Уравнение гидролиза карбоната натрия определить среду

Гидролиз карбоната натрия

Na₂CO₃ — соль образованная сильным основанием и слабой кислотой, поэтому реакция гидролиза протекает по аниону.

Первая стадия (ступень) гидролиза

Молекулярное уравнение
Na₂CO₃ + HOH ⇄ NaHCO₃ + NaOH

Полное ионное уравнение
2Na + + CO₃ 2- + HOH ⇄ Na + + HCO₃ — + Na + + OH —

Сокращенное (краткое) ионное уравнение
CO₃ 2- + HOH ⇄ HCO₃ — + OH —

Вторая стадия (ступень) гидролиза

Молекулярное уравнение
NaHCO₃ + HOH ⇄ H₂CO₃ + NaOH

Полное ионное уравнение
Na + + HCO₃ — + HOH ⇄ H₂CO₃ + Na + + OH —

Сокращенное (краткое) ионное уравнение
HCO₃ — + HOH ⇄ H₂CO₃ + OH —

Среда и pH раствора карбоната натрия

В результате гидролиза образовались гидроксид-ионы (OH — ), поэтому раствор имеет щелочную среду (pH > 7).

Карбонат натрия и его гидролиз

Характеристики вещества и уравнение реакции его гидролиза

Карбонат натрия (Na₂­CO₃) — это всем известная кальцинированная сода. Название «сода» произошло от растения Sal­so­la Soda, из золы которого ее добывали. Кальцинированной соду назвали, так как для получения вещества приходилось кальцинировать кристаллогидрат (нагревать до высокой температуры).

Общие характеристики соды

По своей природе сода — это соль угольной кислоты. При гидролизе соединения, образованного слабой кислотой и сильной щелочью, будет щелочная реакция среды.

Внешне сода — это мелкодисперсный порошок белого цвета с высокой растворимостью в воде и очень слабой — в органических растворителях (например, в спирте).

Физические и химические свойства карбоната натрия

Карбонат натрия в безводном состоянии — это бесцветный кристаллический порошок. Если опустить карбонат натрия в сильную кислоту, получившаяся в ходе реакции угольная кислота будет крайне нестойкой и распадется на воду и газообразный оксид четырехвалентного углерода. Второй продукт реакции — натриевая соль соответствующей кислоты (например, при бросании кристаллов карбоната натрия в серную кислоту образуются углекислый газ, вода и сульфат натрия).

Здесь вы узнаете о свойствах натрия и его соединений

В воде карбонат натрия будет гидролизоваться, из-за чего нейтральная среда станет щелочной.

Уравнение гидролиза (в ионной форме):

CO₃²⁻ + H₂O ↔ HCO₃⁻ + OH− гидролиз карбоната натрия Na₂­CO₃

Уравнение гидролиза карбоната натрия в две ступени:

Na₂­CO₃ + HOH ↔ NaOH + NaH­CO₃

2Na⁺ + CO₃²⁻ + HOH ↔ Na⁺ + OH⁻ + Na⁺ + HCO₃⁻

CO₃²⁻ + HOH ↔ OH⁻ + HCO₃⁻

Na⁺HCO₃⁻ + HOH ↔ NaOH + H₂­CO₃

Na⁺ + HCO₃⁻ + HOH ↔ Na⁺ + OH⁻ + H₂­CO₃

Сокращается натрий и остается:

HCO₃⁻ + HOH ↔ OH⁻ + H₂­CO₃, в свою очередь H₂­CO₃ разлагается на СО₂ и Н₂О

Степень гидролиза зависит от природы соли, ее концентрации и температуры. Согласно закону действующих масс, степень гидролиза возрастает с разбавлением раствора. Если кислота и основание, образующие соль — слабые электролиты, которые при этом малорастворимы или неустойчивы и разлагаются с образованием летучих продуктов, то гидролиз соли часто протекает необратимо, то есть сопровождается полным разложением соли.

Расчет константы гидролиза, степени гидролиза и рН растворов карбоната натрия

Задача 98.
В 500 см 3 раствора содержится Nа₂СО₃ массой 2,52 г. Определить рН и степень гидролиза соли.
Решение:
V(Nа₂СО₃) = 500 см 3 ;
m(Nа₂СО₃) = 2,52 г;
K_D1(Н₂СО₃) = 4,50 · 10 –7 ;
М(Nа₂СО₃) = 106,00 г/моль;
pH = ?
h = ?

1. Определение молярности раствора соли Nа₂СО₃

2. Расчет константы гидролиза соли

Nа₂СО₃ — соль сильного основания и слабой двухосновной кислоты, поэтому гидролиз, в основном, проходит в одну ступень (1-я ступень) по аниону:

Константа гидролиза карбоната натрия определяется константой диссоциации по первой ступени образовавшейся кислоты Н₂СО₃ и определяется по формуле:

3. Определение степени гидролиза соли

Степень гидролиза определяется по формуле:

4. Расчет рН раствора соли образованной сильным основанием и слабой кислотой

Так как гидролиз соли Nа₂СО₃ протекает с выделением ОН- — ионов, то рассчитаем [OH-]:

[OH¯] = h · C_M = (6,8 · 10 –4 )·(0,0475) = 3,2 · 10 –5 моль/дм 3 ;
рОН = -lg[OH – ] = -lg3,2 · 10 –5 = 5 — 0,50 = 4,50;
pH = 14 — pOH = 14 — 4,50 = 9,50.

Ответ: рН = 9,50; h = 6,8 · 10 –2 %.

Задача 99.
Вычислите рН и степень гидролиза соли в 0,05 М растворе Nа₂СО₃. Чему будет равен рН, если раствор разбавить водой в 5 раз?
Решение:
K_D(Н₂О) = 1,00 · 10 –14
K_D1(Н₂СО₃) = 4,50 · 10 –7 ;
С_М1(Nа2СО3) = 0,05 М;
pH₁ = ?
h₁ = ?
pH₂ = ?
h₂ = ?

а) Вычисление рН и степени гидролиза соли Nа₂СО₃ до разбавления ее водой

1. Расчет константы гидролиза соли

Nа₂СО₃ — соль сильного основания и слабой двухосновной кислоты, поэтому гидролиз, в основном, проходит в одну ступень (1-я ступень) по аниону:

СО32– + H2O = НСО3– + OH–

Константа гидролиза определяется константой диссоциации по первой ступени образовавшейся кислоты Н2СО3 и определяется по формуле:

2. Определение степени гидролиза соли до разбавления ее водой

Степень гидролиза определяется по формуле:

3. Расчет рН₁ раствора соли Nа₂СО₃ до разбавления

Так как гидролиз соли Nа₂СО₃ протекает с выделением ОН – — ионов, то рассчитаем [OH – ]:

[OH – ]₁ = h · C_M = (6,6 · 10 –4 )·(0,05) = 3,32 · 10 –5 моль/дм 3 ;
рОН₁ = -lg[OH – ]₁ = -lg3,32 · 10 –5 = 5 — 0,52 = 4,48;
pH₁ = 14 — pOH = 14 — 4,50 = 9,50.

б) Вычисление рН и степени гидролиза соли Nа₂СО₃ после разбавления ее водой

Так как раствор соли разбавили водой в 5 раз, то и молярность раствора уменьшилась тоже в 5 раз

1. Определение степени гидролиза соли после разбавления ее водой

2. Расчет рН₂ раствора соли Nа₂СО₃ после разбавления ее водой

Так как гидролиз соли Nа₂СО₃ протекает с выделением ОН – — ионов, то рассчитаем [OH – ]:

[OH – ]₂ = h · C_M = (1,48 · 10 –3 )·(0,01) = 1,48 · 10 –5 моль/дм 3 ;
рОН₂ = -lg[OH – ]₂ = -lg1,48 · 10 –5 = 5 — 0,17 = 4,83;
pH₂ = 14 — pOH = 14 — 4,83 = 9,17.

Задача 100.
Вычислите рН и степень гидролиза соли в 0,05 М растворе Nа₂СО₃. Чему будет равен рН, если раствор разбавить водой в 10 раз?
Решение:
K_D(Н₂О) = 1,00 · 10 –14 ;
K_D1(Н₂СО₃) = 4,50 · 10 –7 ;
С_М1(Nа₂СО₃) = 0,05 М;
pH₁ = ?
h₁ = ?
pH₂ = ?
h₂ = ?

а) Вычисление рН и степени гидролиза соли Nа₂СО₃ до разбавления ее водой

1. Расчет константы гидролиза соли

Nа₂СО₃ — соль сильного основания и слабой двухосновной кислоты, поэтому гидролиз, в основном, проходит в одну ступень (1-я ступень) по аниону:

Константа гидролиза определяется константой диссоциации по первой ступени образовавшейся кислоты Н₂СО₃ и определяется по формуле:

2. Определение степени гидролиза соли до разбавления ее водой

Степень гидролиза определяется по формуле:

3. Расчет рН₁ раствора соли Nа₂СО₃ до разбавления

Так как гидролиз соли Nа₂СО₃ протекает с выделением ОН – — ионов, то рассчитаем [OH – ]:

[OH – ]₁ = h · C_M = (6,6 · 10 –4 )·(0,05) = 3,3 · 10 –5 моль/дм 3 ;
рОН₁ = -lg[OH – ]₁ = -lg3,3 · 10 –5 = 5 — 0,52 = 4,48;
pH₁ = 14 — pOH = 14 — 4,48 = 9,52.

б) Вычисление рН и степени гидролиза соли Nа₂СО₃ после разбавления ее водой

Так как раствор соли разбавили водой в 10 раз, то и молярность раствора уменьшилась тоже в 10 раз

1. Определение степени гидролиза соли после разбавления ее водой

2. Расчет рН₂ раствора соли Nа₂СО₃ после разбавления ее водой

Так как гидролиз соли Nа₂СО₃ протекает с выделением ОН – — ионов, то рассчитаем [OH – ]:

[OH – ]₂ = h · C_M = (2,1 · 10 –5 )·(0,005) = 1,05 · 10 –7 моль/дм 3 ;
рОН₂ = -lg[OH – ]₂ = -lg1,05 · 10 –7 = 7 — 0,02 = 6,98;
pH₂ = 14 — pOH = 14 — 6,98 = 7,02.