Лабораторная работа 5 водородный показатель, гидролиз солей

Что такое ионное произведение воды? Чему оно равно при 25 ⁰С? Каковы концентрации ионов H⁺ и OH^– в чистой воде при 25 ⁰С?

Что называют водородным показателем pH и гидроксидным показателем pOH? Какова связь между ними?

Каковы значения pH и pOH в кислых, нейтральных и щелочных растворах?

ОПЫТ 1. Окраска важнейших индикаторов

В 4 пробирки налейте по 2 мл дистиллированной воды и прибавьте по 1 капле растворов индикаторов: метилового оранжевого (метилоранжа), лакмуса, фенолфталеина, универсального индикатора. Отметьте их окраску в водной (нейтральной) среде.

	ЦВЕТ ИНДИКАТОРА
ИНДИКАТОР	в кислой среде	в нейтральной среде	в щелочной среде
1. Метилоранж
2. Лакмус
3. Фенолфталеин
4.Универсальный

В каждую пробирку прилейте по 1 мл 1 М раствора HCl. Отметьте изменение окраски. Повторите эксперимент, заменив кислоту на 1 М раствор NaOH. Результаты занесите в таблицу.

ОПЫТ 2. pH растворов солей

С помощью универсального индикатора оцените pH среды в 1 М растворах следующих солей: хлорид калия KCl, сульфид натрия Na₂S, хлорид аммония NH₄Cl, ацетат натрия CH₃COONa, ацетат аммония CH₃COONH₄, сульфат магния MgSO₄, сульфат цинка ZnSO₄.

Объясните реакцию среды, пользуясь уравнениями гидролиза солей по аниону и катиону (в молекулярной и ионной формах). Укажите смещение равновесия. Свяжите гидролиз соли с силой отвечающих ей основания и кислоты.

Как рассчитать константу гидролиза для солей хорошо растворимых кислот и оснований?

Найдите в таблице (Приложение Е) константы гидролиза (К_г) катионов Mg²⁺, Zn²⁺. Рассчитайте К_г для ионов NH₄⁺, CO₃^2–, S^2–, SO₄^2–, CH₃COO^– по данным приложения Г. Оцените ожидаемое значение pH взятых растворов. Сравните с экспериментом.

Как поляризующее действие катиона связано с его гидролизом и с силой соответствующего основания?

ОПЫТ 3. Влияние температуры на гидролиз солей

Налейте в пробирку 2 мл 0,5 М раствора ацетата натрия и добавьте 2–3 капли раствора фенолфталеина. Нагрейте раствор. Объясните изменение окраски раствора. Запишите уравнение гидролиза в молекулярном и ионном виде. Охладите раствор, наблюдая за окраской.

Как влияет температура на степень гидролиза соли? Пользуясь принципом Ле-Шателье, свяжите это влияние с тепловым эффектом гидролиза.

ОПЫТ 4. Влияние разбавления на гидролиз, обратимость гидролиза

Запишите уравнение гидролиза иона Al³⁺. Как изменяется число частиц в этом процессе? (Растворитель принято не учитывать – его концентрация почти постоянна).

Как влияет разбавление на процессы, идущие с увеличением числа частиц? Какие процессы этого рода вам ещё известны?

В растворе хлорида сурьмы “SbCl₃” (иначе, HSbCl₄ – для подавления гидролиза раствор готовят на соляной кислоте) устанавливается равновесие:

HSbCl₄ + HOH SbOCl + 3HCl.

HSbCl₄ – сильная кислота, а сложный ион SbCl₄^– в водном растворе лишь частично распадается на простые ионы Sb³⁺ и Cl^–. Поэтому данному молекулярному уравнению можно сопоставить несколько ионных уравнений, например –

1) нет диссоциации SbCl₄^–:

SbCl₄^– + HOH SbOCl + 2H⁺ + 3Cl^–;

2) отщепляется половина ионов хлора:

S bCl₂⁺ + HOH SbOCl + 2H⁺ + Cl^–;

3) отщепляются все ионы хлора:

S b³⁺ + Cl^– + HOH SbOCl + 2H⁺ .

Как изменяется число частиц в этих процессах? (Осадок, как и растворитель, не считают, концентрация вещества в осадке постоянна). Как должно влиять разбавление на смещение равновесий 1)-3)? Как можно подавить гидролиз HSbCl₄?

Налейте в пробирку 3 мл раствора “SbCl₃”. Добавляйте по каплям дистиллированную воду, взбалтывая раствор. Возникший осадок разделите на 3 равные части.

К одной из них приливайте по каплям 5 М раствор HСl (=16,9%), к другой – 5 М раствор HNO₃ (=27,0%). Сравните моменты растворения осадка, объясните на основе ионного уравнения реакции.

Для проверки индивидуального влияния ионов хлора насыпьте в третью пробирку 1–2 ложки сухого NaCl (или KCl). Что наблюдаете?

Какие ионные уравнения диссоциации SbCl₄^– согласуются с экспериментом, а какие ему противоречат?

ОПЫТ 5. Взаимное усиление гидролиза (полный гидролиз)

К 2 мл раствора хлорида алюминия AlCl₃ прилейте 2–3 капли универсального индикатора или лакмуса. Какова его окраска? На что она указывает?

Запишите уравнения первой ступени гидролиза и полного гидролиза катиона алюминия.

Во вторую пробирку налейте 2 мл раствора карбоната натрия Na₂CO₃ и 2-3 капли индикатора. Обсудите его окраску.

Запишите уравнения первой ступени гидролиза и полного гидролиза аниона карбоната.

Соедините два раствора. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции.

Убедитесь, что осадок является гидроксидом алюминия, а не карбонатом. Для этого отделите его от раствора, промойте подогретой водой и обработайте разбавленной соляной кислотой. Что наблюдаете?

Объясните, почему полный гидролиз хлорида алюминия и карбоната натрия происходит только при их совместном нахождении в растворе.

ОПЫТ 6. Равновесие в растворах кислых солей

При растворении кислой соли, например, гидрокарбоната натрия NaHCO₃, с анионом могут происходить 2 процесса:

а) гидролиз этого аниона (поставляет ионы OH^–):

HCO₃^– + HOH “H₂CO₃“ + OH^– ;

данному равновесию отвечает К_г= К_w / К₁ (H₂CO₃) =10^–14 / 4,3·10^–7 = 2,2·10^–8.

б) диссоциация этого аниона (поставляет ионы H⁺):

HCO₃^– H⁺ + CO₃^2– ;

данному равновесию отвечает К_д= К₂(H₂CO₃) = 5,6·10^–11.

Кислотность среды определяется преобладающим процессом. В данном случае К_г>К_д, преобладает гидролиз, и среда будет щелочная.

С помощью универсального индикатора оцените pH 1 М растворов фосфата натрия Na₃PO₄, гидрофосфата натрия Na₂HPO₄ и дигидрофосфата натрия NaH₂PO₄.

Запишите уравнения диссоциации этих солей, а также гидролиза и диссоциации их анионов. Объясните реакцию среды с учётом К_г и К_д, по предложенной выше схеме. Используйте данные Приложения Г.