Уравнение первой стадии гидролиза na2co3

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.

Гидролиз

Темы кодификатора ЕГЭ: Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, основная и щелочная.

Гидролиз – взаимодействие веществ с водой. Гидролизу подвергаются разные классы неорганических и органических веществ: соли, бинарные соединения, углеводы, жиры, белки, эфиры и другие вещества. Гидролиз солей происходит, когда ионы соли способны образовывать с Н + и ОН — ионами воды малодиссоциированные электролиты.

Гидролиз солей может протекать:

→ обратимо : только небольшая часть частиц исходного вещества гидролизуется.

→ необратимо : практически все частицы исходного вещества гидролизуются.

Для оценки типа гидролиза необходимо рассмотреть соль, как продукт взаимодействия основания и кислоты. Любая соль состоит из металла и кислотного остатка. Металлы соответствует основание или амфотерный гидроксид (с той же степенью окисления, что и в соли), а кислотному остатку — кислота. Например, карбонату натрия Na₂CO₃ соответствует основание — щелочь NaOH и угольная кислота H₂CO₃.

Обратимый гидролиз солей

Механизм обратимого гидролиза будет зависеть от состава исходной соли. Можно выделить 4 основных варианта, которые мы рассмотрим на примерах:

1. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой , гидролизуются ПО АНИОНУ .

CH₃COONa + HOH ↔ CH₃COOH + NaOH

CH₃COO — + Na + + HOH ↔ CH₃COOH + Na + + OH —

сокращенное ионное уравнение:

CH₃COO — + HOH ↔ CH₃COOH + OH —

Таким образом, при гидролизе таких солей в растворе образуется небольшой избыток гидроксид-ионов OH — . Водородный показатель такого раствора рН>7 .

Гидролиз солей многоосновных кислот (H₂CO₃, H₃PO₄ и т.п.) протекает ступенчато, с образованием кислых солей:

CO₃ 2- + HOH ↔ HCO₃ 2- + OH —

или в молекулярной форме:

или в молекулярной форме:

Продукты гидролиза по первой ступени подавляют вторую ступень гидролиза, в результате вторая ступень гидролиза протекает незначительно.

2. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой , гидролизуются ПО КАТИОНУ . Пример такой соли: NH₄Cl, FeCl₃, Al₂(SO₄)₃ Уравнение гидролиза:

или в молекулярной форме:

При этом катион слабого основания притягивает гидроксид-ионы из воды, а в растворе возникает избыток ионов Н + . Водородный показатель такого раствора рН .

Соли, образованные многокислотными основаниями, гидролизуются ступенчато, образуя катионы основных солей. Например:

Fe 3+ + HOH ↔ FeOH 2+ + H +

FeCl₃ + HOH ↔ FeOHCl₂ + H Cl

FeOH 2+ + HOH ↔ Fe(OH)₂ + + H +

FeOHCl₂ + HOH ↔ Fe(OH)₂Cl+ HCl

Fe(OH)₂ + + HOH ↔ Fe(OH)3 + H +

Fe(OH)₂Cl + HOH ↔ Fe(OH)₃ + HCl

Гидролиз по второй и, в особенности, по третьей ступени практически не протекает при комнатной температуре.

3. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой , гидролизуются И ПО КАТИОНУ, И ПО АНИОНУ .

В этом случае реакция раствора зависит от соотношения констант диссоциации образующихся кислот и оснований. В большинстве случаев реакция раствора будет примерно нейтральной, рН ≅ 7 . Точное значение рН зависит от относительной силы основания и кислоты.

4. Гидролиз солей, образованных сильным основанием и сильной кислотой , в водных растворах НЕ ИДЕТ .

Сведем вышеописанную информацию в общую таблицу:

Необратимый гидролиз

Необратимый гидролиз происходит, если при гидролизе выделяется газ, осадок или вода, т.е. вещества, которые при данных условиях не могут взаимодействовать между собой. Необратимый гидролиз является химической реакцией, т.к. реагирующие вещества взаимодействуют практически полностью.

Варианты необратимого гидролиза:

1. Гидролиз, в который вступают растворимые соли 2х-валентных металлов (Be 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ и др.) с сильным ионизирующим полем (слабые основания) и растворимые карбонаты/гидрокарбонаты. При этом образуются нерастворимые основные соли (гидроксокарбонаты):

! Исключения: (соли Ca, Sr, Ba и Fe 2+ ) – в этом случае получим обычный обменный процесс:

МеCl₂ + Na₂CO₃ = МеCO₃ + 2NaCl (Ме – Fe, Ca, Sr, Ba).

1. Взаимный гидролиз , протекающий при смешивании двух солей, гидролизованных по катиону и по аниону. Продукты гидролиза по второй ступени усиливают гидролиз по первой ступени и наоборот. Поэтому в таких процессах образуются не просто продукты обменной реакции, а продукты гидролиза (совместный или взаимный гидролиз). Соли металлов со степенью окисления +3 (Al 3+ , Cr 3+ ) и соли летучих кислот (карбонаты, сульфиды, сульфиты) при смешивании в растворе (взаимном гидролизе) образуют осадок гидроксида и газ (H₂S, SO₂, CO₂):

Соли Fe 3+ при взаимодействии с карбонатами также при смешивании в растворе (взаимном гидролизе) образуют осадок гидроксида и газ:

! Исключения: при взаимодействии солей трехвалентного железа с сульфидами реализуется окислительно-восстановительная реакция:

2FeCl₃ + 3K₂S_(изб) = 2FeS + S↓ + 6KCl (при избытке сульфида калия)

При взаимодействии солей трехвалентного железа с сульфитами также реализуется окислительно-восстановительная реакция.

Полные уравнения таких реакций выглядят довольно сложно. Поначалу я рекомендую составлять такие уравнения в 2 этапа: сначала составляем обменную реацию без участия воды, затем разлагаем полученный продукт обменной реакции водой. Сложив эти две реакции и сократив одинаковые вещества, мы получаем полное уравнение необратимого гидролиза.

3. Гидролиз галогенангидридов и тиоангидридов происходит также необратимо. Галогенангидриды разлагаются водой по схеме ионного обмена (H + OH — ) до соответствующих кислот (в случае водного гидролиза) и солей (в случае щелочного гидролиза). Степень окисления центрального элемента и остальных при этом не изменяется!

Галогенангидрид – это соединение, которое получается, если в кислоте ОН-группу заменить на галоген. При гидролизе галогенангидридов кислот образуются соответствующие данным элементам и степеням окисления кислоты и галогеноводородные кислоты.

Галогенангидриды некоторых кислот:

Тиоангидриды (сульфангидриды) — так называются, по аналогии с безводными окислами (ангидридами), сернистые соединения элементов (например, Sb₂S₃, As₂S₅, SnS₂, CS₂ и т. п.).

1. Необратимый гидролиз бинарных соединений, образованных металлом и неметаллом:

• сульфиды трехвалентных металлов вводе необратимо гидролизуются до сероводорода и и гидроксида металла:

при этом возможен кислотный гидролиз, в таком случае образуются соль металла и сероводород:

• гидролиз карбидов приводит к образованию гидроксида металла в водной среде, соли металла в кислой де и соответствующего углеводорода — метана, ацетилена или пропина:

1. Некоторые соли необратимо гидролизуются с образованием оксосолей :

BiCl₃ + H₂O = BiOCl + 2HCl,

SbCl₃ + H₂O = SbOCl + 2HCl.

Алюмокалиевые квасцы:

Количественно гидролиз характеризуется величиной, называемой степенью гидролиза .

Степень гидролиза (α) — отношение количества (концентрации) соли, подвергающейся гидролизу, к общему количеству (концентрации) растворенной соли. В случае необратимого гидролиза α≅1.

Факторы, влияющие на степень гидролиза:

1. Температура

Гидролиз — эндотермическая реакция! Нагревание раствора приводит к интенсификации процесса.

Пример : изменение степени гидролиза 0,01 М CrCl₃ в зависимости от температуры:

2. Концентрация соли

Чем меньше концентрация соли, тем выше степень ее гидролиза.

Пример : изменение степени гидролиза Na₂CO₃ в зависимости от температуры:

По этой причине для предотвращения нежелательного гидролиза хранить соли рекомендуется в концентрированном виде.

3. Добавление к реакционной смеси кислоты или щелочи

Изменяя концентрация одного из продуктов, можно смещать равновесие реакции гидролиза в ту или иную сторону.

Гидролиз карбоната натрия

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

Первая стадия (ступень) гидролиза

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

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

Вторая стадия (ступень) гидролиза

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).