Значения рН некоторых жидкостей

Жидкость	рН
Раствор соляной кислоты НСl (1 моль/л) Чистый желудочный сок человека Лимонный сок Речная вода Морская вода Грудное молоко Сыворотка крови человека Раствор щелочи КОН (1 моль/л)	0,0 0,9 - 1,1 2,3 5,6 7,8 – 8,3 6,6 – 6,9 7,4

Сильные электролиты полностью диссоциируют на ионы в воде. Слабые электролиты лишь частично распадаются на ионы, и мерой этого свойства являются два параметра: степень диссоциации a и константа диссоциации слабого электролита К_с. Последний параметр используется для оценки способности слабых электролитов диссоциировать.

Рассмотрим связь между константой диссоциации К _с и степенью диссоциации a такого слабого электролита, как бензойная кислота.

С₆Н₅СООН(р-р) ⇄ С₆Н₅СОО^-(р-р) + Н⁺(р-р).

Константа диссоциации К_с определяется отношением произведения равновесных концентраций катионов и анионов к равновесной концентрации недиссоциированных молекул слабого электролита:

.

Начальная концентрация растворенной в воде бензойной кислоты с ₀. Равновесные концентрации ионов бензойной кислоты и водорода одинаковы и равны a× с₀. Равновесная концентрация недиссоциированной бензойной кислоты равна:

= (с ₀-a× с ₀) = с ₀(1-a).

Подставим значения равновесных концентраций в выражение константы диссоциации К _с:

.

Для слабых кислот степень диссоциации существенно меньше единицы. При a << 1 величина (1-a) @ 1, и выражение константы диссоциации слабой кислоты имеет следующий вид:

К _с = a² с ₀.

Константа диссоциации зависит только от температуры. Отметим важное свойство слабых электролитов: чем больше начальная концентрация электролита с ₀, тем меньше степень его диссоциации, что следует из нижеприведенного соотношения:

или a = (К_д /С₀)^1/2.

 

Пример. Определить степень диссоциации 0,1М водных растворов уксусной и бензойной кислот. Константы диссоциации кислот соответственно равны 1,8^.10^-5 и 6,3^.10^-5 при 25 ^оС.

Решение

Для вычисления a воспользуемся уравнением

a = (К_д /С₀)^1/2.

Для 0,1М уксусной кислоты в воде:

a = (1,8 10^-5 / 10^-1)^1/2 = (0,00018)^1/2 = 0,0134.

Для 0,1М бензойной кислоты в воде:

a = (6,3 10^-5 / 10^-1)^1/2 = (0,00063)^1/2 = 0,025.

Следовательно, при 25 ^оС уксусная кислота диссоциирует на 1,34%, а бензойная кислота на 2,5%.

 

Реакции электролитов

Основность кислоты определяется числом ионов водорода, которые образуются при её диссоциации.

1)Реакции диссоциации слабых кислот

Диссоциация одноосновной циановодородной кислоты:

HCN ⇄ H⁺ + CN K_c = .

Диссоциация двухосновной угольной кислоты:

Н₂СО₃ ⇄ H⁺ + НСО₃^- К ₁

НСО₃^- ⇄ H⁺ + СО₃^2- К ₂(К ₁ >К ₂)

Диссоциация трехосновной ортофосфорной кислоты:

Н₃РО₄ ⇄ H⁺ + Н₂РО₄^- К ₁

Н₂РО₄^-⇄ H⁺ + НРО₄^2- К ₂

НРО₄^2-⇄ H⁺ + РО₄^3- К ₃(К ₁ >К ₂ >К ₃)

2) Необратимые реакции нейтрализации сильной кислоты сильной щелочью сопровождаются образованием соли и воды. Раствор становится нейтральным (рН = 7):

НСl(р-р) + КОН(р-р) ® КСl(р-р) + Н₂О(ж)

Полное ионное уравнение выглядит следующим образом:

Н⁺(р-р) + Сl^-(р-р) + К⁺(р-р)+ОН^-(р-р)®К⁺(р-р)+Сl^-(р-р)+Н₂О(ж)

Ионное уравнение в сокращенном виде:

Н⁺(р-р) + ОН^-(р-р) ® Н₂О(ж)

Реакции гидролиза

Соли – сильные электролиты. При растворении в воде они образуют гидратированные катионы и анионы. Если катионы или анионы соли при взаимодействии с водой образуют слабый электролит, то среда раствора становится либо щелочной, либо кислой.

Гидролизом называют реакцию ионов солей с водой, изменяющую рН среды с электронейтральной на кислую или щелочную.

Приведем примеры реакций гидролиза солей.

а) Гидролиз соли,образованной слабой кислотой и сильным основанием:

СН₃СООNa(р-р) + Н₂О(ж) ⇄ СН₃СООН(р-р) +NaOH(р-р)

Полное ионное уравнение:

СН₃СОО^-(р-р)+Na⁺(р)+Н₂О(ж)⇄СН₃СООН(р-р)+Na⁺(р-р)+ОН^-

Ионное уравнение в сокращенном виде:

СН₃СОО^-(р-р)+Н₂О(ж)⇄ СН₃СООН(р-р)+ +ОН^-

Соли, образованные слабыми кислотами и сильными основаниями, гидролизуются с образованием ионов гидроксида ОН^-, среда становится щелочной (рН > 7).

б) Гидролиз соли,образованной сильной кислотой и слабым основанием:

NH₄Cl(р-р) + H₂O(ж) ⇄ HCl(р-р) + NH₄OH(р-р)

Полное ионное уравнение:

NH₄⁺(р-р)+Cl^-(р-р)+H₂O(ж) ⇄ H⁺(р-р) + Cl^-(р-р) + NH₄OH(р-р)

Ионное уравнение в сокращенном виде:

NH₄⁺(р-р) + H₂O(ж) ⇄ H⁺(р-р) + NH₄OH(р-р)

Соли, образованные сильными кислотами и слабыми основаниями, гидролизуются с образованием ионов водорода Н⁺, среда становится кислой (pH < 7).

Аналогично проходит реакция гидролиза AlCl₃:

AlCl₃(р-р) + H₂O(ж) ⇄ Al(OH)Cl₂(р-р)+ H⁺(р-р)+ Cl^-(р-р)

Полное ионное уравнение:

Al³⁺(р-р)+3Cl^-(р-р)+ H₂O(ж) ⇄Al(OH)Cl₂(р-р)+ H⁺(р-р)+ Cl^-(р-р)

Ионное уравнение в сокращенном виде:

Al³⁺(р-р)+2Cl^-(р-р) + H₂O(ж) ⇄Al(OH)Cl₂(р-р)+ H⁺(р-р)

Среда в растворе кислая.

Заметим, что соли, образованные сильными кислотами и сильными основаниями, например такие, как NaCl, не гидролизуются и не изменяют рН раствора (рН = 7).

Легко происходит гидролиз солей, образованных слабыми кислотами и слабыми основаниями. В зависимости от относительной силы кислоты или основания будет меняться кислотность водного раствора.

4) Реакции осаждения (образование нерастворимой соли)

СаСl₂(р-р) + Na₂SO₄(р-р) ® 2NaCl(р-р) + CaSO₄(т)¯

Полное ионное уравнение:

Ca²⁺(р-р)+2Сl^-(р)+2Na⁺(р-р)+SO₄(р-р)®2Na⁺(р-р)+2Cl^-(р-р)+CaSO₄(т)¯

Ионное уравнение в сокращенном виде:

Ca²⁺(р-р)+ SO₄(р-р)® CaSO₄(т)¯

5) Реакции образования газообразного вещества

СaCO₃(т) + 2HCl(р-р) ® CaCl₂(р-р) + Н₂О(ж) + CO₂(г)­

Полное ионное уравнение:

СaCO₃(т)+2H⁺(р-р)+2Cl^-(р-р)®Ca²⁺(р-р) +2Cl^-(р-р) +Н₂О(ж)+CO₂(г)­

Ионное уравнение в сокращенном виде:

СaCO₃(т) + 2H⁺(р-р) ® Ca²⁺(р-р) + Н₂О(ж)+ CO₂(г)­

Ионные реакции, идущие с образованием нерастворимых в воде веществ, улетучивающихся из раствора газов, или малодиссоциирующих соединений, являются необратимыми.

Если малодиссоциирующие соединения есть в левой и правой частях уравнения, то реакция обратимая.