Соли. Гидролиз. Расчет рН 0,1М раствора карбоната натрия. Концентрация раствора гидроксида натрия в воде

§ 7.3. Соли. Гидролиз

(продолжение)

2. Соль образована слабой кислотой и сильным основанием, например ацетат натрия NaCH₃COO, карбонат натрия (сода) Na₂CO₃, нитрит натрия NaNO₂, сульфит натрия Na₂SO₃, сульфид натрия Na₂S, цианид натрия NaCN. Карбонат натрия диссоциирует:

Na₂CO₃ = 2Na⁺ + .

Гидролизу подвергается карбонат-ион. Гидролиз проходит в две ступени:

+ Н₂О = + ОН^–,

+ Н₂О = Н₂CO₃ + ОН^–.

В водном растворе гидролиз по второй ступени не проходит – из раствора соды углекислый газ не выделяется. Чтобы гидролиз прошел по второй ступени, равновесие следует сместить вправо добавлением в раствор кислоты (ионов водорода). Образующаяся при этом неустойчивая угольная кислота распадается на углекислый газ и воду:

H₂CO₃ = СО₂ (г.) + Н₂О.

Обычно приводимое в учебниках химии уравнение реакции между карбонатом натрия и кислотой с образованием углекислого газа

Na₂CO₃ + 2НCl = 2NaCl + H₂CO₃

представляет собой смещенную вправо реакцию гидролиза. Кроме того, это не реакция обмена, а реакция гидролиза, проходящая по второй ступени. Как реакция обмена она протекает при действии газообразного хлороводорода на кристаллический карбонат натрия.

Пример. Рассчитать рН 0,1М раствора карбоната натрия. Будем считать, что гидролиз проходит только по первой ступени:

+ Н₂О = + ОН^–.

После преобразований константы гидролиза получаем:

В этом выражении К_кисл есть константа диссоциации иона :

= + Н⁺,

Обратите внимание, что в расчете используется константа диссоциации кислоты H₂CO₃ по второй ступени! Для угольной кислоты из справочных данных находим:

Эти данные подставляем в формулу:

рОН = –lg 4,22•10^–3 = 2,4, рН = 14 – рОН = 11,6.

При какой концентрации раствора гидроксида натрия в воде достигается то же значение рН? Рассчитайте. Можно дать приблизительный ответ. А как быть, если вас попросят написать уравнение гидролиза кислой соли, например гидрокарбоната натрия NaHCO₃? Если вы сразу же напишите уравнение диссоциации соли

NaHCO₃ = Na⁺ + , то, очевидно, гидролизу подвергается ион  и уравнение гидролиза имеет вид:

+ Н₂О = Н₂СO₃ + ОН^–.

Образование неустойчивой угольной кислоты приводит к тому, что уже при слабом нагревании начинается выделение из раствора углекислого газа (тесто с добавленным в него пекарским порошком «поднимается»). По теории кислот и оснований И.Н.Брёнстеда кислотный ион может быть и кислотой, и основанием в зависимости от того, записано ли уравнение реакции гидролиза или уравнение взаимодействия с ионом водорода:

3. Соль образована слабым основанием и слабой кислотой, например ацетат аммония NH₄CH₃COO, гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃, гидросульфит аммония NH₄HSO₃, нитрит аммония NH₄NO₂. Гидролиз такой соли рассмотрим на примере ацетата аммония, диссоциирующего в водном растворе по уравнению

NH₄CH₃COO = + CH₃COO^–.

Оба иона этой соли образуют с водой слабые электролиты – гидроксид аммония и уксусную кислоту, поэтому реакцию гидролиза можно описать одним общим уравнением:

+ CH₃COO^– + Н₂О = NН₄ОН + СН₃СООН.

В связи с тем, что константы диссоциации уксусной кислоты СН₃СООН и гидроксида аммония NН₄ОН примерно одинаковы, концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов также примерно равны, и поэтому раствор ацетата натрия имеет примерно нейтральную среду, рН 7. Гидролиз соли (NH₄)₂S, диссоциирующей по уравнению

(NH₄)₂S = 2 + S^2–, проходит по двум ступеням:

+ S^2– + Н₂О = NH₄ОН + НS^– (1-я ступень),

+ НS^– + Н₂О = NH₄ОН + Н₂S (2-я ступень).

В отличие от двух предыдущих вариантов гидролиза (соль образована сильной кислотой и слабым основанием или слабой кислотой и сильным основанием) в данном случае рН раствора не зависит от концентрации соли (но зависит от того, какой из одноименных ионов дополнительно введен в раствор).