Слабые основания и гидролиз

8 заданий

Слабые основания

Нашатырный спирт пахнет аммиаком и окрашивает фенолфталеин в малиновый цвет. Раствор щелочной, хотя ионов \(\ce{OH-}\) в формуле аммиака нет: их создаёт перенос протона от воды к \(\ce{NH3}\). Расчёт — зеркальный расчёту слабой кислоты:

\[\ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-}, \qquad \frac{x^2}{c - x} = K_b, \quad x = [\ce{OH-}].\]

Для 0,10 М аммиака (\(K_b = 1{,}8\cdot10^{-5}\)): \(x = 1{,}33\cdot10^{-3}\), pOH = 2,88, pH = 11,12.

Гидролиз солей

Раствор питьевой соды щелочной, хлорида аммония — кислый, поваренной соли — нейтральный. Никакой особой «реакции гидролиза» тут нет: у ионов соли просто есть свои кислотно-основные свойства.

Анион слабой кислоты — основание: \(\ce{CH3COO- + H2O <=> CH3COOH + OH-}\), \(K_b = K_w/K_a\).
Катион слабого основания — кислота: \(\ce{NH4+ <=> NH3 + H+}\), \(K_a = K_w/K_b\).
Ионы сильных кислот и оснований (\(\ce{Cl-}\), \(\ce{Na+}\)) протоны практически не отдают и не принимают.

edit_noteАцетат натрия, 0,10 моль/л

\(K_b = 10^{-14}/1{,}75\cdot10^{-5} = 5{,}7\cdot10^{-10}\); \([\ce{OH-}] = \sqrt{5{,}7\cdot10^{-11}} = 7{,}6\cdot10^{-6}\); pH = 8,88. Слабощелочная среда — потому раствор ацетата и не жжётся, как щёлочь.

lightbulbЛайфхак: pH раствора соли

Для соли слабой кислоты \(\mathrm{pH} \approx 7 + \tfrac12(\mathrm{p}K_a + \lg c)\), для соли слабого основания \(\mathrm{pH} \approx \tfrac12(\mathrm{p}K_a(\ce{BH+}) - \lg c)\) (при 25 °C). Для 0,10 М ацетата натрия: \(7 + \tfrac12(4{,}76 - 1{,}00) = 8{,}88\) — как в разборе выше.

Если слабые и кислота, и основание (ацетат аммония), их влияния почти уравновешиваются: \(\mathrm{pH} \approx \tfrac12\bigl(\mathrm{p}K_a(\ce{HA}) + \mathrm{p}K_a(\ce{BH+})\bigr)\). Для ацетата аммония: \(\tfrac12(4{,}76 + 9{,}25) = 7{,}0\).

Разбавление и температура

Степень гидролиза \(h\) — доля ионов соли, прореагировавших с водой. Для аниона слабой кислоты \(h \approx \sqrt{K_b/c}\): при разбавлении в 100 раз \(h\) растёт в 10 раз, хотя pH становится ближе к 7 — ионов \(\ce{OH-}\) в литре всё равно меньше.

Автопротолиз воды эндотермичен, и при нагревании \(K_w\) растёт, а вместе с ней и \(K_b = K_w/K_a\) (кислоты при этом почти не меняются). Поэтому гидролиз при нагревании усиливается: горячий раствор соды моет посуду лучше холодного.

infoИнтересный факт

Мыло — натриевые соли слабых жирных кислот, поэтому его раствор слабощелочной, pH около 9–10: анионы кислот частично присоединяют протоны воды. Рецепты мыла из жира и щёлока известны с глиняных табличек Древнего Вавилона — почти пять тысяч лет назад.

push_pinГлавное

Слабое основание: \([\ce{OH-}] \approx \sqrt{K_bc}\). Гидролиз соли — это просто кислотно-основные свойства её ионов: катион слабого основания (\(\ce{NH4+}\)) — кислота с \(K_a = K_w/K_b\), анион слабой кислоты (\(\ce{CH3COO-}\)) — основание с \(K_b = K_w/K_a\). При разбавлении степень гидролиза растёт, при нагревании — тоже.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.