Гидролиз солей. Оборудование и реактивы: пробирки, универсальный индикатор, растворы солей (NaCl, K2SO4, ZnCl2, Na2CO3

Задачи работы: изучить гидролиз солей, определить реакцию среды, влияние природы солей, основности кислот на степень гидролиза средних и кислых солей.

Оборудование и реактивы: пробирки, универсальный индикатор, растворы солей (NaCl, K₂SO₄, ZnCl₂, Na₂CO₃, NaНCO₃, Na₂SO₃, CH₃COONa, Al₂(SO₄)₃,).

Опыт 1. Обратимый гидролиз солей.

Выполнение работы: в пробирок налить по 5 - 6 капель растворов NaCl, K₂SO₄, ZnCl₂, Na₂CO₃, CH₃COONa, Al₂(SO₄)₃. С помощью универсального индикатора определить реакцию среды. Объяснить результаты и написать уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной формах.

Опыт 2. Влияние природы солей на степень их гидролиза

Выполнение работы: в 2 пробирки налить по 5 - 6 капель растворов Na₂CO₃ и Na₂SO₃. В пробирки прибавить по 1 капле универсального индикатора, определить реакцию среды. Составить уравнения гидролиза. Какая соль гидролизуется больше? Почему? Ответ подтвердить расчётами.

Опыт 3. Гидролиз солей многоосновных кислот

Выполнение работы: в 2 пробирки налить по 5 - 6 капель растворов Na₂CO₃ и NaНCO₃. С помощью универсального индикатора определить рН растворов. Объяснить различие в значениях рН этих растворов расчётами. Написать уравнения гидролиза.

Вопросы и задачи для самоподготовки.

1. Что называют ионным произведением воды (константой автопротолиза)? В каком соотношении находится эта величина с константой диссоциации воды?

2. Как определяется числовое значение ионного произведения воды? Какова зависимость его от температуры?

3. Как взаимосвязаны между собой концентрации Н⁺ и ОН^- ионов?

4. Как связана концентрация ионов Н⁺ (ОН^-) в растворах сильных и слабых кислот и оснований с их молярной концентрацией?

5. Что называют водородным показателем (рН), гидроксильным показателем (рОН)? Чему равна их сумма?

6. Какие значения имеют концентрации ионов Н⁺ (ОН^-) и рН (рОН) в различных средах?

7. При одинаковой молярной концентрации растворы каких электролитов будут иметь меньшее значение рН: а) HCl или CH₃COOH; б)HNO₂ или HClO; в) HCl или KOH?

8. Что называют гидролизом? Что понимают под гидролизом: а) ковалентным и ионным; б) по катиону, по аниону; в) простым и ступенчатым; г) обратимым и необратимым? Приведите примеры.

9. Как влияет на состояние равновесия Н₂О «Н⁺ + ОН^- и значение рН добавление гидролизующейся соли на примерах ZnCl₂, K₂CO₃, Al₂S₃?

10. Для какой соли рН раствора будет иметь большее значение: а)NaNO₃ или NaNO₂; б) CH₃ COOK или CH₃COONH₄; в) KClO или KClO₃?

11. Можно ли при помощи кислотно-основного индикатора отличить друг от друга растворы солей:

а) NaClO₄ и NaClO; б) KI и NH₄I; в) KClO₃ и KCl,

г) Na₂CO₃ и Zn(NO₃)₂; д) BeCl₂ и BaCl₂; е) MgSO₄ и K₂SO₄?

12. Что называют гидролитическим равновесием?

13. Что называют степенью и константой гидролиза? Зависят ли они от природы соли, концентрации раствора, температуры?

14. Какой формулой выражают соотношение между константой и степенью гидролиза?

15. Как константа гидролиза связана с константой диссоциации слабого электролита?

16. Вычислите рН 0,05 %-ного раствора HNO₃, зная, что плотность раствора 1г/мл, a(HNO₃) = 100%. Ответ: 2,1.

17. Рассчитайте молярную концентрацию раствора СН₃СООН, рН которого равен 3. K_а = 1,75 ^. 10^-5. Ответ: 0,057 моль/л.

18. Вычислите рН раствора, полученного разбавлением водой 0,01 л 30 %-ного раствора NaOH (r = 1,328 г/мл) до 0,75 л. a = 70%. Ответ: 12,97.

19. Определите рН раствора, в 3 л которого содержится 8,1 ^. 10^-4 моль ионов ОН^-. Ответ: 10,43.

20. Рассчитайте рН раствора, в 0,4 л которого содержится 0,39 моль NH₃, если K_b= 1,77 ^. 10^-5. Ответ: 11,62.

21. Какое значение рН имеют растворы HCN, если: а) a = 0,0265%; б) a = 0,0084%? K(HCN) = 7,9 ^. 10^-10. Ответ: 5,53; 5,03.

22. Вычислите рН 0,01 н раствора HCl, если a = 80%. Ответ: 2,1.

23. Вычислите рН 0,001 М раствора СН₃СООН, если K_а = 1,8 ^. 10^-5. Ответ: 3,87.

24. Вычислите рН 0,01 н раствора аммиака, если a = 0,042. Ответ: 10,62.

25. Степень диссоциации слабой одноосновной кислоты в 0,2 N растворе равна 0,03. Вычислите значения [Н⁺] и рОН этого раствора.

Ответ: [Н⁺] = 6,0 ^. 10^–3 моль/л; рОН = 11,78.

26. Рассчитайте рН раствора, полученного смешением 25 мл 0,5 М раствора HCl, 10 мл 0,5 М раствора NaOH и 15 мл воды (a = 1). Ответ: 0,82.

27. Каким значением рН характеризуется раствор СН₃СООН (r = 1 г/мл), в кото-ром её массовая доля составляет 0,6 %? Сколько воды надо прибавить к этому раствору объёмом 1 л, чтобы значение рН стало равным 3. K_а = 1,75 ^. 10^-5. Ответ: 3,49; 0,8 л.

28. В нормальном желудочном соке содержание соляной кислоты колеблется в пределах от 0,07 до 0,15%. Рассчитайте пределы изменения рН. Ответ: 1,72 – 1,39.

29. Венозная кровь имеет рН 7,33, а артериальная рН 7,36. Вычислите число ионов водорода в 100 мл крови.

Ответ: в венозной 2,77^.10¹⁵, в артериальной – 2,59^.10¹⁵.

30. Во сколько раз концентрация водородных ионов в крови (7,36) больше, чем в спинномозговой жидкости (рН 7,53)? Ответ: 1,413 раза.

31. Чему равны концентрация ионов водорода и pH раствора муравьиной кислоты (HCOOH), если a = 0,03, K_a = 1,8^. 10^-4? Ответ: 6^. 10^-3 моль/л, 2,22.

32. Рассчитайте константу гидролиза NH₄Cl, зная, что К_b = 1,77 ^. 10^-5.

Ответ: 5,65 ^. 10^-10.

33. Вычислите K_гидр. фторида калия, зная, что K_а = 6,5 ^. 10^-4. Ответ:1,538 ^. 10^-11

34. Рассчитайте константы гидролиза следующих солей: HCOONa, HCOONH₄, NH₄NO₃, зная, что K_а = 1,77 ^. 10^-4, K_b = 1,77 ^. 10^-5.

Ответ: 5,65 ^. 10^-11; 3,19 ^. 10^-6; 5,65 ^. 10^-10.

35. Определите степень гидролиза и рН 0,005 N раствора KCN, если К_а = 4,9 ^. 10^-10. Ответ: 0,063; 11,61.

36. Какая из двух солей гидролизуется в большей степени: а) KCN или KSCN (K(HCN) = 7,9 ^. 10^-10, K(HSCN) = 1,4 ^. 10^-1); б) Na₂S или NaHS (K_1а = 6 ^. 10^-8 , K_2а = 1 ^. 10^-14)? Ответ подтвердите расчетом.

37. Как объяснить взаимоусиление гидролиза двух солей при смешивании их растворов? В каких случаях наблюдается это явление?

1.4. БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.

Теоретическое пояснение: кислотность среды является важной характерис-тикой различных биологических жидкостей. Так, в плазме артериальной крови в здоровом организме значение рН колеблется в пределе от 7,36 до 7,44. Измене-ние рН крови на 0,2 – 0,3 единицы приводит к патологическим нарушениям. В организме имеется ряд регуляторов, поддерживающих концентрацию ионов водорода биологических жидкостей на постоянном уровне. К таким регуляторам относятся буферные системы.

Растворы слабых кислот или слабых оснований в присутствии их солей прояв-ляют буферное действие: рН таких растворов мало изменяется при разбавлении и при добавлении к ним небольших количеств сильной кислоты или щёлочи.

Для вычисления концентрации ионов Н⁺ и рН в буферных растворах слабых кислот HАn и их солей, образованных сильным основанием, применяют уравнения:

где pK_a = - lg K_a.

Аналогично можно рассчитать концентрацию ионов ОН^- и рН в буферных растворах слабых оснований (KtOH) и их солей, образованных сильной кислотой: ,

, где pK_b = - lg K_b.

Если буферный раствор состоит из средней (Kt₂An) и кислой солей (KtHAn) двухосновной кислоты H₂An, то рН вычисляется по формуле:

,

где pK_a2 = - lg K_a2, показатель константы диссоциации кислоты H₂An по второй ступени.

Если буферная смесь образована кислыми солями (Kt₂HАn и KtH₂An) трехосновной кислоты H₃An, то для расчета применяют уравнение:

Важной характеристикой буферной системы является её ёмкость. Число эквивалентов кислоты или щёлочи, необходимое для смещения рН 1 л буферного раствора на одну единицу, называют буферной ёмкостью: , приV(буф.p-pa) = 1 л, в общем виде:

где Х - формула кислоты или щёлочи.

Чем больше в данную систему можно добавить кислоты или щелочи без из-менения рН, тем больше буферная ёмкость. Чем больше концентрации компо-нентов буферной смеси, тем меньше изменение рН от добавления кислоты или щелочи. Максимальное буферное действие оказывает раствор, компоненты кото-рого взяты в равных количествах и в больших концентрациях. При этом рН= рК.

Лабораторная работа