4.3.3 Смещение ионных равновесий

Ионное равновесие, как и любое другое, смещается при изменении концентрации одного из ионов. Например, если в растворуксусной кислоты,диссоциирующейпо уравнению

CH₃COOHH⁺+ CH₃COO^–

ввести какую-либо соль этой кислоты и тем самым увеличить концентрацию ионов CH₃COO^–, то в соответствии спринципом Ле-Шателье*равновесие смещается влево. Отсюда следует, что введение в растворслабого электролита*одноименных ионов (т.е. ионов, одинаковых с одним из ионовэлектролита) уменьшаетстепень диссоциации*этого электролита.

Аналогично нарушается равновесие в случае малорастворимого электролита (соли). Например, если к насыщенному растворусульфата кальцияCaSO₄добавить другой, хорошо растворимый сульфат (K₂SO₄), то вследствие увеличения концентрации ионов SO₄^2–равновесие сместится в сторону образования кристаллов (образуется осадок CaSO₄). Этот процесс прекратится, когда произведение концентраций [Ca²⁺] и [SO₄^2–] станет равнопроизведению растворимости*, т.е. установится новоесостояние равновесия.

На основании рассмотренных примеров можно сделать следующий вывод: реакции в растворах электролитов всегда идут в сторону образования наименее диссоциированных или наименее растворимых веществ. Из этого, в частности, следует, что сильные кислоты вытесняют слабые из растворов их солей:

CH₃COONa + HCl = CH₃COOH + NaCl

Суть этой реакции более точно отражается ионно-молекулярным уравнением, где формулыслабых электролитовзаписаны в виде молекул, асильных– в виде ионов:

CH₃COO^– + Na⁺ + H⁺ + Cl^–  = CH₃COOH + Na⁺ + Cl^–

или в сокращенном видеСокращенное ионное уравнение отражает самую суть происходящего процесса. Вступают в реакцию или образуются в ней в действительности только те частицы (ионы или молекулы), которые записаны в сокращенном уравнении.:

CH₃COO^–+ H⁺= CH₃COOH

Аналогично протекают реакции между сильными основаниями и солями слабых оснований. Например:

FeSO₄ + 2 NaOH = Na₂SO₄ + Fe(OH)₂

Fe²⁺ + SO₄^2– + 2 Na⁺ + 2 OH^– = SO₄^2– + 2 Na⁺ + Fe(OH)₂

Fe²⁺ + 2 OH^– = Fe(OH)₂

4.3.4 Гидролиз солей

Химическая реакция обменного характера растворяемого вещества с растворителем называется сольволизом. Если растворителем являетсявода, то процесс –гидролиз(частный случай сольволиза).

Сутьгидролиза солейзаключается в том, что происходит смещение равновесиядиссоциации водывследствие связывания одного из ее ионов с образованием малодиссоциированного или труднорастворимого продукта. Гидролиз идет по-разному в зависимости от силы кислоты и основания, образовавших соль. Рассмотрим различные случаи.

а) Соль образована слабой кислотой и сильным основанием (CH₃COONa,KCN,Na₂CO₃).

или  CH₃COO^– + Na⁺ + H₂OCH₃COOH + Na⁺ + OH^–

CH₃COO^–+ H₂OCH₃COOH + OH^–

Так как уксусная кислотаслабодиссоциирует, ацетат-ион связывает ион H⁺, иравновесиедиссоциации воды смещается вправо согласнопринципу Ле Шателье. В растворе накапливаются ионы OH^–(pH>7)*.

Если соль образованамногоосновной кислотой, то гидролиз идет ступенчато. Например, гидролиз карбоната:

            I ступень:   CO₃^2–+ H₂OHCO₃^–+ OH^–

            II ступень: HCO₃^–+ H₂OH₂CO₃+ OH^–

Практическое значение обычно имеет только процесс, идущий по первой ступени, которым, как правило, и ограничиваются при оценке гидролиза солей. Равновесие гидролиза по второй ступени значительно смешено влево по сравнению с равновесием первой ступени, поскольку на первой ступени образуется более слабый электролит (HCO₃^–), чем на второй (H₂CO₃) (о смещении ионных равновесий см.раздел 4.3.3).

б) Соль образована сильной кислотой и слабым основанием (NH₄NO₃,AlCl₃,Fe₂(SO₄)₃).

NH₄⁺ + NO₃^– + H₂ONH₄OH + NO₃^– + H⁺

NH₄⁺ + H₂ONH₄OH + H⁺

(pH<7)

В случае многозарядного катиона гидролиз протекает ступенчато, например:

            I ступень:   Cu²⁺ + HOHCuOH⁺ + H⁺

            II ступень:  CuOH⁺ + HOHCu(OH)₂ + H⁺

При этом концентрация ионов водорода и pH среды*в растворе также определяются главным образом первой ступенью гидролиза.

в) Соль образована слабой кислотой и слабым основанием (CH₃COONH₄,(NH₄)₂CO₃).

CH₃COO^–+ NH₄⁺+ H₂OCH₃COOH + NH₄OH

В этом случае образуются два малодиссоциированных соединения, и pH раствора зависит от относительной силы кислоты и основания.

Если продукты гидролиза могут удаляться из раствора- например, в виде осадка или газообразного вещества., то гидролиз протекает до конца. Например:

Al₂S₃+ 3 H₂OAl(OH)₃+ H₂S­

г) Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются, т.к. единственным малодиссоциирующим соединением является H₂O.

Взаимное усиление гидролиза. Допустим, что в разных сосудах установились равновесия:

CO₃^2– + H₂OHCO₃^– + OH^–

Al³⁺ + H₂OAlOH²⁺ + H⁺

Обе соли гидролизованы незначительно, но если растворы смешать, то происходит связывание ионов H⁺и OH^–. В соответствии спринципом Ле-Шателье*оба равновесия смещаются вправо, и гидролиз протекает полностью:

2 AlCl₃ + 3 Na₂CO₃ + 3 H₂O = 2 Al(OH)₃ + 3 CO₂ + 6 NaCl

Это называется взаимным усилением гидролиза.