Учебное пособие для студентов 1 курса направления 020100-Химия

Водородный показатель.
Водные растворы различных соединений могут давать различную реакцию среды: кислую, нейтральную или щелочную.
Реакция среды нейтральная, если ⁺  ^– ^–7 моль/л.
Реакция среды кислая, если ⁺  ^–. В кислой среде ⁺  10^–7 моль/л, например, 10^–6, 10^–5 моль/л и т.д.
Реакция среды щелочная, если ⁺  ^–. В щелочной среде ⁺10^–7 моль/л, например, 10^–8, 10^–9 моль/л и т.д.
Таким образом, реакцию среды можно охарактеризовать концентрацией ионов водорода. Еще чаще для характеристики среды используют водородный показатель, который равен отрицательному десятичному логарифму концентрации катионов водорода в растворе:


pН = - lg ⁺

Нейтральная среда: рН = 7.

Кислая среда: рН  7.
Щелочная среда: рН  7.
Реакцию среды определяют с помощью рН-метров и индикаторов.
Индикаторами называются вещества, которые способны менять свою окраску в зависимости от кислотности среды.


Таблица 3
Интервалы перехода окраски некоторых кислотно-основных индикаторов

Индикатор	Интервал перехода рН	Окраска индикатора
Метиловый фиолетовый	0,1 - 0,5 (1-й переход) 1,0 - 1,5 (2-й переход) 2,0 - 3,0 (3-й переход)	желтый – зеленый зеленый – синий синий – фиолетовый
Тимоловый синий	1,2 - 2,8 (1-й переход) 8,0 - 9,6 (2-й переход)	красный – желтый желтый – синий
Метилоранж	3,1 – 4,4	красный – желтый
Метиловый красный	4,2 – 6,2	красный – желтый
Пара-нитрофенол	5,6 – 7,6	бесцветный – желтый
Лакмус	5,0 – 8,0	красный – синий
Фенолфталеин	8,3 – 10,0	бесцветный – пурпурный
Тимолфталеин	9,3 – 10,5	бесцветный – синий
Ализарин желтый	10,0 – 12,0	желтый – лиловый
Индигокармин	11,6 – 14,0	синий – желтый

4.2 Гидролиз солей


Гидролизом соли называется взаимодействие ионов соли с молекулами воды с образованием слабых электролитов. При этом нарушается равновесие диссоциации воды и изменяется рН раствора.
Гидролиз соли – это реакция, обратная реакции нейтрализации. Сущность ее сводится к связыванию анионом слабой кислоты катионов водорода из молекул воды или катионом слабого основания – гидроксид-ионов из воды. В результате изменяется реакция среды.
Рассмотрим типичные случаи гидролиза солей.
1. Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием (Na₂CO₃, K₂S, CH₃COONa) протекает по аниону. При гидролизе таких солей в растворе накапливаются ионы ОН^–, что создает щелочную реакцию среды.

CH₃COO^– + H₂O  CH₃COOH + OH^–, рН  7

CH₃COONa + H₂O  CH₃COOH + NaOH.


2. Гидролиз соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием (NH₄Cl, Al(NO₃)₃, CuCl₂), протекает по катиону. При гидролизе таких солей в растворе накапливаются ионы H⁺, что создает кислую реакцию среды.

NH₄⁺ + H₂O  NH₄OH + H⁺, рН  7

NH₄Cl + H₂O  NH₄OH + HCl.


3. Гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой (СН₃СООNH₄, Al₂S₃), протекает одновременно и по катиону, и по аниону. Реакция среды и рН раствора в этом случае определяются относительной силой образующихся слабых оснований и кислот.

CH₃COONH₄ + H₂O  CH₃COOH + NH₄OH

CH₃COO^– + NH₄⁺ + H₂O  CH₃COOH + NH₄OH.


4. Соли, образованные сильными основаниями и сильными кислотами (NaCl, KNO₃) гидролизу не подвергаются, т.к. не содержат в своем составе ионов, способных связывать ионы воды.
5. Соли, образованные слабыми многоосновными кислотами или многокислотными основаниями диссоциируют ступенчато.
5а. Карбонат натрия Na₂CO₃ - соль слабой многоосновной кислоты Н₂CO₃ и сильного основания NaOH. При растворении в воде соль диссоциирует:

Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃^2–.

Катионы Na⁺ не могут связывать ионы OH^– из воды в молекулы NaOH, так как NaOH является сильным электролитом. Соль гидролизуется по аниону. Карбонат-ион CO₃^2– связывает катион водорода одной молекулы воды в слабодиссоциирующий гидрокарбонат-ион НCO₃^–, который является более слабым электролитом, чем молекула Н₂CO₃. Поэтому при обычных условиях гидролиз практически протекает по первой ступени.

Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:

CO₃^2– + НОН  НCO₃^– + ОН^–.

Образующиеся гидроксид-ионы объясняют щелочную среду раствора, рН > 7.

Молекулярное уравнение гидролиза:

Na₂CO₃ + НОН  NaНCO₃ + NaOH.

В результате гидролиза по I ступени образуются кислая соль NaНCO₃ - гидрокарбонат натрия и основание NaOH.

5б. Сульфат цинка ZnSO₄ - соль слабого многокислотного основания Zn(OH)₂ и сильной кислоты H₂SO₄ . Соль в растворе диссоциирует:

ZnSO₄ → Zn²⁺ + SO₄^2–.

Сульфат-анион SO₄^2– не может связывать катионы Н⁺ из воды в молекулы H₂SO₄, так как серная кислота является сильным электролитом. Гидролиз протекает по катиону. Катион Zn²⁺, взаимодействуя с одной молекулой воды, связывает гидроксид-ион ОН^– из воды, образуя гидроксокатион цинка Zn(OH)⁺, который является более слабым электролитом, чем молекулы Zn(OH)₂. Поэтому при обычных условиях гидролиз протекает практически по первой ступени, остальные ступени гидролиза – подавляются.

Ионно-молекулярное уравнение гидролиза

Zn²⁺ + НОН  Zn(OH)⁺ + Н⁺.

Катионы водорода Н⁺ определяют кислую среду раствора, рН < 7.

Молекулярное уравнение гидролиза:

2ZnSO₄+ 2НОН  (ZnOH)₂SO₄ + H₂SO₄.

В результате гидролиза по I ступени образуются основная соль (ZnOH)₂SO₄

- сульфат гидроксоцинка и серная кислота.