1.2. Степень гидролиза и константа гидролиза
Под степенью гидролиза понимают число , показывающее какая часть от общего количества соли гидролизована.
Степень гидролиза определяется соотношением:
Познакомимся с вычислением степени гидролиза на примере KCN. Гидролиз этой соли может быть представлен следующим ионным уравнением:
.
Напишем уравнение константы равновесия этой реакции:
.
Величина [H2O] может считаться постоянной, т.к. вода находится в растворе в большом избытке. Перенесем её в левую часть уравнения:
.
Произведение двух констант — это тоже константа, называемая константой гидролиза:
.
Числовое
значение Кгидр
можно найти из величины
и
.
Из ионного произведения воды:
получим:
.
Подставим полученное выражение (11) для [OH–] в уравнение (10):
или
,
где
— константа диссоциации цианистоводородной
кислоты.
Уравнение (10) будет иметь вид:
.
Из уравнения (12) определим степень гидролиза соли. Пусть концентрация соли С моль/л. Если степень гидролиза , то гидролизовано С∙ моль соли и образовано С∙ моль HCN и С∙ моль ионов ОН–:
.
Следовательно:
.
Так как величина обычно мала по сравнению с единицей, то
;
.
Полученное выше уравнение (13) подтверждает общие положения, что степень гидролиза тем больше:
а) чем
больше
(т.е. чем выше температура), так как с
ростом температуры ионное произведение
воды (
)
быстро растет);
б) чем меньше Ккисл (т.е. чем слабей кислота, соль которой подвергается гидролизу);
в) чем меньше концентрация С, т.е. чем сильней разбавлен раствор.
Аналогично выводится формула для вычисления степени гидролиза солей сильных кислот и слабых оснований, например, NH4Cl:
;
.
1. 4. Примеры решения задач
Пример 1. Вычисление водородного показателя (рН) раствора.
Вычислите
рН раствора КОН, содержащегося в растворе
в концентрации
моль/л.
Решение:
Концентрация ОН–
ионов в растворе КОН равна
моль/л.
Определим концентрацию ионов [H+]:
;
.
Пример 2. Вычисление концентрации ионов ОН– по величине водородного показателя раствора.
Вычислите
концентрацию ОН–
ионов в растворе рН которого равен 3,28.
Определим по величине рН концентрацию
ионов Н+
в растворе
;
.
моль/л.
Определим концентрацию ионов ОН– по величине ионного произведения воды:
моль/л.
Пример 3. Вычисление рН сильного электролита с учетом его коэффициента активности.
Найдите водородный показатель 0,175М раствора HNO3.
Решение: Определим активную концентрацию электролита. Для этого вычислим ионную силу раствора:
,
где С1, С2 – молярные концентрации отдельных присутствующих в растворе ионов; z1, z2 – их заряды:
.
По вычисленной ионной силе находим коэффициент активности иона Н+ (см. таблицу 9):
;
.
Водородный показатель раствора HNO3 равен:
.
Таблица
Коэффициенты активности ионов
|
Ионы |
Ионная сила раствора | |||||||
|
0,001 |
0,002 |
0,005 |
0,01 |
0,02 |
0,05 |
0,1 |
0,2 | |
|
H+ |
0,975 |
0,967 |
0,950 |
0,923 |
0,914 |
0,880 |
0,860 |
0,830 |
|
Li+ |
0,975 |
0,965 |
0,948 |
0,929 |
0,907 |
0,870 |
0,865 |
0,800 |
|
Rb+, Cs+, NH+, Ag+ |
0,975 |
0,964 |
0,945 |
0,924 |
0,898 |
0,850 |
0,800 |
0,750 |
|
K+, Cl–, Br–, I–, CN–, NO3– |
0,975 |
0,964 |
0,945 |
0,925 |
0,899 |
0,850 |
0,805 |
0,755 |
|
OH–, F–, CNS–, MnO4– |
0,975 |
0,964 |
0,946 |
0,926 |
0,900 |
0,855 |
0,810 |
0,760 |
|
Na+ |
0,975 |
0,964 |
0,947 |
0,928 |
0,902 |
0,860 |
0,820 |
0,775 |
|
SO42–, CrO42– |
0,903 |
0,867 |
0,803 |
0,740 |
0,660 |
0,545 |
0,445 |
0,355 |
|
Pb2+, CO3–, SO32– |
0,903 |
0,868 |
0,805 |
0,742 |
0,665 |
0,550 |
0,455 |
0,370 |
|
Sr2+, Ba2+, Cd2+, S2– |
0,903 |
0,868 |
0,805 |
0,744 |
0,670 |
0,555 |
0,465 |
0,380 |
|
Ca2+, Cu2+, Zn2+, Mn2+, Fe2+, Ni2+, Co2+ |
0,905 |
0,870 |
0,809 |
0,749 |
0,675 |
0,570 |
0,485 |
0,405 |
|
Mg2+, Be2+ |
0,906 |
0,872 |
0,813 |
0,755 |
0690 |
0,595 |
0,520 |
0,450 |
|
PO43–, [Fe(CN)6]3– |
0,796 |
0,725 |
0,612 |
0,505 |
0,395 |
0,250 |
0,160 |
0,095 |
|
Al3+, Fe3+, Cr3+ |
0,802 |
0,738 |
0,632 |
0,540 |
0,445 |
0,325 |
0,245 |
0,180 |
|
[Fe(CN)6]4– |
0,668 |
0,570 |
0,425 |
0,310 |
0,200 |
0,100 |
0,048 |
0,021 |
Пример 4. Вычисление рН смеси сильных электролитов.
Определить рН раствора, содержащего в 1л 0,01 моль NaOH и 0,12 моль NaCl.
Решение: Ионная сила раствора:
.
Коэффициент
активности иона ОН-
равен:
;
;
;
.
В случае приближенного расчета (без учета активности) получим:
[OH–]=0,01=10–2;
;
.
Разница всего 0,1.
Пример 5. Вычисление рН раствора слабого электролита.
Определите
рН 0,17н. CH3COOH,
константа диссоциации
которой равна
.
Решение: В соответствии с законом разбавления Оствальда, степень диссоциации равна:
.
Концентрация
ионов
моль/л.
.