Электролиттер ерітіндісіндегі алмасу реакциясы. Тұздар гидролизі


Электролиттер диссоциациялану теориясы ерітіндідегі электролиттер арасындағы реакцияларды былай түсіндіреді: күшті электролиттер ионға толық түседі, сонда электролит ерітіндісінің қасиеті сондағы иондардың қасиеттерінің қосындысымен анықталады. Күшті электролиттер арасындағы алмасу реакциясы иондар арасында жүреді:

K+ + Cl- + Na+ + NO3- = Na+ + Cl- + K+ + NO3- Теңдік белгісінің екі жағындағы иондарды салыстырса, еш айырмашылығы жоқ, яғни иондық теорияға сәйкес бұл жағдайда реакция жүрген жоқ.

Сонымен, ерітіндідегі иондар арасында реакция жүру үшін ерітінділердегі иондардан қиын еритін, не нашар диссоциацияланатын, не оңай ұшып кететін заттар түзілуі керек. Сонда реакция теңдеуін ионды-молекулалық теңдеу күйінде көрсетеді:

BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaCl

реакция нәтижесінде қиын еритін зат түзілді: Ba2+ + SO42- = BaSO4 ;

HClO4 + NaOH = NaClO4 + H2O – нашар диссоциацияланатын зат түзілетін реакцияның мысалы ретінде күшті қышқыл мен күшті негіз арасындағы бейтараптану реакциясын алса, қышқылдағы сутегі иондары мен сілтідегі гидроксид иондары қосылып, нашар диссоциацияланатын су молекуласы түзілгенін көруге болады: H+ + OH- = H2O; Нашар диссоциацияланатын зат түзілетін реакцияларға сонымен бірге күшті қышқыл мен әлсіз қышқыл тұздарының не күшті негіз бен әлсіз негіз тұздарының арасында жүретін реакциялар нәтижесінде әлсіз қышқыл не әлсіз негіз түзілуін алуға болады.

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O – оңай ұшатын зат түзілетін реакцияның мысалына күшті қышқыл мен әлсіз қышқыл (күкіртті сутек қышқылы, көмір қышқылы, күкіртті қышқыл) тұздарының арасында жүретін реакцияларды алса: CO32- + 2H+ = CO2 + H2O

Сонымен, алмасу реакциясы жүреді.

Мынандай жағдайларда, егер аз еритін зат (не нашар диссоциацияланатын зат) алғашқы заттарда да, реакция нәтижесінде де түзілген болса

СН3СООН + КОН= СН3СООН + H2O, одна тепе-теңдік азырақ диссоциацияланатын жаққа ығысады. Мысалы, әлсіз қышқылды (СН3СООН) күшті негізбен (КОН) бейтараптандырғанда, реакцияда екі әлсіз электролит (СН3СООН, H2O) түзіледі. Сонда тепе-теңдік әлсізірек электролит – су (диссоциация константасы 1,8×10-16) жаққа қарай көбірек ығысады, себебі сірке қышқылы (КD = 1,8×10-5) күштірек. Бірақ бұл сияқты реакциялар аяғына дейін жүрмейді, себебі ерітіндіде диссоциацияға түспеген СН3СООН молекулалары және ОН- иондары бар, сондықтан реакция ортасы бейтарап емес (күшті қышқылды күшті негізбен бейтараптандырған сияқты), әлсіз сілтілік болады.

Сол сияқты әлсіз негізді (Zn(OH)2) күшті қышқылмен HNO3 бейтараптандырғанда Zn(OH)2 + 2Н+ = Zn2+ + 2H2O тепе-теңдік әлсізірек электролит – су – түзілетін жаққа ығысады, бірақ тепе-теңдікке жеткенде ерітіндіде аздаған диссоциацияға түспей қалған негіздің молекуласы және сутегі иондары болады, сондықтан ерітінді реакциясы әлсіз қышқылды.

Сонымен, әлсіз қышқыл не әлсіз негіз қатысатын бейтараптандыру реакциясы қайтымды, яғни тура және кері бағытта жүреді. Бұл деген, құрамына әлсіз қышқылдың анионы не әлсіз негіздің катионы кіретін тұздар суда ерігенде гидролиз процесі жүреді. Сонымен, гидролиз процесі – тұздың сумен алмасып әрекеттесуі нәтижесінде әлсіз қышқыл не әлсіз негіз түзілуі. Гидролиз процесі жүргенде тұздар суда ерісе, олардың иондары судың сутек не гидроксид иондарымен қосылады, сонда нашар диссоциацияланатын заттар түзіледі, сондықтан сутек не гидроксид иондарының концентрациялары өзгереді, сөйтіп, тұздар ерітінділері қышқылдық не сілтілік реакция көрсетеді. Тұздар негіз бен қышқыл әрекеттесуінен пайда болатындықтан, негізінде төрт түрлі тұз болады десе: әлсіз негіз бен күшті қышқылдан түзілген тұз; әлсіз қышқыл мен күшті негізден түзілген тұз; әлсіз негіз бен әлсіз қышқылдан түзілген тұз; күшті негіз бен күшті қышқылдан түзілген тұз. Сонда осы төрт түрлі тұздың гидролиз процесін қараса:

1. ZnCl2 + H2O ZnOHCl + HCl, сонымен гидролизге тұз катионы бойынша түседі, Zn2+ + H2O ZnOH+ + H+, ерітіндіде сутегі ионының концентрациясы өседі, сондықтан ерітінді реакциясы (ортасы) қышқылды болады, әлсіз негіз бен күшті қышқыл тұзы гидролизі.

2. KCN + H2O HCN + KOH, әлсіз қышқыл мен күшті негіз тұзының гидролизі әсерінен реакция ортасы сілтілік болады, себебі гидроксид ионының концентрациясы жоғарылайды: CN- + H2O HCN + OH-, гидролизге тұздың анионы ұшырайды.

3. NH4CN + H2O HCN + NH4OH;

NH4 + + CN- + H2O HCN + NH4OH теңдеуден көруге болатыны: әлсіз негіз бен әлсіз қышқылдан түзілген тұз гидролизге катион бойынша да, анион бойынша да түседі. Параллель екі процесс жүреді:

NH4 + + H2O NH4OH + H+ және CN- + H2O HCN + OH-

Бұл жағдайда реакция ортасы тұзды түзген қышқыл мен негіз күшіне байланысты болады. Егер Кқышқ. Кнег., реакция ортасы бейтарап болады;

Кқышқ. > Кнег., реакция ортасы әлсізқышқылды, себебі тұз катионы көбірек гидролизге ұшырайды; Кқышқ. < Кнег., гидролизге тұздың анионы көбірек түседі, сонда реакция ортасы әлсізсілтілік болады.

Күшті негіз бен күшті қышқылдан түзілген тұз гидролизге ұшырамайды, себебі гидролизге кері жүретін бейтараптау реакциясы қайтымсыз, яғни аяғына дейін жүреді.

Гидролизге ұшырайтын тұздардың үш жағдайында да жүйе тепе-теңдікке келіп тұр, олай болса, әрекеттесуші массалар заңын қолданып тепе-теңдік константасын жазуға болады, оны гидролиз константасы деп атайды.

Кг = КН2О қышқ. не Кг = КН2О нег., КН2О – судың иондық көбейтіндісі. Бұл қатынастардан қышқыл не негіз әлсізірек болған сайын, яғни диссоциация константалары аз болған сайын гидролиз тереңірек жүретіні көрінеді. Гидролиздің қаншалықты жүретіндігін гидролиз дәрежесі һ- та көрсетеді, ол

h = тұздың гидролизге ұшыраған моль саны/тұздың жалпы еріген моль саны.

h = Кг м, бұл теңдеуден тұздың концентрациясы аз болған сайын, гидролиз дәрежесі көп болатындығын көруге болады. Сонымен, КН2О температураға байланысты өзгеретіндіктен, температураны көтерсе және ерітіндіні сұйылтса, гидролиз артады, керісінше, температураны төмендетсе, гидролизге ұшырайтын тұздың концентрациясын жоғарылатса, гидролиз дәрежесі азаяды. Сондай-ақ, гидролиз процесі қайтымды болғандықтан Ле Шателье принципін қолданып, гидролиз дәрежесін азайту үшін не күшті қышқыл, не күшті негіз ерітінділерін қосады.

1-мысал. Концентрациясы 0,1моль/л натрий гидрокарбонаты ерітіндісінің гидролиз дәрежесі нешеге тең?

Шешуі: HCO3- + Н2О ОН- + H2CO3; сг және с – гидролизденген және еріген тұз концентрациясы; сг(HCO3-) = [H2СО3] = [ОH-] = Кг(HCO3-)×с = 2,5×10-8×10-1 = 5×10-5 моль/л . Одан һ = 5×10-5 /10-1 = 5×10-4 = 0,05%, егер сондай концентрациядағы натрий карбонатының ерітіндісін суда ерітсе, гидролиз дәрежесі 0,0005% болар еді.

2-мысал. Калий ацетатының 0,1М ерітіндісі үшін гидролиз дәрежесі мен ерітінді рН-ын есептеу керек.

Шешуі: Гидролиз теңдеуі: СН3СОО- + Н2О ОН- + СН3СООН, алдымен гидролиз константасын анықтау керек, қышқыл диссоциация константасы 1,8×10-5, одан Кг = КсуD = 10-14 /1,8×10-5 = 5,56×10-10. Енді гидролиз дәрежесін есептесе, һ = Кг/с = 5,56×10-10/0,1 = 7,5×10-5; [ОH-] = һ×с = 7,5×10-5 ×0,1=

7,5×10-6 моль/л. Олай болса,

рОН =− lg [ОH-] = − lg(7,5×10-6 )= − 6,88 = −(−5,12)= 5,12 .

Сонда рН = 14 – рОН = 14 – 5,12 = 8,88.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Гидролиз процесі деген не?

2. Гидролиз константасы және дәрежесі қалай есептеледі?

3. Қандай тұздар гидролизге ұшырайды?

4. Гидролиздену дәрежесіне әсер ететін факторлар.

5. Реакция қай уақытта аяғына дейін жүреді?

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. Қай тұздар гидролизге ұшырайды? Олардың гидролиз теңдеулерін жазу керек: K2SO4, Na2Se, BaS, LiCl, NH4NO3, ZnCl2, K2SO3, Na3PO4, HCOOK, NH4ClO4, KBrO, CuSO4, Bi(NO3)3.

2. Мына тұздар ерітінділерін бір-бірінен индикатор арқылы ажыратуға бола ма: NaClO4 және NaClO; KClO3 және NaAsO3; BeCl2 және BaCl2; KJ және NH4J; Na2CO3 және Zn(NO3)2?

3. Орта тұздарға қарағанда гидро- не гидроксотұздар гидролизге көбірек ұшырауы мүмкін бе? Мысал келтіріп, түсіндіріңдер.

4. Қандай тұздар гидролизге сатылап түседі? Саты саны неге байланысты және гидролиз интенсивтігі бірінші сатыдан соңғы сатыға қарай қалай өзгереді?

5. Гидролиз дәрежесі деген не, оған қандай факторлар әсер етеді? Оның мәнін қалай көтеруге не азайтуға болады?

6. Концентрациялары бірдей және бірдей температурада жүрген мына тұздар гидролизін гидролиз дәрежесі өсу ретімен орналастыру қажет:

CH3COONa, HCOOK, NaCN, KNO2. Висмут және сурьма тұздарының ерітіндісін дайындағанда қышқыл қосады. Неге?

7. Гидролиз константасы (Кг) деген не? Оның мәні тұздар табиғатына, ерітінді концентрациясына, температураға тәуелді ме? Әр түрлі тұздар үшін Кг мәнінің көп не аз болуы неге байланысты?

8. Екі тұздың ерітіндісін араластырғанда неге өзара бір-бірінің гидролизін күшейтеді? Кез келген тұздар жұбы осындай эффект бере ме?

9. Молярлы концентрациялары 0,1моль/л NaNO2 және HCOOK ерітінділерінің гидролиз дәрежелерін есептеу керек.

Жауабы: 1,6×10-5 және 2,4×10-5 .

10. 0,1моль/л NH4Cl тұзы ерітіндісінің гидролиз дәрежесі және гидролизденген тұз концентрациясын есептеу керек.

Жауабы: 7,45×10-5 және 7,45×10-6 моль/л.

11. Бір негізді қышқыл мен сілтілік металл тұзының 0,1моль/л ерітіндісінің гидролиз дәрежесі 0,04% тең. Осы тұздың гидролиз константасы мен тұз түзген қышқылдың диссоциация дәрежесін есептеу керек.

Жауабы: 1,96×10-11; 5×10-4.

12. 0,5моль/л ZnCl2 тұзының I саты бойынша жүрген гидролиз процесі үшін гидролиз дәрежесін h (ZnCl2) есептеу керек, егер КD(ZnOH+) = 1,5×10-9. Жауабы: 3,7×10-3.

13. 0,1моль/л NH4Br тұзының гидролиз дәрежесін және рН мәнін есептеу керек. Жауабы: 7,45×10-5 және 5,13.

14. 0,1М натрий ацетаты ерітіндісінің дисоциация дәрежесі және осы ерітіндінің рН қанша? Жауабы: 5,5×10-10 және 8,9.

15. 0,02н Na2CO3 тұзының I саты бойынша жүрген гидролизі үшін ерітінді рН-ын есептеу керек. Жауабы: 11,66.

16. 0,01М КF ерітіндісі үшін гидролиз константасын, гидролиз дәрежесін және рН анықтау керек. Жауабы: Кг = 1,5×10-11; h = 3,9×10-5; рН = 7,59.

17. 0,1М және 0,001М KCN ерітінділерінің гидролиз дәрежесін және рН есептеу керек. Жауабы: h = 1,12×10-2; рН = 11,05; және h = 0,107; рН = 10,03.

18. 0,1М бір негізді органикалық қышқылдың натрий тұзының гидролизінің рН = 10 болса, осы қышқылдың диссоциация константасы. Жауабы: Кd = 10-7.

19. Мына тұздардың NaCN, NaNO2, Cr(NO3)3 гидролизінің ионды-молекулалық теңдеулерін жазып, ортасын көрсетіңдер.

20. 0,1М натрий карбонаты ерітіндісінің гидролиз константасын мен дәрежесін және ерітіндісінің рН-ын есептеу керек.

Жауабы: Кг = 2,1×10-4; h = 4,7×10-4; рН =11,7.