Задачи к разделу Гидролиз солей

...

В данном разделе представлены задачи к разделу Гидролиз солей

Задача 1. Определите степень гидролиза и pH 0,005 н. KCN, KHCN = 4,9·10-10

Показать решение »

Решение.

KCN ↔ K+ + CN—

CN— + HOH ↔ HCN + OH—

K+ + HOH ↔ реакция практически не идет

KCN + HOH ↔ HCN + KOH

Константа и степень гидролиза связаны соотношением:

Kг = С·h2, отсюда

h = (Kг/С)1/2

Сначала найдем константу гидролиза КСN:

Kг = KH2O/Kк-ты

Kг =10-14/4,9·10-10 = 0,2·10-4

h = (0,2·10-4/0,005)1/2 = 0,063

Применив закон действующих масс к реакции получим:

Kг = [HCN]·[KOH]/[KCN]

Концентрация образовавшейся кислоты равна концентрации гидроксид ионов, тогда

Kг = [OH—]2/[KCN]

Используя это выражение можно вычислить pH раствора:

[OH—] = (Kг·[KCN])1/2

[OH—] = (0,2·10-4·0,005)1/2 = 3,16·10-4 моль/л [H+] = 10-14/3,16·10-4 = 0,32·10-10 моль/л

pH = -lg[H+] =-lg 0,32·10-10 = 10,5

Задача 2. Кремниевая кислота слабее угольной. Запишите уравнения гидролиза карбоната и силиката натрия и возможные значения рН среды при равных исходных концентрациях солей и одинаковой температуре растворов.

Показать решение »

Решение.

Na2CO3 – соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз по аниону

Na2CO3 ↔ 2Na+ + CO32-

I ступеньCO32- + HOH = HCO3— + OH— , pH > 7

Na2CO3 + HOH = NaHCO3 + NaOH

II ступеньHCO3— + HOH = H2CO3 + OH— , pH > 7

NaHCO3— + HOH = H2CO3 + NaOH

По II ступени при обычных условиях гидролиз не идет.

Kг1 = [HСO3—]·[OH—]/[ CO32-] = KH2O/Kк—ты2 = 10-14/4,69·10-11 = 0,21·10-3

Kг2 = [H2СO3]·[OH—]/[ HCO3—] = KH2O/Kк—ты1 = 10-14/4,45·10-7 = 0,22·10-7

по I ступени гидролиз протекает в большей степени, т.к. Kг1 > Kг2

Найдем концентрацию гидроксид-ионов и значение pH, допустив, что Ск-ты = 1 М:

[OH—]I = (Kг1·Ск-ты)1/2 = (0,21·10-3)1/2 = 1,44·10-2 [OH—]II = (Kг2·Ск-ты)1/2 = (0,22·10-7)1/2 = 1,47·10-4

pOHI = -lg[OH—] = -lg1,44·10-2 = 1,84; pHI = 14 – 1,84 = 12,16

pOHII = -lg[OH—] = -lg1,47·10-4 = 3,83; pHII = 14 – 3,83 = 10,17

Na2SiO3– соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз по аниону

Na2SiO3 ↔ 2Na+ + SiO32-

I ступеньSiO32- + HOH = HSiO3— + OH—, pH > 7

Na2SiO3 + HOH = NaHSiO3 + NaOH

II ступеньHSiO3— + HOH = H2SiO3 + OH—, pH > 7

NaHSiO3 + HOH = H2SiO3 + NaOH

Kг1 = [HSiO3—]·[OH—]/[ SiO32-] = KH2O/Kк—ты2 = 10-14/1,6·10-12 = 0,62·10-2

Kг2 = [H2SiO3]·[OH—]/[ HSiO3—] = KH2O/Kк—ты1 = 10-14/2,2·10-10 = 0,45·10-4

по I ступени гидролиз протекает в большей степени, т.к. Kг1 > Kг2

Найдем концентрацию гидроксид-ионов и значение pH, допустив, что Ск-ты = 1 М:

[OH—]I = (Kг1·Ск-ты)1/2 = (0,62·10-2)1/2 = 7,8·10-2 [OH—]II = (Kг2·Ск-ты)1/2 = (0,45·10-4)1/2 = 6,7·10-3

pOHI = -lg[OH—] = -lg 7,8·10-2= 1,1; pHI = 14 – 1,1 = 12,9

pOHII = -lg[OH—] = -lg 6,7·10-3= 2,17; pHII = 14 – 2,17 = 11,83

Задача 3. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей  Li3PO4, KCl, CuCl2. Какое значение рН (рН ≥7, рН ≤ 7) имеют растворы этих солей?
На основании табличных данных вычислите константы гидролиза по всем ступеням и сделайте вывод о том, какая ступень гидролиза протекает в большей степени. Сравните значения рН по всем ступеням.

Показать решение »

Решение.

Li3PO4 – соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз по аниону

Li3PO4 ↔ 3Li+ + PO43-

I ступеньPO43- + HOH = HPO42- + OH—, pH > 7

Li3PO4 + HOH = Li2HPO4+ LiOH

II ступеньHPO42- + HOH = H2PO4— + OH—, pH > 7

Li2HPO4+ HOH = LiH2PO4 + LiOH

III ступеньH2PO4— + HOH = H3PO4 + OH—, pH > 7

LiH2PO4+ HOH = H3PO4 + LiOH

На основании справочных данных о константах диссоциации H3PO4 вычислим все константы гидролиза:

Kг1 = KH2O/Kк-ты3 = 10-14/4,4·10-13 = 2,27·10-2

Kг2 = KH2O/Kк-ты2 = 10-14/6,34·10-8 = 1,58·10-7

Kг3 = KH2O/Kк-ты1 = 10-14/7,11·10-3 = 1,41·10-12

Гидролиз протекает преимущественно по I ступени, т.к. Kг1 >> Kг2 >> Kг3

На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой ступени сильнощелочная, т.к Kг1 >> Kк-ты3;

 Среда раствора по второй ступени среднещелочная, т.к Kг2 > Kк-ты2; 

Среда раствора по третей ступени слабощелочная, т.к Kг3 << Kк-ты1;

Подтвердим это, произведя вычисления. Предположим, что концентрация соли 1 М, тогда значение pH раствора по ступеням можно вычислить следующим образом:

[OH—]1 = (Kг1·[соли])1/2 ; [OH—]1 = (2,27·10-2·1)1/2 = 0,15 моль/л [H+]1 = 10-14/0,15 = 6,66·10-14 моль/л;

pH1 = -lg[H+] =-lg 6,66·10-14 = 13,17

[OH—]2 = (Kг2·[соли])1/2 ; [OH—]2 = (1,58·10-7·1)1/2 = 4 ·10-4 моль/л [H+]2 = 10-14/4 ·10-4 = 0,25·10-10 моль/л;

pH2 = -lg[H+] =-lg 0,25·10-10 = 10,6

[OH—]3 = (Kг3·[соли])1/2 ; [OH—]3 = (1,41·10-12·1)1/2 = 1,2 ·10-6 моль/л [H+]3 = 10-14/1,2 ·10-6 = 0,83·10-8 моль/л;

pH3 = -lg[H+] =-lg 0,83·10-8 = 8,1

KCl – соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергается, рН ≈ 7

CuCl2 — соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой, гидролиз по катиону

CuCl2 ↔ Cu2+ + 2Cl—

I ступеньCu2+ + HOH ↔ (CuOH)+ + H+, pH<7

CuCl2 + HOH ↔ (CuOH)Cl + HCl

II ступень(CuOH)+ + HOH ↔ Cu(OH)2 + H+, pH<7

(CuOH)Cl + HOH↔ Cu(OH)2 + HCl

На основании справочных данных о константе диссоциации Cu(OH)2 вычислим константу гидролиза:

Kг1 = KH2O/Kосн2 = 10-14/3,4·10-7 = 0,3·10-7

Гидролиз по второй ступени практически не идет за счет накопления H+.

На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой ступени среднекислая, т.к Kг1 ≈ Kосн2;

Подтвердим это, произведя вычисления. Предположим, что концентрация соли 1 М, тогда значение pH раствора по ступеням можно вычислить следующим образом:

[H+]1 = (Kг·[соли])1/2 ; [H+]1 = (0,3·10-7·1)1/2 = 1,7·10-4 моль/л

pH1 = -lg[H+] =-lg 1,7·10-4 = 3,8

Задача 4. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей Cr2(SO4)3 и Na2SiO3. Какое значение рН (рН ≤ 7, рН ≥ 7)  имеют растворы этих солей?.
При смешивании растворов солей Cr2(SO4)3 и Na2SiO3 каждая из солей гидролизуется необратимо до конца. Выразите этот процесс молекулярным и ионно-молекулярными уравнениями гидролиза.

На основании табличных данных вычислите константы гидролиза силиката натрия и сульфата хрома по всем ступеням и сделайте вывод о том, какая ступень гидролиза протекает в большей степени. Сравните значения рН по всем ступеням.

Показать решение »

Решение.

Cr2(SO4)3 – соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой, гидролиз по катиону

Cr2(SO4)3 ↔ 2Cr3+ + 3SO42-

I ступеньCr3+ + HOH ↔ (CrOH)2+ + H+, pH<7

Cr2(SO4)3 + 2HOH ↔ 2(CrOH)SO4 + H2SO4

II ступень (CrOH)2+ + HOH ↔ Cr(OH)2+ + H+, pH<7

2(CrOH)SO4+ HOH ↔ (Cr(OH)2)2SO4 + H2SO4

III ступеньCr(OH)2++ HOH ↔ Cr(OH)3+ H+, pH<7

(Cr(OH)2)2SO4+ 2HOH ↔ 2Cr(OH)3+ H2SO4

На основании справочных данных о константе диссоциации Cr(OH)3 вычислим константу гидролиза:

Kг = KH2O/Kосн = 10-14/1,02·10-10 = 1·10-4

Гидролиз по второй и третей ступени практически не идет за счет накопления H+, что ведет к смещению равновесия влево.

На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой ступени сильнокислая, т.к Kг >> Kосн;

Подтвердим это, произведя вычисления. Предположим, что концентрация соли 1 М, тогда значение pH раствора по ступеням можно вычислить следующим образом:

[H+] = (Kг·[соли])1/2 ; [H+] = (1·10-4·1)1/2 = 1·10-2 моль/л

pH = -lg[H+] =-lg 1·10-2 = 2

Na2SiO3 – соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз по аниону

Na2SiO3 ↔ 2Na+ + SiO32-

I ступеньSiO32- + HOH = HSiO3— + OH—, pH > 7

Na2SiO3 + HOH = NaHSiO3 + NaOH

II ступеньHSiO3— + HOH = H2SiO3 + OH—, pH > 7

NaHSiO3 + HOH = H2SiO3 + NaOH

Kг1 = KH2O/Kк—ты2 = 10-14/1,6·10-12 = 0,62·10-2

Kг2 = KH2O/Kк—ты1 = 10-14/2,2·10-10 = 0,45·10-4

по I ступени гидролиз протекает в большей степени, т.к. Kг1 > Kг2

На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой и по второй ступени сильнощелочная, т.к Kг1 >> Kк-ты2 и Kг2 >> Kк-ты1;

Подтвердим это, произведя вычисления. Предположим, что концентрация соли 1 М, тогда значение pH раствора по ступеням можно вычислить следующим образом:

[OH—]I = (Kг1·Ск-ты)1/2 = (0,62·10-2)1/2 = 7,8·10-2 [OH—]II = (Kг2·Ск-ты)1/2 = (0,45·10-4)1/2 = 6,7·10-3

pOHI = -lg[OH—] = -lg 7,8·10-2= 1,1; pHI = 14 – 1,1 = 12,9

pOHII = -lg[OH—] = -lg 6,7·10-3= 2,17; pHII = 14 – 2,17 = 11,83

Необратимый гидролиз

Cr2(SO4)3 + 3Na2SiO3 + 6HOH → 2Cr(OH)3↓ + 3H2SiO3↓ + 3Na2SO4

2Cr3+ + 3SO42- + 6Na+ + 3SiO32- + 6HOH → 2Cr(OH)3↓ + 3H2SiO3↓ + 6Na+ + 3SO42-

2Cr3+ + 3SO42- + 6HOH → 2Cr(OH)3↓ + 3H2SiO3↓

Задача 5. Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза солей Pb(NO3)2, NaNO3, K2SO3. Какое значение рН (рН ≤7, рН ≥ 7)  имеют растворы этих солей?
На основании табличных данных вычислите константы гидролиза по всем ступеням и сделайте вывод о том, какая ступень гидролиза протекает в большей степени. Сравните значения рН по всем ступеням.

Показать решение »

Решение

Pb(NO3)2 – соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой, гидролиз по катиону

Pb(NO3)2 ↔ Pb2+ + 2NO3—

I ступеньPb2+ + HOH ↔ (PbOH)+ + H+, pH <7

Pb(NO3)2 + HOH ↔ (CrOH)NO3 + HNO3

II ступень (PbOH)+ + HOH ↔ Pb(OH)2 + H+, pH <7

(CrOH)NO3 + HOH ↔ Pb(OH)2 + HNO3

На основании справочных данных о константе диссоциации Pb(OH)2 вычислим константу гидролиза:

Kг = KH2O/Kосн = 10-14/9,6·10-4 = 1·10-11

Гидролиз по второй ступени практически не идет за счет накопления H+, что ведет к смещению равновесия влево.

На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой ступени слабокислая, т.к Kг << Kосн;

Подтвердим это, произведя вычисления. Предположим, что концентрация соли 1 М, тогда значение pH раствора по ступеням можно вычислить следующим образом:

[H+] = (Kг·[соли])1/2 ; [H+] = (1·10-11·1)1/2 = 3,16·10-6 моль/л

pH = -lg[H+] =-lg 3,16·10-6 = 5,5

NaNO3 – соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергается, рН ≈ 7

K2SO3 — соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз по аниону

K2SO3 ↔ 2K+ + SO32-

I ступеньSO32- + HOH = HSO3— + OH—, pH > 7

K2SO3 + HOH = KHSO3 + KOH

II ступеньHSO3— + HOH = H2SO3 + OH—, pH > 7

KHSO3 + HOH = H2SO3 + KOH

На основании справочных данных о константах диссоциации H2SO3 вычислим константы гидролиза по обоим ступеням:

Kг1 = KH2O/Kк-ты2 = 10-14/6,3·10-8 = 0,16·10-8

Kг2 = KH2O/Kк-ты1 = 10-14/1,58·10-2 = 6,3·10-13

по I ступени гидролиз протекает в большей степени, т.к. Kг1 > Kг2

На основании полученных данных, можно сделать вывод о том, что среда раствора по первой ступени среднещелочная, т.к.  Kг1 ≈ Kк-ты2 , а по второй ступени слабощелочная, т.к и Kг2 << Kк-ты1;

Подтвердим это, произведя вычисления. Предположим, что концентрация соли 1 М, тогда значение pH раствора по ступеням можно вычислить следующим образом:

[OH—]1 = (Kг1·[соли])1/2 ; [OH—]1 = (0,16·10-8·1)1/2 = 4·10-5  моль/л [H+]1 = 10-14/4·10-5 = 0,25·10-9 моль/л;

pH1 = -lg[H+] =-lg 0,25·10-9 = 9,6

[OH—]2 = (Kг2·[соли])1/2 ; [OH—]2 = (6,3·10-13·1)1/2 = 7,9 ·10-7 моль/л [H+]2 = 10-14/7,9 ·10-7 = 0,13·10-7 моль/л;

pH2 = -lg[H+] = -lg 0,13·10-7 = 7,9