Соли. Гидролиз. Расчет рН 0,1М раствора карбоната натрия. Концентрация раствора гидроксида натрия в воде, страница 2

4. Соль образована сильным основанием и сильной кислотой. Такая соль и ее ионы гидролизу не подвергаются. Примеры таких солей: хлорид натрия NaCl, сульфат натрия Na₂SO₄, нитрат натрия NaNO₃. Растворы таких солей почти нейтральны, рН 7. Среда таких солей может быть слегка кислотной или слегка основной из-за других эффектов, связанных с поведением растворов сильных электролитов. Выражения константы гидролиза включают ионное произведение воды и константы диссоциации образующихся слабых электролитов. При повышении температуры ионное произведение воды в значительно большей степени возрастает по сравнению с константами диссоциации слабых кислот и оснований. В связи с этим константа гидролиза должна возрастать, показывая, что равновесие гидролиза смещается вправо, в сторону продуктов (гидролиз сопровождается поглощением теплоты, Н > 0). Нагреванием удается сместить равновесие гидролиза вправо. Часто смещение равновесия гидролиза вправо можно вызвать удалением продуктов реакции. При нагревании раствора сульфида аммония (NH₄)₂S растворимость аммиака NH₃ и сероводорода H₂S в воде понижается, они уходят из сферы реакции (в лабораторной практике гидролиз проходит в открытых системах), и равновесие гидролиза резко смещается вправо. Гидролиз, сопровождающийся удалением продуктов из зоны реакции (газ или осадок), часто условно называют необратимым гидролизом (не в термодинамическом смысле!). Сульфид алюминия Al₂S₃ в водном растворе существовать не может, получить его взаимодействием ионов алюминия и сульфид-ионов не удается. При сливании растворов хлорида алюминия и сульфида натрия выпадает осадок гидроксида алюминия Al(OH)₃ и выделяется сероводород H₂S. Сульфид алюминия можно получить реакцией между металлическим алюминием (опилки, порошок) и серой (порошок). Если полученное кристаллическое вещество Al₂S₃ поместить в воду, то протекает реакция гидролиза:

Al₂S₃ (кр.) + 6Н₂О (ж.) = 2Аl(OH)₃ (кр.) + 3H₂S (г.).

При сливании растворов хлорида алюминия и сульфида натрия проходит реакция

2Al³⁺ (р-р) + 3S^2- (р-р) + 6H₂O (ж.) = 2Аl(OH)₃ (кр.) + 3H₂S (г.).

Примером необратимого гидролиза можно считать реакции карбидов кальция и алюминия с водой при получении ацетилена и метана соответственно:

CaC₂ (кр.) + 2H₂O (ж.) = Ca²⁺ (р-р) + 2OH^- (р-р) + C₂H₂ (г.),

Al₄C₃ (кр.) + 12H₂O (ж.) = 4Al(OH)₃ (кр.) + 3CH₄ (г.).

С практической и теоретической точек зрения важно обсудить вопрос о среде фосфатов натрия. Раствор фосфата натрия Na₃PO₄ (0,1М) имеет основную реакцию с рН 12, что объясняется гидролизом фосфат-иона:

+ Н₂О = + ОН^–.

Раствор Na₂HPO₄ (0,1М) также имеет основную среду с рН 9,5, что объясняется одновременным протеканием двух процессов:

1) гидролиз иона:

+ Н₂О = + ОН^–;

2) диссоциация иона как слабой кислоты:

= Н⁺ + .

Количества ионов Н⁺ и ОН^–, образующихся по этим двум реакциям, примерно одинаковы, поэтому среда раствора близка к нейтральной. Раствор NaH₂PO₄ (0,1М) имеет кислотную среду раствора с рН 4,5, что объясняется преимущественной диссоциацией иона :

= Н⁺ +.

Следовательно, при объяснении среды таких растворов, как по-разному замещенные фосфаты натрия, необходимо учитывать и гидролиз соли, и ее диссоциацию. Рассмотренный выше сокращенный молекульно-ионный способ написания уравнений гидролиза, например:

Al³⁺ + H₂O = AlOH²⁺ + H⁺, удобен для вычисления константы гидролиза, рН раствора и концентраций ионов. Однако в водном растворе все катионы гидратированы, причем связи шести ближайших молекул воды с катионом довольно прочные, уравнение реакции гидролиза правильнее записывать так:

[Al(H₂O)₆]³⁺ + H₂O = [Al(H₂О)₅OH]²⁺ + H₃O⁺.

Координационное число иона алюминия, равное шести, в этом процессе сохраняется. Можно записать это уравнение по-другому, если ион гидроксония заменить на ион водорода:

[Al(H₂O)₆]³⁺ = [Al(H₂О)₅OH]²⁺ + Н⁺.

Это уравнение отражает не гидролиз, а диссоциацию комплексного иона [Al(H₂O)₆]³⁺ как слабой кислоты. Этот пример ярко показывает, что одно и то же явление может быть объяснено по-разному, в зависимости от уровня наших знаний и целей описания. Напишите уравнения дальнейшей диссоциации иона [Al(H₂O)₆]³⁺, помня, что гидроксид алюминия Al(ОН)₃ выпадает в осадок.