Сборник статей по химии

Водные растворы протолитов

1. Вода – универсальный растворитель - амфолит

Согласно протонной теории вещества (молекулы или ионы) проявляют кислотную или основную функции при протолизе- реакции передачи протона Н+:

НА   +   Е   ↔   А -   +   НЕ+

\__Н+__↑      ↑___Н+__/

В системе сосуществуют 4 вещества двух сопряженных пар кислота/основание: НА/А - и НЕ+/Е.

Вода является универсальным растворителем – амфолитом. Реакция автопротолиза :

Н2О + Н2О ↔ ОН - + Н3О+ (∆Н = +57,3 кДж/моль)

Количественной характеристикой реакции автопротолиза воды является ионное произведение воды:

КW = [H3O+][OH-] = 1×10-14 (25oC)

В чистой воде [H3O+] = [OH-] = 10-7 моль/л

Для условного обозначения кислотности или основности среды приняты водородный и гидроксильный показатели:

рН = - lg[H3O+] или упрощенно рН = - lg[H+]

рОН = - lg[OН-]

В чистой воде: рН = рОН = 7; рН + рОН = 14

2. Сильные кислоты и основания

Сильные кислоты – вещества, реакция протолиза которых протекает необратимо. Это молекулы HCl, HClO4, H2SO4, HClO3, HBr, HI, HNO3, HNCS, H2SeO4, HMnO4, ионы H3O+, HSO4-, HSeO4-

При СНА ≤ 1 моль/л : [H3O+] = CHA ►pH = - lg [H3O+] = - lg CHA

Пример 1. Чему равно рН в растворе серной кислоты с концентрацией 0,006 моль/л при стандартных условиях?

Решение:

рН = ? | H2SO4 + 2 Н2О = SO42- + 2Н3О+

С = 0,006 моль/л | [H3O+] = 2С ► рН = - lg (2×0,006) = 1,92

!!! При значительном разбавлении раствора сильной кислоты при расчете рН необходимо учитывать ионное произведение воды.

Пример 2: Концентрация соляной кислоты 10-8 моль/л. Найти рН этого раствора.

Решение:

Концентрация кислоты, указанная в задаче, на порядок меньше концентраци ионов воды. В такой ситуации необходимо учитывать диссоциацию молекул воды: [H+]общее = CHCl + [H+]из воды

[H+]из воды = [OH-] из воды = , следовательно [H+]общее = CHCl +,

[H+]2общее - CHCl [H+]общее - K(H2O) = 0. Находим действительный корень квадратного уравнения: [H+]общее = CHCl +

[H+]общее = 10-8 +

рН = - lg 1,05 10-7 = 6,98

Эту же задачу можно решить упрощенно:

Представим концентрацию ионов водорода в растворе как сумму концентраций кислоты и ионов водорода из воды: [H+]общее =10-7 + 10-8 = 1,1 10-7

рН = - lg 1,1 10-7 = 6,96

Сильные основания : КОН, Ва(ОН)2, NaOH

При СМОН ≤ 1 моль/л : [ОН-] = CМОН ►pH = 14 – рОН = 14 + lg CМОН

Пример 3. Чему равно рН в растворе гидроксида бария с концентрацией 0,006 моль/л при стандартных условиях?

Решение:

рН = ? | Ва(ОН)2 = Ва2+ + 2ОН-

С = 0,006 моль/л [ОН-] = 2C ►pH = 14 + lg 2C = 14 + lg (2×0,006) = 12,38

3. Слабые кислоты и основания

Слабыми являются электролиты, реакция протолиза которых обратима.

Слабые кислоты

НА + Н2О ↔ А - + Н3О+, рН < 7

Количественная характеристика - константа кислотности:

, так как

рН = ½ рКК – ½ lg[HA]

Пример 4: Рассчитайте рН в 0,002 М растворе HClO при 25оС, если КК = 2,82 10-8

Решение: HClO + H2O ↔ ClO - + H3O+, KK, pH > 7.

[ClO-] = [H3O+], [HClO] = C

pH = - lg [H3O+] = - lg =-lg = 5,12

!!! Слабыми кислотами являются катионы многих солей.

Соли в растворе необратимо диссоциируют. Катионы затем подвергаются обратимому протолизу, выполняя функцию слабой кислоты – происходит гидролиз по катиону:

NH4NO3 = NH4+ + NO3-

Протолит:

                     Kисл. 1      Осн. 2                     Осн.1              Кисл. 2
NH4+    +     2 H2O     ↔      NH3∙H2O   +    H3O+,     KK, pH < 7
 |____________↑                       ↑__________|

Катионы металлов в водном растворе гидратированы с образованием аквакомплексов. Одна из молекул воды гидратной оболочки отдает протон свободной молекуле воды – растворителя:

Fe(NO3)3 = Fe3+ +3NO3-

Протолит:

Fe3+∙ H2O + H2O ↔ FeOH2+ + H3O+, KK, pH < 7
|____________↑

Слабые основания

Осн. 1 Кисл. 2 Кисл. 1 Осн. 2
А + Н2О ↔ НА+ + ОН-, рН > 7
↑______| |_________↑

Количественная характеристика – константа основности:

. Для сопряженной пары НА+/А значения КК и КО связаны соотношением: Кw = КК КО

!!! Слабыми основаниями являются анионы многих солей, так как они сопряжены со слабыми кислотами. После полной диссоциации соли анионы подвергаются обратимому протолизу, выполняя функции слабого основания. Происходит гидролиз по аниону:

Na2CO3 = 2 Na+ + CO32-

Протолит:

СO32- + H2O HCO3- + OH - , KO, pH > 7

↑______|

По заданным значениям константы кислотности и концентрации соли можно рассчитать рН водных растворов солей с анионом-протолитом в функции слабого основания.

4. Амфолиты

Амфолиты – это слабые электролиты, выполняющие одновременно обе функции – кислотную и основную.

Процесс протолиза изображается двумя уравнениями:

Кислота

(1)    НА-   +   Н2О   ↔   А2-   +   Н3О+,    КК(1)
        |________↑              ↑________|
Основание
(П)   НА-   +   Н2О   ↔   Н2А   +    ОН-,     КО(П)
        ↑________|              |________↑

Все количественные расчеты ведут, исходя из предпочтительно протекающей реакции. При КК(1) > КО(П) преобладает первая реакция.

Типичными амфолитами являются гидроанионы кислот:

HS-, HPO42-, H2PO4-, HSO3-, HCO3-

Пример 5: Какие свойства (кислотные или основные) характерны для водного раствора гидросульфида натрия? Для ответа воспользоваться справочными данными о константах диссоциации сероводородной кислоты.

Решение:

(1) HS-(Кислота) + H2O S2- + H3O+, KK(1) = 1,23 10-13

(П) HS-(Основание) + H2O H2S + OH-, KO(П)= 9,52 10-8

( KO = Kw/KK). Так как KO(П) > KK(1), то для гидросульфид-иона более выражены основные свойства, и среда в растворе гидросульфида натрия будет щелочной.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство

Агрономия

Преподавателям

Юридические темы