Главная » Разное

Кислотно основные реакции с водой

Кислотно основные реакции с водой

12.8. Кислотно-основные реакции оснований
а) Кислотно-основные реакции гидроксид-ионов

Изучение кислотно-основных реакций мы начнем с реакций гидроксид-иона. Гидроксид-ион является сильным основанием и в значительных количествах присутствует в растворах щелочей.

Реакция гидроксид-иона с ионом оксония разобрана в § 12.5.
Реакции гидроксид-иона с молекулами слабых кислот разобраны в § 12.6.

Кроме этого, в качестве слабых кислот могут выступать и катионные кислоты, следовательно, они тоже будут реагировать с гидроксид-ионами, например:

[Zn(H2O)4] 2 + OH [Zn(H2O)3(OH)] + H2O.

Эта реакция обратима, но равновесие почти полностью смещено в сторону продуктов реакции. Ион моногидроксотриаквацинка — типичный амфолит. Он может реагировать как с ионом оксония, так и с избытком гидроксидных ионов:
[Zn(H2O)3(OH)] + H3O [Zn(H2O)4] 2 + H2O
[Zn(H2O)3(OH)] + OH [Zn(H2O)2(OH)2] + H2O.

В результате последней реакции образуются нейтральные частицы нерастворимого в воде дигидроксодиаквацинка, формулу которого можно записать и в другой форме Zn(OH)2·2H2O. При высушивании этого вещества оно теряет воду, превращаясь в гидроксид цинка Zn(OH)2. Таков механизм и других реакций, при которых образуются нерастворимые в воде гидроксиды.

Реакции гидроксид-иона с молекулами кислотных оксидов. Эти реакции лишь отчасти относятся к кислотно-основным реакциям. Рассмотрим пример: реакцию гидроксид-иона с молекулой диоксида углерода. На первой стадии этой реакции образуется гидрокарбонат-ион:

Эта реакция не является кислотно-основной. Но вторая стадия — кислотно-основная реакция:

За счет избытка щелочи равновесие этой реакции обычно сдвинуто в сторону карбонатного иона.
Суммарное уравнение реакции:

2OH + CO2 = H2O + CO3 .

б) Кислотно-основные реакции слабых оснований

По своей сущности, эти реакции ничем не отличаются от реакций гидроксидного иона. Однако равновесия в этих реакциях часто бывают сдвинуты в сторону исходных веществ.

Реакции слабых оснований с ионом оксония разобрана в § 12.6.
Реакции слабых оснований с молекулами слабых кислот. Как уже отмечалось (см. § 12.6), эти реакции обратимы и, в соответствии с общим правилом, протекают только в том случае, когда образуются еще более слабые кислота и основание. Примеры:

1) равновесие реакции

NH3 + HSO4 NH4 + SO4 2

сдвинуто вправо, так как с одной стороны, KО(NH3) = 2·10 -5 , а KК(HSO4 ) = 1·10 -2 , а с другой стороны KK(NH4 ) = 6·10 -10 , а KO(SO4 2 ) = 1·10 -12 ;
2) равновесие реакции NH3 + HPO4 2 NH4 + PO4 3 сдвинуто влево, так как с одной стороны, KО(NH3) = 2·10 -5 , а KК(HPO4 2 ) = 5·10 -13 , а с другой стороны KK(NH4 ) = 6·10 -10 , а KO(PO4 3 ) = 2·10 -2 .

1.С какими из перечисленных частиц в водном растворе могут реагировать гидроксид-ионы: H3O , O2, Fe 2 aq, Cl2, Ne, HCO3 , P4O10, Ba 2 aq, Cu 2 aq, SO4 2 , HNO2, H2PO4 ? Составьте ионные уравнения протекающих реакций. Предложите возможные молекулярные уравнения.
2.С какими из следующих частиц: H3O , HCO3 , Al 3 aq, H3PO4, SO4 2 — будут реагировать
а) молекулы аммиака, б) карбонат-ионы? Составьте ионные и предложите молекулярные уравнения возможных реакций.
3.Как меняется тип гибридизации атома углерода при реакции диоксида углерода со щелочью?

Читайте также:  Причина когда капает вода с крана

С поведением частиц-амфолитов в водных растворах вы уже знакомы. С этими частицами вы сталкивались в §§ 12.4 — 12.8. Подведем некоторые итоги.
По заряду частицы-амфолиты можно разделить на три группы: анионы, молекулы и катионы. Примеры частиц, являющихся амфолитами в водном растворе, приведены в таблице 33.

Молекулы

HCO3 HPO4 2 H2PO4 HS
HSO3

[Al(H2O)2(OH)4] [Al(H2O)(OH)5] 2 [Be(H2O)(OH)3] [Cu(H2O)(OH)3] [Zn(H2O)(OH)3]

[Al(H2O)5(OH)] 2 [Al(H2O)4(OH)2] [Be(H2O)3(OH)] [Cu(H2O)3(OH)] [Fe(H2O)3(OH)] [Fe(H2O)3(OH)] 2

[Fe(H2O)3(OH)2] [Mg(H2O)3(OH)] [Mn(H2O)3(OH)] [Ni(H2O)3(OH)] [Pb(H2O)3(OH)] [Zn(H2O)3(OH)]

Как видно из этой таблицы, анионы-амфолиты делятся на две группы: анионы многоосновных кислот и аквагидроксоанионы элементов, образующих металлы. В водных растворах незаряженными частицами-амфолитами являются только молекулы воды.

Важнейшие свойства частиц-амфолитов:
а) реакции с ионом оксония;
б) реакции с гидроксид-ионом;
в) реакции с водой.
Рассмотрим эти свойства на примерах.
Пример 1. Свойства гидрофосфат-иона HPO4 :
а) HPO4 2 + H3O H2PO4 + H2O (равновесие смещено вправо);
б) HPO4 2 + OH PO4 3 + H2O (равновесие смещено вправо);
в) HPO4 2 + H2O H2PO4 + OH (равновесие смещено влево);
HPO4 2 + H2O PO4 3 + H3O (равновесие смещено влево).

Пример 2. Свойства акватригидроксоцинкат-иона [Zn(H2O)(OH)3] :
а) [Zn(H2O)(OH)3] + H3O [Zn(H2O)2(OH)2] + H2O (равновесие смещено вправо);
б) [Zn(H2O)(OH)3] + OH [Zn(OH)4] 2 + H2O (равновесие смещено вправо);
в) [Zn(H2O)(OH)3] + H2O [Zn(H2O)2(OH)2] + OH (равновесие смещено влево);
[Zn(H2O)(OH)3] + H2O [Zn(OH)4] 2 + H3O (равновесие смещено влево).

Пример 3. Свойства иона триаквагидроксоцинка [Zn(H2O)3(OH)] :
а) [Zn(H2O)3(OH)] + H3O [Zn(H2O)4] 2 + H2O (равновесие смещено вправо);
б) [Zn(H2O)3(OH)] + OH [Zn(H2O)2(OH)2] + H2O (равновесие смещено вправо);
в) [Zn(H2O)3(OH)] + H2O [Zn(H2O)4] 2 + OH (равновесие смещено влево);
[Zn(H2O)3(OH)] + H2O [Zn(H2O)2(OH)2] + H3O (равновесие смещено влево).

Из-за громоздкости этих химических уравнений их часто записывают упрощенно, опуская в формулах и уравнениях молекулы воды, например уравнение

[Zn(H2O)3(OH)] + OH [Zn(H2O)2(OH)2] + H2O

записывают так: ZnOH aq + OH aq Zn(OH)2aq,

Иногда не пишут и индексы гидратирования: ZnOH + OH Zn(OH)2.
Пользуясь такими упрощенными уравнениями, необходимо понимать и помнить их истинный смысл.

1.Для примеров 2 и 3 из текста параграфа составьте упрощенные ионные уравнения и предложите молекулярные уравнения реакций.
2.Определите, свойства кислоты или свойства основания в большей степени характерны для амфолита а) HCO3 , б) H2PO4 , в) HPO4 2
3.Приведите примеры реакций, подтверждающих то, что молекула воды является амфолитом.
получение веществ, содержащих частицы-амфолиты, и изучение их кислотно-основных свойств.

Читайте также:  Печи для бани с водой своими руками

В буквальном переводе слово » гидролиз» означает » разложение водой » .

Реакция гидролиза (гидролиз) — обменное взаимодействие вещества с водой.

Реакции гидролиза делятся на две группы. К первой группе относятся необратимые реакции обмена с участием воды (необратимый гидролиз), например:
NCl3 + 3H2O = NH3 + 3HClO;
PCl5 + 4H2O = H3PO4 + 5HCl;
NaH + H2O = NaOH + H2.
Ко второй группе реакций гидролиза относятся обратимые кислотно-основные реакции, только формально (по виду » молекулярного» уравнения) относящиеся к обменным реакциям с водой (обратимый гидролиз).
Примеры:
KNO2 + H2O KOH + HNO2;
ZnCl2 + H2O (ZnOH)Cl + HCl.

Эти реакции являются кислотно-основным реакциями. Рассмотрим их более подробно.
При растворении нитрита калия в воде происходит его распад на ионы:

KNO2(кр) = K aq + NO2 aq.

Гидратированные ионы калия далее с водой взаимодействовать неспособны. А нитрит-ионы представляют собой слабые частицы-основания и обратимо реагируют с водой:

NO2 + H2O HNO2 + OH .

Этот частный случай кислотно-основных реакций и называют реакциями обратимого гидролиза (» гидролиз по аниону» ).
Экспериментально гидролиз в этом случае можно обнаружить по появлению избытка гидроксид-ионов, которые будут изменять окраску индикаторов.
В случае растворения в воде хлорида цинка сначала тоже происходит распад на ионы:

ZnCl2 = Zn 2 aq+ 2Cl aq.

Вспомним, что Zn 2 aq на самом деле — [Zn(H2O)4] 2 . Это слабая катионная кислота, которая обратимо реагирует с водой: [Zn(H2O)4] 2 + H2O [Zn(H2O)3(OH)] + H3O .
Или упрощенно:

Zn 2 aq + 2H2O ZnOH aq + H3O .

Этот случай кислотно-основных реакций также относят к реакциям гидролиза и называют » гидролизом по катиону « .
Как и в предыдущем случае, в этом случае наличие гидролиза может быть экспериментально установлено с помощью индикатора.
Так как анионы слабых кислот являются частицами-основаниями, а катионы слабых оснований — частицами-кислотами, то можно сформулировать следующие правила:
обратимому гидролизу » по катиону» подвергаются соли слабых оснований;
обратимому гидролизу » по аниону» подвергаются соли слабых кислот.
Соль слабой кислоты и слабого основания подвергается гидролизу и » по катиону» и » по аниону» , что иногда приводит к образованию нерастворимых основных солей, или вообще полному разложению соли, например:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S .

Количественно равновесие гидролиза характеризуется константой гидролиза (Kh), равной произведению константы соответствующего равновесия на концентрацию воды.
Для гидролиза » по аниону» :

A + H2O HA + OH

Для гидролиза » по катиону» :

Me 2 + 2H2O MeOH + H3O

В этом случае константа гидролиза равна константе кислотности катионной кислоты.

ГИДРОЛИЗ, НЕОБРАТИМЫЙ ГИДРОЛИЗ, ОБРАТИМЫЙ ГИДРОЛИЗ, «ГИДРОЛИЗ ПО АНИОНУ», «ГИДРОЛИЗ ПО КАТИОНУ», КОНСТАНТА ГИДРОЛИЗА
1.Составьте ионные уравнения реакций необратимого гидролизы, приведенных в начале параграфа.
2.Следующие вещества гидролизуются водой необратимо: NF3, SF6, Al2C3, CaC2, Cr2S3, Li3N, CaH2. Составьте ионные и молекулярные уравнения этих реакций.
3.Какие из следующих солей подвергаются гидролизу: NaNO2, NH4Cl, NaCl, NH4NO2?
4.Составьте ионные и молекулярные уравнения. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза следующих солей: MgSO4, Na2CO3, Al2(SO4)3, Na3PO4, Na2HPO4, (NH4)2SO4.
5.В растворе дигидрофосфата натрия среда кислотная. Подвергается ли дигидрофосфат-ион гидролизу?

Читайте также:  Чтобы вода стекала со стекла автомобиля

Обратимый гидролиз.

Для краткой характеристики поведения различных веществ в воде и других растворителях в химии используют представление об электролитах.

Электролит (в химии) — химическое вещество, при растворении которого в растворе появляются ионы

.При этом в раствор могут перейти уже существующие ионы, как это происходит при растворении ионных соединений (солей или оснований), или ионы могут образоваться в результате взаимодействия с водой молекул растворяемого вещества (например, кислоты). И в том, и в другом случае раствор электролита образуется в результате химического растворения.
Если при растворении вещества в растворе никакие ионы дополнительно не появляются, то такое вещество называют неэлектролитом. Растворы неэлектролитов образуются в результате физического растворения.
Если вещество вступает с водой в химическую реакцию, то говорить о том, электролит оно, или нет, бессмысленно.
Растворы электролитов проводят электрический ток.
Электролиты делят на сильные и слабые.

Сильный электролит — электролит, ионизирующийся в растворе необратимо.
Слабый электролит — электролит, ионизирующийся в растворе обратимо.

Примеры:
сахар — неэлектролит, NaCl — сильный электролит, HNO2 — слабый электролит, HCl — сильный электролит, Al2(SO4)3 — сильный электролит, NaOH — сильный электролит, этанол — неэлектролит, NH3 — слабый электролит.|
Малорастворимые ионные соединения типа BaSO4 или AgCl также относят к сильным электролитам, так как ничтожная часть таких веществ, переходящая в раствор, ионизирована необратимо.В технике используется несколько иное определение электролита:

Электролит (в технике) — химическое вещество (индивидуальное вещество или раствор, но не металл), которое проводит электрический ток.

В этом случае раствор серной кислоты можно назвать электролитом, а углекислый газ или кристаллическую поваренную соль — неэлектролитом.
Сильным или слабым электролитом в технике называют вещество (или раствор) в зависимости от того, хорошо или плохо проводит оно электрический ток.

ЭЛЕКТРОЛИТ (в химии), ЭЛЕКТРОЛИТ (в технике), СИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ, СЛАБЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ, НЕЭЛЕКТРОЛИТ
Разделите приведенные ниже вещества на неэлектролиты, слабые электролиты и сильные электролиты:
а) Ba(OH)2, N2, CuSO4·5H2O, HNO3, HNO2, O2, Na3PO4;
б) S8, MnSO4, NaOH, NH3, H2SO4, H2SO3, H2, Cu;
в) HCl, HF, NaH2PO4, Al2O3, Ca(OH)2, CO2, Li2O, Cl2.

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Источник

Оцените статью
Добавить комментарий

© 2026 Вода