|
Расчет концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов в растворах гидролизующихся солей
Большинство солей, растворимых в воде, являются сильными электролитами и в растворе полностью распадаются на ионы. Если в состав соли входят ионы, соответствующие образованию слабой кислоты или слабого основания, то эти ионы могут конкурировать с молекулами воды за обладание ионами Н+ и ОН–:
М+ + НОН ↔ МОН + Н+ (24)
А– + НОН ↔ НА + ОН– (25)
Такие реакции называются реакциями гидролиза ионов (по катиону (24) и по аниону (25)). Очевидно, что если в состав соли входят ионы, соответствующие образованию только сильной кислоты и основания, то эти ионы не гидролизуются. Например, не подвергаются гидролизу соли Na2SO4, KCl, Ba(NO3)2 и т.д.
Хлорида аммония NH4Cl содержит ион, соответствующий слабому основанию NH4OH, поэтому гидролиз протекает по катиону:
NH4Cl → NH4+ + Cl–
NH4+ + HOH ↔ NH4OH + H+
NH4Cl + HOH ↔ NH4OH + HCl.
Раствор хлорида аммония будет иметь рН < 7. Реакция гидролиза протекает обратимо и описывается константой гидролиза:
В состав нитрита калия входит ион NO2–, который соответствует слабой кислоте HNO2. В этом случае гидролиз протекает по аниону:
KNO2 → K+ + NO2–
NO2– + HOH ↔ HNO2 + OH–
KNO2 + HOH ↔ HNO2 + KOH.
рН раствора нитрита калия больше 7. Константа гидролиза этой соли имеет следующий вид:
Нитрит аммония образован и слабым основанием, и слабой кислотой, поэтому гидролиз будет идти и по катиону, и по аниону:
NH4NO2 → NH4+ + NO2–
NH4+ + HOH ↔ NH4OH + H+
NO2– + HOH ↔ HNO2 + OH–
В данном случае степень гидролиза сильно возрастает, так как образующиеся ионы водорода и гидроксила связываются в воду, и равновесие реакции гидролиза смещается вправо:
NH4+ + NO2– + HOH ↔ HNO2 + NH4OH
NH4NO2 + HOH ↔ HNO2 + NH4OH.
Для определения рН раствора такой соли необходимо сравнить константы диссоциации обоих слабых электролитов: HNO2 и NH4OH. К(HNO2) = 4,3·10–4, а К(NH4OH) = 1,75·10–5. Константа диссоциации гидроксида аммония меньше, чем константа диссоциации азотистой кислоты, поэтому ион аммония будет гидролизоваться в большей степени, и рН раствора будет меньше 7.
Задача 8
Навеску соли S1 (молярная масса М г/моль) массой m (г), растворили в мерной колбе на V (мл) и разбавили водой до метки. Рассчитайте рН полученного раствора и степень гидролиза растворенной соли, если соответствующая константа диссоциации равна К (таблица 15).
Таблица 15 – Условие задачи 8
№
| m, г
| Соль S1
| M, г/моль
| К
| V, мл
|
| 0,79
| Ацетат калия
| 98,143
| 1,75∙10–5
|
|
| 0,86
| Ортофосфат натрия (К3)
| 163,941
| 1,26∙10–12
|
|
| 0,93
| Хлорид аммония
| 53,491
| 1,77∙10–5
|
|
| 1,00
| Карбонат натрия (К2)
| 105,989
| 4,69∙10–11
|
|
| 1,07
| Нитрат аммония
| 80,043
| 1,77∙10–5
|
|
| 1,14
| Формиат калия
| 84,116
| 1,77∙10–4
|
| Продолжение таблицы 15
№
| m, г
| Соль S1
| M, г/моль
| К
| V, мл
|
| 1,21
| Ацетат калия
| 98,143
| 1,75∙10–5
|
|
| 1,28
| Ортофосфат натрия (К3)
| 163,941
| 1,26∙10–12
|
|
| 1,35
| Хлорид аммония
| 53,491
| 1,77∙10–5
|
|
| 1,42
| Карбонат натрия (К2)
| 105,989
| 4,69∙10–11
|
|
| 1,49
| Нитрат аммония
| 80,043
| 1,77∙10–5
|
|
| 1,56
| Формиат калия
| 84,116
| 1,77∙10–4
|
|
| 1,63
| Ацетат калия
| 98,143
| 1,75∙10–5
|
|
| 1,70
| Ортофосфат натрия (К3)
| 163,941
| 1,26∙10–12
|
|
| 1,77
| Хлорид аммония
| 53,491
| 1,77∙10–5
|
|
| 1,84
| Карбонат натрия (К2)
| 105,989
| 4,69∙10–11
|
|
| 1,91
| Нитрат аммония
| 80,043
| 1,77∙10–5
|
|
| 1,98
| Формиат калия
| 84,116
| 1,77∙10–4
|
|
| 2,05
| Ацетат калия
| 98,143
| 1,75∙10–5
|
|
| 2,12
| Ортофосфат натрия (К3)
| 163,941
| 1,26∙10–12
|
|
| 2,19
| Хлорид аммония
| 53,491
| 1,77∙10–5
|
|
| 2,26
| Карбонат натрия (К2)
| 105,989
| 4,69∙10–11
|
|
| 2,33
| Нитрат аммония
| 80,043
| 1,77∙10–5
|
|
| 2,40
| Формиат калия
| 84,116
| 1,77∙10–4
|
|
| 2,47
| Ацетат калия
| 98,143
| 1,75∙10–5
|
|
| 2,54
| Ортофосфат натрия (К3)
| 163,941
| 1,26∙10–12
|
|
| 2,61
| Хлорид аммония
| 53,491
| 1,77∙10–5
|
|
| 2,68
| Карбонат натрия (К2)
| 105,989
| 4,69∙10–11
|
|
| 2,75
| Нитрат аммония
| 80,043
| 1,77∙10–5
|
|
| 2,82
| Формиат калия
| 84,116
| 1,77∙10–4
|
|
| 2,89
| Ацетат калия
| 98,143
| 1,75∙10–5
|
|
| 2,96
| Ортофосфат натрия (К3)
| 163,941
| 1,26∙10–12
|
|
| 3,03
| Хлорид аммония
| 53,491
| 1,77∙10–5
|
|
| 3,10
| Карбонат натрия (К2)
| 105,989
| 4,69∙10–11
|
|
| 3,17
| Нитрат аммония
| 80,043
| 1,77∙10–5
|
|
| 3,24
| Формиат калия
| 84,116
| 1,77∙10–4
|
|
| 3,31
| Ацетат калия
| 98,143
| 1,75∙10–5
|
|
| 3,38
| Ортофосфат натрия (К3)
| 163,941
| 1,26∙10–12
|
|
| 3,45
| Хлорид аммония
| 53,491
| 1,77∙10–5
|
|
| 3,52
| Карбонат натрия (К2)
| 105,989
| 4,69∙10–11
|
|
| 3,59
| Нитрат аммония
| 80,043
| 1,77∙10–5
|
|
| 0,79
| Формиат калия
| 84,116
| 1,77∙10–4
|
|
| 0,86
| Ацетат калия
| 98,143
| 1,75∙10–5
|
|
| 0,93
| Ортофосфат натрия (К3)
| 163,941
| 1,26∙10–12
|
|
| 1,00
| Хлорид аммония
| 53,491
| 1,77∙10–5
|
|
| 1,07
| Карбонат натрия (К2)
| 105,989
| 4,69∙10–11
|
|
| 1,14
| Нитрат аммония
| 80,043
| 1,77∙10–5
|
|
| 1,21
| Формиат калия
| 84,116
| 1,77∙10–4
|
|
| 1,28
| Ацетат калия
| 98,143
| 1,75∙10–5
|
|
| 1,35
| Ортофосфат натрия (К3)
| 163,941
| 1,26∙10–12
|
|
| 1,42
| Хлорид аммония
| 53,491
| 1,77E-05
|
|
Продолжение таблицы 15
№
| m, г
| Соль S1
| M, г/моль
| К
| V, мл
|
| 1,49
| Карбонат натрия (К2)
| 105,989
| 4,69∙10–11
|
|
| 1,56
| Нитрат аммония
| 80,043
| 1,77∙10–5
|
|
| 1,63
| Формиат калия
| 84,116
| 1,77∙10–4
|
|
| 1,70
| Ацетат калия
| 98,143
| 1,75∙10–5
|
|
| 1,77
| Ортофосфат натрия (К3)
| 163,941
| 1,26∙10–12
|
|
| 1,84
| Хлорид аммония
| 53,491
| 1,77∙10–5
|
|
| 1,91
| Карбонат натрия (К2)
| 105,989
| 4,69∙10–11
|
|
| 1,98
| Нитрат аммония
| 80,043
| 1,77∙10–5
|
|
| 2,05
| Формиат калия
| 84,116
| 1,77∙10–4
|
| Рассмотрим решение задачи на примере 1 варианта.
Запишем реакцию гидролиза ацетата калия:
Сc Сc Сc
CH3COOK → CH3COO– + K+
Сc –х х х
CH3COO– + HOH ↔ CH3COOH + OH–
Обозначим начальную концентрацию соли Сс. Поскольку это вещество сильный электролит, в результате его диссоциации образуется столько же ацетат-ионов (С(СH3COO–) = Сc). Реакция гидролиза протекает обратимо. Если в реакцию гидролиза вступает х моль/л ионов CH3COO–, то образуется х моль/л молекул уксусной кислоты и х моль/л ионов OH– и остается (Cc – х) моль/л ионов CH3COO–.
Запишем выражение константы гидролиза для этой соли:
(26)
Если константа гидролиза соли мала, то можно считать, что х<<Сс. Тогда уравнение (26) примет вид:
(27)
Если константа гидролиза велика, то для нахождения х необходимо решить следующее уравнение:
(28)
Рассчитаем концентрацию соли по формуле (2):
(моль/л).
Найдем константу гидролиза:
.
Константа гидролиза мала и для расчета концентрации ионов ОН– можно использовать уравнение (27):
(моль/л).
Рассчитаем степень гидролиза:
В варианте 2 константа диссоциации кислоты мала и соответственно, константа гидролиза соли, образованной это кислотой, будет велика, поэтому для расчета величины х необходимо использовать уравнение (28).
Ортофосфат калия образован так же, как и в предыдущем примере, сильным основанием и слабой кислотой и гидролизуется по аниону; рН такого раствора будет больше 7. Рассчитаем константу гидролиза:
.
Найдем концентрацию соли и концентрацию ионов OH– в растворе:
(моль/л).
(моль/л).
Рассчитаем рН раствора ортофосфата натрия:
рН = 14 – рОН = 14 + lg 1,100∙10–2 = 12,0412.
Степень гидролиза этой соли будет равна:
Таблица 16 – Ответы к задаче 8
№
| Cс, моль/л
| Кгидр.
| С(H+/OH–), моль/л
| рН
| α, %
|
| 0,08049
| 5,71∙10–10
| 6,782∙10–6
| 8,8314
| 8,43∙10–3
|
| 0,02623
| 7,94∙10–3
| 1,100∙10–2
| 12,1592
| 41,92
|
| 0,06954
| 5,65∙10–10
| 6,268∙10–6
| 5,2029
| 9,01∙10–3
|
| 0,01887
| 2,13∙10–4
| 1,902∙10–3
| 11,3023
| 10,10
|
| 0,01337
| 5,65∙10–10
| 2,748∙10–6
| 5,5610
| 2,06∙10–2
|
| 0,1355
| 5,65∙10–11
| 2,767∙10–6
| 8,4420
| 2,04∙10–3
|
| 0,06164
| 5,71∙10–10
| 5,935∙10–6
| 8,7734
| 9,63∙10–3
|
| 0,03123
| 7,94∙10–3
| 1,227∙10–2
| 12,1971
| 39,30
|
| 0,05048
| 5,65∙10–10
| 5,340∙10–6
| 5,2724
| 1,06∙10–2
|
| 0,01340
| 2,13∙10–4
| 1,587∙10–3
| 11,2279
| 11,80
|
| 0,1862
| 5,65∙10–10
| 1,025∙10–5
| 4,9891
| 5,51∙10–3
|
| 0,08049
| 5,65∙10–11
| 2,289∙10–6
| 8,3596
| 2,47∙10–3
|
Задача 9
Рассчитайте растворимость соли S1 (моль/л и г/100 г раствора, ρ = 1 г/мл) в чистой воде и в С1 молярном растворе соли S2. Произведение растворимости S1 равно ПР. Можно ли использовать это вещество в гравиметрическом методе анализа?
Таблица 17 – Условие задачи 9
№
| S1
| S2
| С1, моль/л
| ПР
| №
| S1
| S2
| С1, моль/л
| ПР
|
| Cs2PtCl6
| CsNO3
| 0,040
| 3∙10–8
|
| Ag2Cr2O7
| K2CrO4
| 0,032
| 1∙10–10
|
| CsCo(NO2)6
| CsCl
| 0,005
| 6∙10–16
|
| Ag3PO4
| Na3PO4
| 0,005
| 1∙10–20
|
| CsClO4
| CsNO3
| 0,014
| 4∙10–3
|
| Ag3WO4
| K3WO4
| 0,017
| 5∙10–12
|
| Rb2PtCl6
| RbNO3
| 0,032
| 9∙10–8
|
| Cs2PtCl6
| CsNO3
| 0,070
| 3∙10–8
|
| RbCo(NO2)6
| RbCl
| 0,013
| 1∙10–15
|
| CsCo(NO2)6
| CsCl
| 0,011
| 6∙10–16
|
| Li3PO4
| Na3PO4
| 0,300
| 3∙10–9
|
| CsClO4
| CsNO3
| 0,080
| 4∙10–3
|
| LiF
| KF
| 0,610
| 2∙10–3
|
| Rb2PtCl6
| RbNO3
| 0,050
| 9∙10–8
|
| Ag2CrO4
| Na2CrO4
| 0,039
| 1∙10–12
|
| RbCo(NO2)6
| RbCl
| 0,019
| 1∙10–15
|
| Ag2Cr2O7
| K2CrO4
| 0,025
| 1∙10–10
|
| Li3PO4
| Na3PO4
| 0,220
| 3∙10–9
|
| Ag3PO4
| Na3PO4
| 0,004
| 1∙10–20
|
| LiF
| KF
| 0,470
| 2∙10–3
|
| Ag3WO4
| K3WO4
| 0,011
| 5∙10–12
|
| Ag2CrO4
| Na2CrO4
| 0,011
| 1∙10–12
|
| Cs2PtCl6
| CsNO3
| 0,050
| 3∙10–8
|
| Ag2Cr2O7
| K2CrO4
| 0,060
| 1∙10–10
|
| CsCo(NO2)6
| CsCl
| 0,007
| 6∙10–16
|
| Ag3PO4
| Na3PO4
| 0,002
| 1∙10–20
|
| CsClO4
| CsNO3
| 0,260
| 4∙10–3
|
| Ag3WO4
| K3WO4
| 0,020
| 5∙10–12
|
| Rb2PtCl6
| RbNO3
| 0,038
| 9∙10–8
|
| Cs2PtCl6
| CsNO3
| 0,080
| 3∙10–8
|
| RbCo(NO2)6
| RbCl
| 0,015
| 1∙10–15
|
| CsCo(NO2)6
| CsCl
| 0,013
| 6∙10–16
|
| Li3PO4
| Na3PO4
| 0,018
| 3∙10–9
|
| CsClO4
| CsNO3
| 0,200
| 4∙10–3
|
| LiF
| KF
| 0,400
| 2∙10–3
|
| Rb2PtCl6
| RbNO3
| 0,056
| 9∙10–8
|
| Ag2CrO4
| Na2CrO4
| 0,043
| 1∙10–12
|
| RbCo(NO2)6
| RbCl
| 0,021
| 1∙10–15
|
| Ag2Cr2O7
| K2CrO4
| 0,053
| 1∙10–10
|
| Li3PO4
| Na3PO4
| 0,100
| 3∙10–9
|
| Ag3PO4
| Na3PO4
| 0,008
| 1∙10–20
|
| LiF
| KF
| 0,260
| 2∙10–3
|
| Ag3WO4
| K3WO4
| 0,014
| 5∙10–12
|
| Ag2CrO4
| Na2CrO4
| 0,015
| 1∙10–12
|
| Cs2PtCl6
| CsNO3
| 0,060
| 3∙10–8
|
| Ag2Cr2O7
| K2CrO4
| 0,039
| 1∙10–10
|
| CsCo(NO2)6
| CsCl
| 0,009
| 6∙10–16
|
| Ag3PO4
| Na3PO4
| 0,006
| 1∙10–20
|
| CsClO4
| CsNO3
| 0,170
| 4∙10–3
|
| Ag3WO4
| K3WO4
| 0,023
| 5∙10–12
|
| Rb2PtCl6
| RbNO3
| 0,044
| 9∙10–8
|
| Cs2PtCl6
| CsNO3
| 0,090
| 3∙10–8
|
| RbCo(NO2)6
| RbCl
| 0,017
| 1∙10–15
|
| CsCo(NO2)6
| CsCl
| 0,015
| 6∙10–16
|
| Li3PO4
| Na3PO4
| 0,340
| 3∙10–9
|
| CsClO4
| CsNO3
| 0,110
| 4∙10–3
|
| LiF
| KF
| 0,190
| 2∙10–3
|
| Rb2PtCl6
| RbNO3
| 0,062
| 9∙10–8
|
| Ag2CrO4
| Na2CrO4
| 0,047
| 1∙10–12
|
| RbCo(NO2)6
| RbCl
| 0,023
| 1∙10–15
| Пример решения задачи 9 (вариант 2).
Запишем уравнение растворения малорастворимой соли:
3х х
Cs3Co(NO2)6 ↔ 3Cs+ + Co(NO2)63–
Произведение растворимости для этого процесса имеет следующий вид:
ПР = [Cs+]3·[Co(NO2)63–].
Пусть растворилось соли х моль/л, тогда образовалось 3х моль/л Cs+ и х моль/л Co(NO2)63–. Подставим эти обозначения в произведение растворимости:
ПР = (3х)3 · х = 27х4 = 6·10–16.
.
Растворимость соли Cs3Co(NO2)6 равна 6,87∙10–5 (моль/л).
М(Cs3Co(NO2)6) = 733,678 г/моль. Это соответствует:
6,87∙10–5·733,678/10 = 5,04·10–3 (г/100г раствора).
При добавлении 0,005 молярного раствора хлорида цезия получаем:
3х х
Cs3Co(NO2)6 ↔ 3Cs+ + Co(NO2)63–
0,005 0,005 0,005
CsCl → Cs+ + Cl–
Общая концентрация ионов Cs+ в растворе будет равна (0,005 + 3х), так как х мал, будем считать, что выражение (0,005 + 3х) = 0,005. Выражение произведения растворимости примет вид:
ПР = 0,0053∙х = 1,25∙10–7·х = 6·10–16, отсюда х = 4,80·10–9 (моль/л).
Это соответствует 4,80·10–9 · 733,678/10 = 3,52·10–7 (г/100г раствора).
Проанализируем возможность использования этого вещества в качестве весовой формы в гравиметрическом анализе. Масса вещества, оставшаяся в растворе, не должна превышать погрешность взвешивания, т.е. быть меньше, чем 2∙10–3 г. Растворимость соли в чистой воде равна 5,04·10–3 г/100 г раствора. Соответственно при осаждении соли в 100 г раствора останется 5,04·10–3 г вещества, что превышает допустимый предел. Однако при добавлении хорошо растворимой соли, содержащей одноименный ион (избыток осадителя), наблюдается значительное уменьшение растворимости, и потери вещества составят лишь 3,52·10–7 г, что значительно превышает точность гравиметрического анализа.
Таблица 18 – Ответы к задаче 9
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|