сильного основания и анионом слабой кислоты (К₂СОз, Na₂S, Na₂SO₃, K₃PO₄ и др.). При гидролизе создается щелочная среда (рН > 7). Например:

1) в растворе CH₃COONa диссоциирует:

CH₃COONa « CH₃COO^- + Na⁺;

2)        катионы Na⁺, отвечающие сильному основанию, с моле­кулами Н₂О не реагируют:

Na⁺ + НОН реакция не идет;

3)        анионы СН₃СОО^- слабой кислоты реагируют с молекула­ми воды, гидролизуются:

CH₃COO^- + НОН « СНзСООН + ОН^-;

4) молекулярное уравнение гидролиза:

CH₃COONa + НОН « СН₃СООН + NaOH.

Гидролиз многозарядного аниона протекает ступенчато из-за ступенчатой диссоциации многоосновных кислот, при обыч­ных условиях он проходит, в основном, по первой ступени.

Гидролиз по катиону. Ему подвергаются соли, образован­ные катионом слабого основания и анионом сильной кислоты (NH₄Br, ZnCl₂, Cu(NO₃)₂ и др.). При гидролизе таких солей идет подкисление среды (рН < 7). Например:

1) в растворе А1С1₃ диссоциирует:

А1С1₃ « AI³⁺ + ЗСl^-;

2)        анионы сильной хлороводородной кислоты ионы Cl^- гид­ролизу не подвергаются:

Сl^- + НОН реакция не идет;

3) катионы же слабого основания Аl³⁺ гидролизуются:

А1³⁺ + НОН «  АlОН²⁺ + H⁺,

4) молекулярное уравнение гидролиза:

А1С1₃ + Н₂О «  А1ОНС1₂ + НС1.

Гидролизом по второй и третьей ступени при обычных ус­ловиях можно пренебречь.

Гидролиз по катиону и аниону. Таким образом гидролизу­ются соли, образованные катионом слабого основания и анионом слабой кислоты. рН раствора солей типа СНзСООNН₄ зависит от соотошения константы диссоциации кислоты и основания. Если K_дис кислоты больше, то раствор имеет слабокислую реакцию, ес­ли наоборот, то среда будет слабощелочная. Например:

1) в растворе CH₃COONH₄ диссоциирует:

CH₃COONH₄ «  СНзСОО^- + NH₄⁺;

2)        так как уксусная кислота и гидроксид аммония являются слабыми электролитами, то гидролизу подвергается как катион, так и анион.

Катионы же слабого основания NH₄⁺ гидролизуются:

NH₄⁺ + НОН «  NH₄OH + Н⁺;

3)        анионы СН₃СОО^- слабой кислоты реагируют с молекула­ми воды, гидролизуются:

СНзСОО^- + НОН «  СНзСООН + ОН^-;

4) уравнение обратимого гидролиза:

CH₃COONH₄ + НОН «  СНзСООН + NH₄OH.

В случае гидролиза данной соли среда будет слабощелочная:

К_дис(СНзСООН) =1,8×10 ^-6,  К _дис(NH₄OH) = 1,8×10 ^-5.

Количественные характеристики гидролиза

Количественно гидролиз соли характеризуется степенью гидролиза h и константой гидролиза К.

Степень гидролиза. Показателем глубины протекания гид­ролиза является степень гидролиза. Доля вещества, подвергше­гося гидролизу, называется степенью гидролиза:

                                                                                    (5.13)

где h - степень гидролиза;

п - количество прогидролизованных частиц;

N - общее число молекул вещества.  

Степень гидролиза зависит от температуры, концентрации соли, константы гидролиза.

Константа гидролиза. Если представить уравнение гидро­лиза в общем виде:

МА + Н₂О « HА + МОН, где МА - соль;

НА - кислота;

МОН - основание,

то константа равновесия этой реакции будет следующая:

.                                                                     (5.14)

Концентрация воды в разбавленном растворе и константа равновесия этого процесса — величины постоянные. Произведе­ние двух постоянных величин будет также величиной постоян­ной: К[Н₂О]=К_г - это и будет константа гидролиза. Константа гидролиза для данной реакции равна:

                                                                         (5.15)

Физический смысл константы гидролиза заключается в том, что она характеризует способность данной соли подвергаться гид­ролизу. Чем больше К_г,, тем в большей степени протекает гидролиз.

К_г зависит от природы соли и температуры.

Рассмотрим случаи зависимости К_г от природы соли.

1. Соль образована слабой кислотой и сильным основанием:

                                                                      (5.16)

Уравнение (5.16) показывает, что константа гидролиза К_г тем больше, чем меньше К_{дис(кислоты)}), т. е. чем слабее кислота, тем в большей степени подвергаются гидролизу ее соли.

2. Соль образована слабым основанием и сильной кислотой.

В этом случае К, зависит от степени диссоциации основания:

                                                                                     (5.17)

Чем слабее основание, тем в большей степени подвергается гидролизу образованная им соль.

3. Случай, когда соль образована слабым основанием и сла­бой кислотой.

Для таких солей К_г будет зависеть как от К_{дис(кислоты)}, так и от К_{дис(основания)}.

.                                          (5.18)

Из выражения (5.18) видно, что чем слабее основание и ки­слота, тем в большей степени протекает гидролиз соли.

Константа гидролиза связана со степенью гидролиза сле­дующей зависимостью:

.                                                                        (5.19, а)

Откуда

                                                                             (5.19,б)

где h - степень гидролиза;

с - концентрация раствора соли, моль/дм³.

Если соль образована двухосновной кислотой, т. е. гидролиз двухступенчатый, то тогда константы гидролиза соответственно будут равны:

;                                    (5.20)

где К_{дисII(кислоты)} и К_{дисI(кислоты)} – константы диссоциации кислоты по II и I ступеням.

Зная степень гидролиза и концентрацию раствора соли, можно определить рН раствора:

.                                                                                                           (5.21)

Используя выражения (5.12) и (5.21), получаем:

pH = -lg(h× c).                                                                                    (5.22)

Пример 8. Определите рН раствора ортофосфата калия с моляр­ной концентрацией 0,1 моль/дм³.

Решение. Гидролиз протекает практически только по I ступени:

РО₄^3- + Н₂О «НРО₄^2- + ОН^-;

К₃РО₄ «К₂НРО₄ + КОН.

Константа гидролиза по этой ступени определяется константой диссоциации образовавшейся кислоты НРО₄^2-, т. е. третьей константой диссоциации ортофосфорной кислоты: К₃= 1.3×10^-12.

Для нахождения константы гидролиза воспользуемся форму­лой (5.20) и вычислим:

.

Лекция "6. Компьютерные технологии статистической обработки" также может быть Вам полезна.

Степень гидролиза находим по формуле (5.19, б):

.

Концентрацию образовавшихся гидроксид-ионов определяем по формуле (5.21):

с(ОН^-) = 2,8×10 ^-2 ×0,1 = 2,8×10 ^-3 моль/дм³ откуда рОН = -lg(2,8 ×10 ^-3) = 2,55.

Окончательно получаем: рН = 14 - рОН = 11,45.

Ответ: рН = 11,45.