Учебное пособие 800266
.pdfСоли, образованные слабыми многоосновными кислотами и многокислотными основаниями, подвергаются гидролизу ступенчато:
FeCl3 H2O FeOHCl2 HCl , |
|
|||
Fe3 HOH FeOH 2 H |
(I ступень). |
|||
FeOHCl2 H2O Fe(OH)2 Cl HCl |
|
|||
Fe(OH)2 HOH Fe(OH) 2H |
(II ступень). |
|||
|
|
2 |
|
|
Fe(OH)2 Cl H2O Fe(OH)3 HCl |
|
|||
Fe(OH) |
HOH Fe(OH) |
3 |
H |
(III ступень). |
2 |
|
|
|
Гидролиз солей, образованных слабыми многоосновными кислотами и слабыми многокислотными основаниями, протекает практически до конца без ступеней, если продукты гидролиза уходят из сферы реакции:
Al2 S3 6H2O 2Al(OH)3 3H2 S .
Разбавление раствора и увеличение температуры приводит к увеличению степени гидролиза. Процессы гидролиза могут быть усилены или подавлены добавлением соединений, содержащих ионы OH или H .
6.1. Лабораторная работа № 10 «Гидролиз солей. Определение константы и скорости гидролиза солей измерением pH раствора»
Цель работы: опытным путем доказать, что гидролиз является результатом взаимодействия вещества с водой, при котором составные части вещества соединяются с составными частями воды. Ознакомиться с методикой измерения pH с по-
мощью индикаторов и приборов.
39
Опыт 1. Опреление pH растворов солей с помощью лабораторного pH -метра типа pH -340 или pH -630
Общие указания по работе с прибором:
1. Для измерения pH используется электродная система
со стеклянным и вспомогательным электродами (рис.5, 6). Стеклянный электрод представляет собой трубку с напаянным на конус полым шариком из литиевого электродного стекла. Для измерения pH оба электрода помещают в стаканчик с ис-
следуемым раствором соли.
2.Перед погружением электродов в контролируемый раствор их необходимо тщательно промыть дистиллированной водой и удалить с них избыток воды фильтровальной бумагой.
3.Отсчет величины pH по шкале прибора следует произ-
водить после того, как показания примут установившееся значение. Обычно время установления показаний не превышает
0,5 1 мин.
4. Перед измерением pH необходимо производить про-
верку прибора по стандартным буферным растворам. Рекомендуется применять буферный раствор, величины pH которого
лежат в том же диапазоне измерения, что и значение pH контролируемых растворов.
Выполнение опыта
После настройки (с помощью преподавателя) по буферным растворам произвести измерение pH растворов хлорида алю-
миния AlCl3 в диапазоне измерения 2 6 pH , хлорида натрия NaCl в диапазоне 6 10 pH , карбоната натрия Na2CO3 в диапазоне 10 14 pH , ацетата аммония NH4CH3COO в диапазоне 6 7 pH , фосфата натрия Na3PO4 в диапазоне 6 10 pH , хлорида железа (III) FeCl3 в диапазоне измерения 2 6 pH .
Для 0,1М раствора соляной кислоты HCl, 0,1М раствора уксусной кислоты CH3COOH, 0,1М раствора гидроксида аммония NH4OH самим подобрать диапазон измерения.
40
1 |
2 |
3
4
5
8 |
9 |
10 |
11 |
6
7
Рис. 5. Общий вид прибора pH - 340:
1 - показывающий прибор; 2 - переключатель рода работы; 3 - переключатель пределов измерения; 4 - ручной термокомпрессор; 5 - индикатор включения;
6 - крышка-панель; 7 - винты крепления крышки к основанию; 8 - потенциометр настройки Eu ; 9 - потенциометр настройки
S; 10 - потенциометр установки нуля (нуль-индикатор)
ивключатель сети; 11 - переключатель размаха шкалы
41
Рис. 6. Схема измерения рН раствора на приборе типа
рН-673 М:
1 – полый шарик из электродного стекла; 2 – стеклянный электрод; 3 – внутренний контактный электрод;
4 - вспомогательный электрод; 5 – рН-метр; 6 – электролитический контакт; 7 – пористая перегородка;
8 – ванна для испытуемого раствора; 9 – индикатор; 10 – кнопка включения прибора; 11 – ручка переключателя рода работ; 12 – ручка переключателя диапазона измерения; 13 – ручка потенциометра температурной компенсации
Полученные значения pH растворов указанных солей
зафиксировать в тетради и объяснить с точки зрения теории гидролиза. Написать уравнения гидролиза солей в молекулярном и ионном виде по ступеням гидролиза. Для растворов 0,1М соляной кислоты HCl, 0,1М уксусной кислоты CH3COOH, 0,1М гидроксида аммония NH4OH по измеренному значению рН рассчитать концентрацию катионов водорода и анионов гидроксила.
42
Опыт 2. Реакция среды в растворах различных солей Выполнение опыта
Получите у преподавателя набор 3-х солей в пронумерованных пробирках. В каждую из пробирок добавить 10 мл воды и перемешать содержимое пробирки. С помощью индикаторной бумаги определить pH раствора. Объясните, почему рас-
творы солей характеризуются различными значениями pH .
Написав уравнение гидролиза солей, определите, в какой пробирке находится каждая соль (из трех полученных солей). Результаты оформите в виде таблицы.
Результаты эксперимента по определению типа гидролизующейся соли
Номер |
pH рас- |
Вещество |
Молекулярные и ионные |
|
опыта |
твора |
уравнения гидролиза |
||
|
||||
|
|
|
|
Опыт 3. Определение константы и скорости гидролиза солей измерением раствора
Определите константу и степень гидролиза хлорида аммония в 0,001М и 0,1М растворах и на основании полученных данных сделайте вывод об их зависимости от концентрации.
Определите pH 0,1М раствора хлорида аммония по методу, описанному в опыте 1. Затем приготовьте 0,001М раствор NH4Cl . Для этого с помощью пипетки перенесите 10 мл 0,1М
раствора в мерную колбу на 1 л и доведите объем дистиллированной водой до метки, закройте колбу и перемешайте раствор. Определите pH приготовленного 0,001М раствора NH4Cl .
Вычислите константу гидролиза соли Kгидр. по найденным значениям pH , исходя из следующих рассуждений.
В соответствии с уравнением гидролиза хлорида аммо-
ния:
NH4 H2O NH4OH H ,
43
константа гидролиза равна:
Kгидр. |
CNH OH C |
H |
|
K равн. |
CH O . |
(21) |
4 |
|
|||||
CNH |
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
Из уравнения следует, что при гидролизе соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, образуются эквивалентные количества молекул основания и H катионов, концентрация CNH4OH CH . Заменим в уравнении (21) CNH4OH
на CH , а CNH 4 - на концентрацию соли Cсоли (поскольку соль NH4Cl практически полностью диссоциирована на ионы). При
небольших значениях степени гидролиза |
равновесная концен- |
||||||||||||||
трация |
NH катиона мало отличается от исходной концентра- |
||||||||||||||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ции. Тогда получаем расчетную формулу: |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
Kгидр. |
|
CH 2 |
. |
|
|
(22) |
||||||
|
|
|
|
|
Cсоли |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Cсоли |
в растворах известна, |
она задана по условию 0,1М и |
|||||||||||||
0,001М NH |
4 |
Cl , а концентрацию катионов |
H для каждого |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
случая вычислите по найденным значениям |
pH lg CH по |
||||||||||||||
формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
H |
|
|
10 pH . |
|
(23) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Затем рассчитайте константу гидролиза: |
||||||||||||||
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
10 pH 2 |
. |
(24) |
||||
|
|
|
|
гидр. |
Cсоли |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Степень гидролиза связана с константой гидролиза соли |
||||||||||||||
уравнением: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
гидр. |
h2 |
C |
, |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соли |
|
|
||
откуда находим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
h |
|
|
Kгидр. |
|
. |
|
(25) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cсоли |
|
|
44
Вычислите по формуле (25) степень гидролиза NH4Cl в обоих исследованных растворах.
Сравните экспериментальные значения Kгидр. и h в 0,1М
и 0,001М растворах NH4Cl и сделайте вывод о влиянии концентрации соли на константу и степень гидролиза солей при неизменной температуре. Будет ли изменяться Kгидр. при по-
вышении температуры? Почему? Сравните экспериментально найденное значение Kгидр. и h с теоретическими значениями,
рассчитанными по формулам:
Kгидр. |
|
Kw |
|
и h |
|
K w |
|
при T 295 |
К |
(прило- |
||
|
|
Cсоли K |
|
|||||||||
|
|
Kдис.осн. |
|
дис.осн. |
|
|
||||||
жение 5). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Рассчитайте относительную ошибку опыта : |
|
||||||||||
|
|
|
|
aтеор. |
aэксп. |
100 %, |
|
(26) |
||||
|
|
|
|
|
|
где a – Кгидр. и h.
Вопросы для подготовки
1. Что называется ионным произведением воды, pH ? Значение pH в различных средах.
2. Гидролиз солей. Почему не все соли подвергаются гидролизу?
3. Что называется степенью и константой гидролиза?
4. Как влияют температура и разбавление раствора на гидролиз солей?
5. Влияние положения элементов в периодической системе элементов на степень гидролиза их солей?
6. Написать уравнения реакций гидролиза и указать реакцию раствора следующих солей: а) сульфата меди; б) нитрата цинка.
7. Закончить уравнения следующих реакций (с учетом возможности необратимого гидролиза образуемых солей): а)
Al2 SO4 3 Na2S ; б) FeCl3 NH4 2 CO3 .
45
Приложение 1
Относительная электроотрицатсльность атомов
H |
|
|
|
|
|
|
2,1 |
|
|
|
|
|
|
Li |
Ве |
В |
С |
N |
O |
F |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
Na |
Мg |
Aℓ |
Si |
Р |
S |
Cℓ |
0,9 |
1,2 |
1,5 |
1,8 |
2,1 |
2,5 |
3,0 |
К |
Са |
Ga |
Gе |
As |
Sе |
Br |
0,8 |
1,0 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
2,4 |
2,8 |
Rb |
Sr |
In |
Sn |
Sb |
Te |
J |
0,8 |
1,0 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2,1 |
2,5 |
Cs |
Ва |
Те |
Pb |
Bi |
Po |
At |
0,7 |
0,9 |
1,8 |
1,8 |
1,9 |
2,0 |
2,2 |
Fr |
Ra |
|
|
|
|
|
0,7 |
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
46
Приложение 2
Стандартные электродные потенциалы некоторых окислительно-восстановительных систем
Окисленная фор- |
+n |
Восстановленная |
Е°, В |
ма |
e- |
форма |
|
F2 |
2e- |
2 F- |
+2,87 |
МnО-4 + 8Н+ |
5e- |
Mn2+ + 4Н2О |
+1,54 |
Cl2 |
2e- |
2Сl- |
+ 1,35 |
Cr2 О2-7 + 14 Н+ |
6e- |
2Сг3+ + 7H2О |
+1,33 |
|
|
|
|
MnО2 + 4H+ |
2e- |
Мn2+ + 2Н20 |
+1,23 |
O2 + 4H+ |
4e- |
2Н20 |
+1,23 |
Br2 |
2e- |
2Вr- |
+1,07 |
NО-3 + 4H+ |
3e- |
NО + 2Н20 |
+0,96 |
NО-3 + 3H+ |
2e- |
HNО2 + Н2О |
+0,94 |
NО-3 + 2H+ |
1e- |
NО2 + Н2О |
+0,78 |
Fe3+ |
1e- |
Fe2+ |
+0,77 |
МnО-4 + 2H2O |
3e- |
МnО2 + 4ОН - |
+0,59 |
МnО-4 |
1e- |
МnО2-4 |
+0,56 |
J2 |
2e- |
2J - |
+0,54 |
|
|
|
|
О2 + 2H2О |
4e- |
4ОН - |
+0,41 |
SО2-4 + 2H+ |
2e- |
SО2-3 + Н2О |
+0,20 |
|
|
|
|
2H+ |
2e- |
H2 |
+0,00 |
|
|
|
|
2H2О |
1e- |
H2+2ОH - |
-0,41 |
S |
2e- |
S2- |
-0,45 |
NО-2 + Н2О |
1e- |
NО+2ОН- |
-0,46 |
SО2-3 + 3Н2О |
4e- |
S+6ОН- |
-0,90 |
47
Приложение 3 Стандартные электродные потенциалы металлов
|
Электродная |
E |
|
, |
Электродная |
E |
|
Металл |
реакция |
Men / Me |
Men |
/ Me |
|||
|
Металл |
реакция |
В |
|
|||
|
|
|
В |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Литий |
Li↔Li ++ е |
|
-3,03 |
Галлий |
Ga↔Ga3+ + 3e |
-0,56 |
|
Калий |
К ↔ К+ + е |
|
-2,93 |
Железо |
Fe↔Fe2++2e |
-0,44 |
|
Рубидий |
Rb↔Rb+ + е |
|
-2,92 |
Кадмий |
Cd↔Cd2++2e |
-0,40 |
|
Барий |
Ва↔Ва2+ +2е |
|
-2,90 |
Кобальт |
Со↔Со2++2е |
-0,28 |
|
Кальций |
Са↔Са2+ +2е |
|
-2,87 |
Никель |
Ni↔Ni2++2e |
-0,25 |
|
Натрий |
Na↔Na+ + e |
|
-2,71 |
Олово |
Sn↔Sn2+ + 2e |
-0,14 |
|
Лантан |
La↔La3+ + 3e |
|
-2,52 |
Свинец |
Pb↔Pb2+ + 2e |
-0,13 |
|
Магний |
Mg↔Mg2++2e |
|
-2,37 |
Железо |
Fe↔Fe3+ + 3e |
-0,04 |
|
Бериллий |
Be↔Be2+ + 2e |
|
-1,85 |
Водород |
H2↔2H+ + 2e |
0,00 |
|
Алюминий |
Aℓ↔Aℓ3+ + 3e |
|
-1,66 |
Медь |
Cu↔Cu2+ + 2e |
+0,34 |
|
Цирконий |
Zr↔Zr4+ + 4e |
|
-1,54 |
Медь |
Cu↔Cu+ + e |
+0,52 |
|
Ванадий |
V↔V2+ + 2e |
|
-1,53 |
Ртуть |
2Hg↔2Hg+ +2e |
+0,79 |
|
Марганец |
Mn↔Mn2++ 2e |
|
-1,18 |
Ртуть |
Hg↔ Hg2++ 2e |
+0,85 |
|
Хром |
Cr↔Cr2+ + 2e |
|
-0,91 |
Серебро |
Ag↔Ag+ + e |
+0,79 |
|
Цинк |
Zn↔Zn2+ + 2e |
|
-0,76 |
Платина |
Pt↔ Pt2++ 2e |
+1,19 |
|
Хром |
Cr↔ Cr3+ + 3e |
|
-0,74 |
Золото |
Au↔Au3+ + 3e |
+1,50 |
Приложение 4 Растворимость некоторых солей и оснований в воде
КАТИ- |
LI |
+ |
+ |
+ |
+ |
2+ |
+ |
MG2 |
CA2 |
ОНЫ |
|
NА |
K |
NH4 |
CU |
AG |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Анионы |
|
|
|
|
Cℓ- |
P |
P |
P |
P |
P |
H |
P |
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Br- |
P |
P |
P |
P |
P |
H |
P |
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J- |
P |
P |
P |
P |
- |
H |
P |
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NО3- |
P |
P |
P |
P |
P |
P |
P |
P |
|
CH3COO- |
P |
P |
P |
P |
P |
P |
P |
P |
|
S2- |
P |
P |
P |
P |
H |
H |
- |
P |
|
SО42- |
P |
P |
P |
P |
P |
M |
P |
M |
|
CО32- |
P |
|
P |
P |
P |
- |
H |
H |
H |
SiО32- |
P |
|
P |
P |
- |
- |
- |
H |
H |
PО43- |
H |
P |
P |
P |
H |
H |
H |
H |
|
ОH- |
P |
|
P |
P |
P |
H |
- |
H |
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
48