ТОП 10:

Глава VII. Кислотно-основные реакции в водных растворах.



Понятия «кислота» и «основание» применяют по отношению к двум группам соединений, обладающих совокупностью диаметрально противоположных свойств. Если кислота выступает донором катиона водорода (Н+), то основание является его акцептором. Следовательно, кислотно-основные реакции сопровождаются переносом катиона водорода, т.е. протона, между реагентами. В то же время, поскольку катион водорода – электрофил, то все кислотно-основные реакции протекают по электрофильно-нуклеофильному механизму. При этом кислота, как донор катиона водорода, выступает электрофилом, а основание – нуклеофилом, поскольку присоединяет катион водорода за счет наличия свободной электронной пары. Рассмотрим основные виды кислотно-основных реакций.

 

Взаимодействие оксидов с водой

 

Одним из случаев кислотно-основных реакций является реакция образования кислот или оснований при растворении некоторых оксидов в воде.

Взаимодействие кислотных оксидов с водой приводит к образованию растворов соответствующих кислот, содержащих гидратированные катионы Н+ и анионы кислотных остатков, что обусловлено полной или частичной диссоциацией кислоты. Если соответствующая кислота является сильным электролитом, то взаимодействие оксида с водой практически необратимо. Например:

SO3 + H2O = H2SO4 H2SO4 = 2H+ + SO42-

Cl2O7 + H2O = 2HClO4 HClO4 = H+ + ClO4-

Оксиды s-металлов, кроме BeO и MgO, растворяясь в воде, образуют растворы гидроксидов соответствующих металлов, содержащие катионы металла и анионы ОН- - продукты полной диссоциации сильного основного гидроксида:

Na2O + H2O = 2NaOH NaOH = Na+ + OH-

CaO + H2O = Ca(OH)2 Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH-

Реакции взаимодействия водорастворимых оксидов с водой, как все кислотно-основные реакции, протекают по электрофильно-нуклеофильному механизму. При этом вода проявляет типичные амфотерные свойства, выступая поставщиком и Н+ - носителя кислотных свойств, и ОН- - носителя основных свойств.

Реакции нейтрализации

К кислотно-основным реакциям относятся реакции нейтрализации

Реакцией нейтрализации называется взаимодействие кислоты и основания с образованием соли и воды.

Например, при добавлении гидроксида калия в соляную кислоту идет реакция:

КОН + НСl = KCL + H2O OH- + H+

Реакция нейтрализации протекает необратимо только при взаимодействии сильной кислоты с сильным основанием, т.к. в этом случае единственным слабым электролитом в реакционной смеси является продукт реакции – вода. Если при этом кислота и основание взяты строго в стехиометрических количествах, то среда в образовавшемся растворе соли будет нейтральной.

По другому протекает реакция нейтрализации с участием слабых кислот (HNO2, CH3COOH, H2SO3) или слабых оснований (NH3*H2O, Mg(OH)2, Fe(OH)2).

HNO2 + KOH ↔ KNO2 + H2O

HNO2 + K+ + OH- ↔ K+ + NO-2 + H2O

HNO2 + OH- ↔ NO2- + H2O

По сокращенному ионно-молекулярному уравнению реакции видно, в реакционной системе слабые электролиты есть не только среди продуктов реакции (Н2О), но и среди исходных веществ (HNO2), что указывает на обратимость реакции. Однако, поскольку именно вода является самым слабым электролитом, то реакция самопроизвольно сильно смещена вправо, в сторону образования соли.

Рассмотрим несколько примеров.

Пример 1. Выберите из перечисленных кислот и оснований: HNO2, HNO3, H2SO3, Ba(OH)2, LiOH, Mn(OH)2 – те, попарные взаимодействия которых соответствуют реакции нейтрализации, идущей по уравнению: Н+ + ОН- = Н2О. напишите молекулярные уравнения возможных реакций.

Ответ. Указанному процессу соответствует взаимодействие сильной кислоты с сильным основанием. Среди перечисленных соединений сильная кислота –HNO3, сильные основания – Ва(ОН)2 и LiOH. Уравнения возможных реакций следующие:

2HNO3 + Ba(OH)2 = Ba(NO3)2 + 2H2O

HNO3 + LiOH = LiNO3 + H2O

Пример 2.Раствор содержит смесь HCl и CH3COOH. Какие реакции и в какой последовательности протекают при нейтрализации этого раствора гидроксидом калия?

Ответ. Содержащиеся в растворе кислоты относятся к разным типам электролитов: HCl – сильный электролит, CH3COOH – слабый. Вследствие подавления диссоциации слабого электролита сильным нейтрализация этих кислот при постепенном добавлении щелочи идет последовательно: сначала ионы ОН- взаимодействуют со свободными ионами Н+, т.е. с сильной кислотой, а затем в процесс вовлекаются молекулы слабой кислоты. Таким образом, сначала идет реакция с HCl , а затем с CH3COOH:

1) HCl + КОН = КCl + Н2О Н+ + ОН- = Н2О

2) CH3COOH + КОН = CH3COOК + Н2О CH3COOH + ОН- = CH3COO- + Н2О

Пример 3. Укажите качественный и количественный состав раствора, полученного в результате добавления 3,36 г КОН к 500 мл раствора Н3РО4 с молярной концентрацией 0,1 моль/л

Дано:

ϑ (р-ра Н3РО4) = 500мл = 0,5л Н3РО4 с КОН может образовать три различные соли.

с(Н3РО4) = 0,1 моль/л Запишем уравнения реакций образования каждой из

m(КОН) = 3,36 г возможных солей и отметим стехиометрическое

М(КОН) = 56 г/моль мольное соотношение реагентов:

Состав раствора ? n(Н3РО4) n(КОН)

- Н3РО4 + КОН = КН2РО4 + Н2О 1 : 1

- Н3РО4 + 2КОН = К2 НРО4 + 2Н2О 1 : 2

- Н3РО4 + 3КОН = К3РО4 + 3Н2О

Определим количества реагентов по данным задачи и их мольное соотношение:

n (Н3РО4) = с(Н3РО4)* ϑ (р-ра Н3РО4) = 0,1моль/л*0,5 л = 0,05 моль

n(КОН) = m(КОН)/ М(КОН) = 3,36 г/56 г/моль = 0,06 моль

n (Н3РО4) : n(КОН) = 0,05 : 0,06 = 5 : 6 = 1 : 1,2

Сравнивая данное отношение с мольными отношениями реагентов в возможных реакциях, сделаем вывод о том, что в растворе образуется смесь КН2РО4 и К2 НРО4, поскольку щелочи больше, чем требуется для образования первой соли, но меньше, чем надо для образования следующей.

В соответствии с избытком КОН по первому уравнению вся кислота превратится в КН2РО4, при этом n (КН2РО4) = n (Н3РО4) = 0,05 моль.

Число молей КОН, израсходованное в этой реакции, n1(КОН) = n (Н3РО4) = 0,05 моль, неизрасходованным останется 0,06 – 0,05 = 0,01 (моль). Это количество КОН будет взаимодействовать с КН2РО4 по уравнению:

КН2РО4 + КОН = К2 НРО4 + Н2О

Очевидно, что 0,01 моль КОН переведет 0,01 КН2РО4, в 0,01 моль К2 НРО4, при этом в растворе останется 0,05 – 0,01 = 0,04 (моль) К2 НРО4.

Ответ: 0,04 моль КН2РО4 и 0,01 моль К2 НРО4

 

Гидролиз солей

При растворении некоторых солей в воде помимо диссоциации соли и гидратации ее ионов самопроизвольно протекает кислотно-основная реакция между ионами соли и молекулами воды, называемая гидролизом соли.

Гидролиз соли – процесс ионообменного взаимодействия ионов соли с молекулами воды, в результате которого образуются слабо диссоциирующие молекулы или ионы

При взаимодействии с анионами солей вода ведет себя как кислота, а с катионами солей – как основание. При этом в растворе соли появляются свободные ионы Н+ или ОН-, образовавшихся из молекул воды, что обуславливает кислую или щелочную среду водного раствора гидролизующейся соли.

Способность солей подвергаться гидролизу и глубина протекания этого процесса зависят прежде всего от природы ионов, образующих соль, а также от растворимости соли в воде.

Соли, образованные катионами сильных оснований и анионами сильных кислот (KNO3, Na2SO4, BaCl2), гидролизу не подвергаются, т.к. ни катион, ни анион соли не могут образовать с водой слабых электролитов.

Практически не гидролизуются и труднорастворимые соли (CaCO3, Mg3(PO4)2) из-за очень незначительной концентрации их ионов в воде.

Гидролиз солей происходит лишь в тех случаях, когда ионы соли могут при взаимодействии с молекулами воды образовать слабо диссоциирующие кислоты или основания. Поэтому гидролизу подвергаются соли, образованные:

1. Анионами слабых кислот и катионами сильных оснований (гидролиз по аниону соли).

2. Катионами слабых оснований и анионами сильных кислот (гидролиз по катиону соли).

3. Катионами слабых оснований и анионами слабых кислот (одновременный гидролиз и по катиону и по аниону соли).







Последнее изменение этой страницы: 2016-12-10; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.204.176.125 (0.005 с.)