Электролитическая диссоциация. Водородный показатель
9. Охарактеризуйте кислотно-основные свойства высших гидроксидов, образованных элементами третьего периода, и объясните причину их изменения в ряду гидроксид натрия – гидроксид хлора(VII).
Ответ:
Кислотно-основные свойства соединений, содержащих группировку Э–O–H, определяются относительной прочностью связей Э–О и О–Н. Если связь Э–О прочнее связи О–Н, то гидроксид диссоциирует по кислотному типу Э–О–Н = Э–О– + H+. Если прочнее связь О–Н, то соединение диссоциирует как основание Э–О–Н = Э+ + OH–. Связь Э–О тем прочнее, чем больше заряд и меньше радиус иона элемента. Увеличение заряда и уменьшение радиуса Э усиливает связь Э–О, делает ее более ковалентной, а следовательно, более ионной и менее прочной связь О–Н.
Кислотные свойства гидроксидов во III периоде возрастают с ростом заряда ядра.
NaОН – сильное основание (щелочь);
Mg(OH)2 – слабое основание;
Al(ОН)3 – амфотерный гидроксид;
Н2SiO3 – слабая кислота;
Н3РО4 – кислота средней силы;
H2SO4 – сильная кислота;
HClО4 – сильная кислота.
Это объясняется тем, что в результате увеличения заряда растет ковалентность связи Э–О и, как следствие этого, ионность связи О–Н.
а) Составьте в молекулярной и ионно-молекулярных формах уравнения реакций взаимодействия в водных растворах следующих веществ: сульфида цинка и бромоводородной кислоты; аммиака и фосфорной кислоты; карбоната калия и оксида серы(IV).
Решение:
Взаимодействие сульфида цинка и бромоводородной кислоты:
ZnS+ 2HBr = ZnBr2+ H2S↑
ZnS +2H+ + 2Br- = Zn2+ + 2Br- + H2S↑
ZnS + 2H+ = Zn2+ + H2S↑
Взаимодействие аммиака и фосфорной кислоты:
2NH3 + Н3PO4 = (NH4)2НРO4
2NH3 + Н3PO4 = 2NH4+ + НРO4-
Взаимодействие карбоната калия и оксида серы(IV):
K2CO3(р-р) + SO2 = K2SO3 + CO2↑
2K+ + CO32- + SO2 = 2K+ + SO32- + CO2↑
CO32- + SO2 = SO32- + CO2↑
б) Рассчитайте массу уксусной кислоты, содержащейся в растворе объемом 5 м3, если рН этого раствора равен 3, а степень диссоциации кислоты в нем составляет 1,8 %.
Д ано:
рН = 3
α = 1,8% = 0,018
Vр-ра = 5 м3 = 5000 дм3
m(CH3COOH) - ?
Решение:
Вычислим концентрацию ионов водорода в растворе СН3СООН:
С(H+) = 10-рН = 10-3 моль/дм3.
CH3COOH– слабая кислота. Уравнение диссоциации уксусной кислоты:
CH3COOH ⇆ Н+ + CH3COO –
Концентрация ионов водорода связана со степенью диссоциации формулой:
С(H+) = α∙ С, тогда можем вычислить молярную концентрацию уксусной кислоты:
С(H+) 10-3
С (CH3COOH) = = = 0,0556 моль/дм3
Α 0,018
Вычислим массу уксусной кислоты.
m(СН3СООН)
С (CH3COOH) =
M(СН3СООН)∙Vр-ра
m(СН3СООН) = C(СН3СООН)∙ M(CH3COOH) ∙Vр-ра ;
M(СН3СООН) = 60 г/моль;
m(СН3СООН) = 0,0556∙60∙5000 = 16666,7 г = 16, 667 кг.
Ответ: m(СН3СООН) = 16, 667 кг.
Тема VIII гидролиз солей
9. Каким образом константа гидролиза соли, образованной слабой одноосновной кислотой и сильным основанием, связана с ионным произведением воды? Выведите соответствующую формулу.
Ответ:
Гидролиз солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой идет по аниону. Например:
а) Какова среда водных растворов следующих солей: нитрат алюминия; гипохлорит бария; хлорид рубидия; ацетат аммония. Напишите в молекулярной и в ионно-молекулярных формах уравнения соответствующих реакций. При необходимости ответ подтвердите расчетами.
Решение:
Нитрат алюминия Al(NO3)3 соль, образованная слабым основанием Al(ОН)3 и сильной кислотой НNO3, следовательно, гидролизу будет подвергаться катион слабого основания.
Схема гидролиза:
Al(NO3)3→ Al3+ + 3NO3-
1ступень гидролиза:
Al 3++ Н2О ⇄ AlOH2++ H+
Al(NO3)3 + Н2О ⇄ AlOH(NO3)2+ HNO3,
2 ступень гидролиза:
AlOH2++ Н2О ⇄ Al(OH)2+ + H+
AlOH(NO3)2 + Н2О ⇄ Al(OH)2(NO3) + HNO3
3 ступеньгидролиза:
Al(OH)2+ + Н2О ⇄ Al(OH)3 + H+
Al(OH)2(NO3) + Н2О ⇄ Al(OH)3 + HNO3
Гидролизом по 2 и 3 ступени можно пренебречь, так как гидролиз протекает преимущественно по первой ступени. Так как в процессе гидролиза увеличивается концентрация ионов H+, то среда водного раствора данной соли кислая (рН < 7).
Гипохлорит бария Ва(ClO)2 - соль, образованная сильным основанием Ва(ОН)2 и слабой кислотой Н ClO.
Ва(ClO)2 = Ва2+ + 2 ClO - (диссоциация в растворе)
Гидролизу подвергается анион слабой кислоты:
ClO - + НОН ⇄ НClO + OH-
В молекулярной форме:
Ва(ClO)2 + 2НОН ⇄ 2НClO + Ва(ОН)2
В растворе образуется избыток ионов ОH-, среда щелочная, рН>7.
Хлорид рубидия RbCl – соль, образованная сильным основанием RbOH и сильной кислотой HCl, поэтому не подвергается гидролизу. Среда в водном растворе соли будет нейтральная рН = 7.
Ацетат аммония СН3СООNH4 - соль, образованная слабым основанием NH4ОН и слабой кислотой СН3СООН, следовательно, гидролиз соли идет как по катиону, так и по аниону.
СН3СООNH4 → СН3СОО- + NH4+
NH4+ + СН3СОО- + H2O ⇄ СН3СООН + NH4ОН
СН3СООNH4 + H2O ⇄ СН3СООН + NH4ОН
В результате гидролиза образуются и слабая кислота, и слабое основание, поэтому реакции среды будет близка к нормальной.
Кд(NH4ОН) = 1,76·10−5 > Кд(СН3СООН) = 1,8∙10-5, следовательно, среда раствора будет близка к нормальной.
Вычислим рН раствора соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой по формуле:
рН = 7 + ½ рК (СН3СООН) – ½ рK(NH4OH)
рК(СН3СООН) = -lg К(СН3СООН) = - lg 1,8∙10-5 = 4,744
рK(NH4OH) = -lgK(NH4OH) = - lg 1,76·10−5 = 4,754
рН = 7 + ½ ∙ 4,744 – ½ ∙ 4,754 = 6,995
Следовательно, водный раствор соли имеет почти нейтральную среду.
Т е м а IX