Кислотно-основные равновесия

Вода в незначительной степени диссоциирует на ионы Н⁺ и ОН^, и в любом водном растворе при Т = 298 К ионное произведение воды ( К_w ) равно: К_w = [ H⁺ ]  [ OH^ ] = 10^14 .

Отсюда следует, что: в нейтральной среде [ H⁺ ] = [ OH^ ] = 10^7 моль/л;

в кислой среде [H⁺ ]  10^7 моль/л; в щелочной среде [H⁺ ]  10^7 моль/л.

Реакция среды характеризуется через водородный показатель

рН =  lg [ H⁺ ] ,

[ H⁺ ] =10^pH .

В нейтральной среде рН=7, в кислой рН7, в щелочной рН  7.

Измеряя рН раствора известной концентрации, можно вычислить степень диссоциации вещества или электролита. Пример 1

Раствор плавиковой кислоты НF с концентрацией 0,1моль/л имеет рН = 2,09, что соответствует [ H⁺ ] =10^2,09 моль/л . Поскольку при диссоциации одной молекулы HF образуется один ион водорода, то [HF] продиссоциировавших равна [ H⁺ ] и, следовательно,

= [ H⁺ ] / [HF] = 10^2,09 / 10^1 = 0,082.

Пример 2

Раствор гидроксида натрия с концентрацией 0,01моль/л имеет рН = 12, что соответствует [ H⁺ ] =10^12 моль/л. Концентрация продиссоциировавших молекул NaOH равна [OH^], которая может быть вычислена из ионного произведения воды:

[OH^] = Kw / [ H⁺ ] = 10^14 /10^12 = 10^2 = 0,01 моль/л.

Степень диссоциации гидроксида натрия  = 0,01 / 0,01 = 1, что соответствует сильному электролиту.

Равновесия в растворах гидролизующихся солей

При растворении в воде солей, образованных слабыми кислотами и слабыми основаниями, изменяется реакция среды вследствие того, что соли подвергаются гидролизу.

Нитрат аммония, образованный слабым основанием NH₄OH и сильной кислотой HNO₃ , гидролизуется по катиону, в результате чего в растворе накапливаются свободные ионы H⁺ и реакция среды становится кислой.

NH₄ NO₃ + HOH  NH₄ OH + H NO_{3 ,}

NH₄⁺ + NO₃^ + HOH  NH₄OH + H⁺ + NO₃^,

NH₄⁺ + HOH  NH₄OH + H⁺ .

Фторид калия, образованный сильным основанием KOH и слабой кислотой HF, гидролизуется по аниону, в растворе накапливаются ионы OH^, и реакция среды становится щелочной.

KF +HOH  KOH + HF ,

K⁺ + F^ +HOH  K⁺ + OH^ + HF ,

F^ +HOH  OH^ + HF.

Нитрат аммония образован слабым основанием NH₄OH и слабой кислотой НNО₂, гидролизуется как по катиону, так и аниону. В данном случае рН среды практически не меняется, если К_дисс. Вещества близки, а практически определяется более сильным электролитом.

NН₄NО₂ +HOH  NH₄OH + HNO₂,

NH₄⁺ + NO₂^ + HOH  NH₄OH + HNO_2.

Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются, и рН среды их растворов не меняется, например:

NаNО₃ HOH  NH₄OH + HNO₃,

Nа⁺ + NO₃^ + HOH  Nа⁺ + NO₃^ + H⁺ + OH^,

HOH  H⁺ + OH^.

Литература: [1- гл. 6, § 39-41, гл. 7, § 42-47];

[2 - гл. 7, § 76-80]; [6 – тема 1].

6.3. Рабочее задание

6.3.1. Проведение практически необратимых реакций двойного обмена

Получите у преподавателя вариант рабочего задания в соответствии с табл. 13.

Таблица 13

Перечень реактивов к рабочему заданию

Вариант	Задание 6.3.1.	Задание 6.3.4
1	Na2 CO3 , FeCl3 , HCl, NaOH	NH4 Cl, Na2 SiO3
2	Na2 SiO3, CaCl2 , HCl, K2 CO3	CuCl2 , Na2 SO3
3	K2 CO3 , CuSO4 , HNO3 , KOH	ZnCl2 , Na2 SiO3
4	Na2 SiO3, MgCl2 , H2SO4 , K2 CO3	KNO3 , Na3 PO4
5	Na2 CO3 , HNO3 , CaCl2 , KOH	(NH4 )2CO3 FeCl3

Из набора реактивов, предложенных к заданию 6.3.1. вам следует выбрать по два таких, чтобы провести между ними три реакции, идущие с образованием:

• газообразного вещества,

• нерастворимого вещества,

• слабого электролита.

Проведите эти реакции и напишите в молекулярной, полной и сокращенной ионно-молекулярной форме уравнения этих реакций.