5.7. Диссоциация воды. Водородный показатель

Вода является слабым электролитом, ее диссоциация выражается уравнением:

H₂O H⁺ + OH^– .

Константа электролитической диссоциации воды:

(при 25 ⁰С).

Произведение K[H₂O] = [H⁺][OH^-] называют ионным произведением воды:

К_W = [H⁺][OH^-] = 10^-14.

Диссоциация воды – процесс эндотермический, поэтому при нагревании диссоциация воды усиливается и ионное произведение воды возрастает.

Растворы, в которых концентрации ионов H⁺ и OH^– одинаковы, называют нейтральными растворами. В кислых растворах больше концентрация ионов H⁺, в щелочных – ионов OH^–.

Более удобно для характеристики среды раствора использовать водородный показатель:

pH = – lg [H⁺].

Среда	Кислая	Нейтральная	Щелочная
рН	< 7	= 7	> 7
[H^+], моль/л	>10^–^7	10^–^7	<10^–^7
[OH^-], моль/л	<10^–^7	10^–^7	>10^–^7

5.8. Гидролиз

Гидролиз солей – взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к смещению ионного равновесия воды и изменению рН среды.

В реакциях гидролиза участвуют ионы слабых электролитов: катионы слабых оснований и анионы слабых кислот. В ходе гидролиза образуются слабодиссоциированные или труднорастворимые продукты. Следствием гидролиза является нарушение равновесия в системе

H₂O H⁺ + OH^– ;

в результате среда становится либо кислой (рН < 7), либо щелочной (pH > 7).

1. Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием – гидролиз по аниону (протекает преимущественно по первой ступени):

Na₂CO₃ = 2 Na⁺ + CO ₃^2–

NaOH H₂CO₃

(сильн.) (слаб.)

CO₃^2– + HOH HCO₃^– + OH^–

Na₂CO₃ + H₂O NaHCO₃ + NaOH.

Реакция сопровождается образованием ионов ОН^–. Раствор карбоната натрия характеризуется щелочной средой, рН > 7.

2. Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой – гидролиз по катиону (протекает преимущественно по первой ступени):

Al(NO₃)₃ = Al³⁺ + 3 NO₃^–

Al(OH)₃ HNO₃

(слаб.) (сильн.)

Al³⁺ + HOH AlOH²⁺ + H⁺

Al(NO₃)₃ + H₂O AlOH(NO₃)₂ + HNO₃

Реакция сопровождается образованием ионов Н⁺. Раствор сульфата никеля (II) характеризуется кислой средой, рН < 7.

3. Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой подвергается практически полному, необратимому гидролизу:

Al₂(SO₃)₃ = 2Al³⁺ + 3 SO₃^2–

Al(OH)₃ H₂SO₃

(слаб.) (слаб.)

2Al³⁺ + 3SO₃^2– + 6HOH = 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₃

Al₂(SO₃)₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₃.

В данном случае гидролиз идет и по катиону, и по аниону с образованием сразу двух слабых электролитов. Среда зависит от относительной силы образующихся в результате гидролиза кислоты и основания.

4. Совместному гидролизу подвергаются две соли, одна из которых образована слабым основанием и сильной кислотой, другая – сильным основанием и слабой кислотой:

FeCl₃ + Na₂CO₃ + H₂O = …

Na₂CO₃ = 2 Na⁺ + CO₃^2–

NaOH H₂CO₃

(сильн.) (слаб.)

FeCl₃ = Fe³⁺ + 3 Cl^–

Fe(OH)₃ HCl

(слаб.) (сильн.)

2 Fe³⁺ + 3 CO₃^2– + 6HOH = 2 Fe(OH)₃ + 3 H₂СO₃

2 FeCl₃ + 3 Na₂CO₃ + 6 H₂O = 2 Fe(OH)₃ + 3 H₂СO₃ + 6 NaCl.

Гидролиз, как и в предыдущем случае, идет и по катиону, и по аниону с образованием сразу двух слабых электролитов. Среда зависит от силы образующихся в результате гидролиза кислоты и основания.

5. Соль, образованная сильной кислотой и сильным основанием, не гидролизуется:

KNO₃ = К⁺ + NO₃^–

KOH HNO₃

(cильн.) (cильн.)

KNO₃+H₂O 

Соль гидролизу не подвергается, рН = 7.