Ph 베이스. 강염기 및 약염기 및 산 용액의 pH 계산. 강의 계획

물의 이온 생성물 섹션에 대한 작업:

작업 1. 물의 이온 생성물이라고 하는 것은 무엇입니까? 그것은 무엇과 같습니까? 물의 이온 생성물에 대한 식의 유도를 제공하십시오. 온도는 물의 이온 생성물에 어떤 영향을 줍니까?

결정.

물은 약한 전해질이며 분자는 이온으로 약간 분해됩니다.

H 2 O ↔ H + + OH -

평형 상수물의 해리 반응은 다음과 같은 형태를 갖는다.

K = /

22°에서 K = 1.8 × 10 -16 .

해리된 물 분자의 농도를 무시하고 1000g에 대해 물 1리터의 질량을 취하면 다음을 얻습니다.

1000/18 = 55.56g

K \u003d / 55.56 \u003d 1.8 × 10 -16

= 1.8 × 10 -16 55.56 = 1 10 -14

용액의 산도를 결정하고 - 용액의 알칼리도를 결정합니다.

순수한 물에서 = = 1 × 10 -7 .

작품이라고 한다

K H 2 O \u003d \u003d 1 10 -14

물의 이온 생성물물의 해리도 증가하기 때문에 온도가 증가함에 따라 증가합니다.

용액의 산도는 일반적으로 다음과 같이 표현됩니다.

LG = pOH

pH< 7 산성 환경에서

pH > 7알칼리성 환경에서

pH = 7중립적인 환경에서.

환경의 산도는 다음을 사용하여 결정할 수 있습니다.

작업 2. pH가 13인 용액 100ml에 완전히 해리된 상태의 수산화나트륨은 몇g입니까?

결정.

pH = -lg

10-13M

결정.

결정하기 위해 pH솔루션은 다음으로 변환되어야 합니다.

용액의 밀도가 1이고 V(용액) = 1000ml, m(용액) = 1000g이라고 가정합니다.

1000g의 용액에 몇 그램의 수산화 암모늄이 함유되어 있는지 알아 봅시다.

100g의 용액에는 2g의 NH 4 OH가 포함되어 있습니다.

1000g에서 - x g NH 4 OH

M (NH 4 OH) \u003d 14 + 1 4 + 16 + 1 \u003d 35g / mol

용액 1몰에는 NH 4 OH 35g이 들어 있습니다.

몰 - 20g NH 4 OH

을 위한 약한 염기, NH 4 OH인 관계는 유효합니다.

\u003d K H 2 O / (K d. 메인 C 메인) 1/2

참조 데이터에 따르면 K d (NH 4 OH) \u003d 1.77 10 -5를 찾은 다음

10 -14 / (1.77 10 -5 0.57) 1/2 = 3.12 10 -12

pH \u003d -lg \u003d - lg 3.12 10 -12 \u003d 11.5

결정.

pH = -lg

10 - pH

10 -12.5 \u003d 3.16 10 -13 M

pH = 14 -12.5 = 1.5

pH=-Ig

10 - pH

10 -1.5 \u003d 3.16 10 -2 M

작업 5. 강한 전해질의 농축 용액의 pH 찾기 - 0.205 M염산.

결정.고농축으로 강한 전해질,활성 농도는 실제 농도와 다릅니다. 전해질의 활성을 수정해야 합니다. 정의하자 이온 강도해결책:

나는 = 1/2ΣC i z i 2, 어디

C i 와 z i 는 각각 개별 이온의 농도와 전하입니다.

나는 \u003d ½ (0.205 1 2 + 0.205 1 2) \u003d 0.205

에프 H + = 0.83, 그러면

ㅏ H + = · 에프 H + = 0.205 0.83 = 0.17

pH = -lg[ ㅏ H+ ] = -lg 0.17 = 0.77

IPV– 이것은 수소 이온과 수산화 이온 농도의 곱과 같은 물과 모든 수용액에 대해 주어진 온도에서 일정한 값입니다.

K(H2O) = *

K(H2O) = 1* (t = 25C)

수소 지수(pH)는 용액 내 유리 수소 이온 농도의 음의 십진 로그와 동일한 매질의 산도의 정량적 특성입니다.

수산기 지수(pOH)는 용액 내 유리 수산화물 이온 농도의 음의 십진 로그와 같은 값입니다.

강염기 및 약염기 및 산 용액의 pH 계산.

약산: pH=1/2pKk-1/2lgCk 여기서 pK= -lgK는 약산 또는 염기의 해리 상수입니다.

약한 염기: pH=14-1/2pKo+1/2lgCo

강산: pH= -lg(zCk) 여기서 z는 수소 이온의 수입니다.

강염기: pH=14+lg(zCo) 여기서 z는 수산화 이온의 수입니다.

pH 버퍼 시스템의 계산. 기본 방정식. Henderson-Hasselbach 방정식.

완충 용액 또는 시스템이 호출되며, pH는 희석될 때뿐만 아니라 소량의 강산 또는 알칼리를 첨가해도 pH가 변하지 않습니다. 가장 간단한 완충 용액은 약산과 그 산과 음이온을 공유하는 염의 혼합물입니다. 예를 들어, CH 3 COOH-아세트산과 아세트산 나트륨 CH 3 COONa의 혼합물.

분류: 구성에 따라 구별

1) 산성 - 약산과 그 염으로 구성됩니다. 예: 옥시헤모글로빈, 인산염 중탄산염.

2) 염기성은 약염기와 그 염으로 이루어진다. 예를 들어, 암모니아: 양쪽성, 양쪽성 - 산과 염기 모두의 특성을 나타내는 물질로 구성됩니다(단백질 완충액). HAn mol/l의 약산과 KtAn mol/l의 약산으로 구성된 완충 시스템의 경우, 수소 이온의 농도 H + =K Han =을 Henderson-Hasselbach 방정식이라고 하므로 H + =K HAn = 여기서 K Han은 약산의 일정한 EL 해리입니다. 두 부분의 로그를 취하고 부호를 반대로 하면 고려된 완충 용액 pH=p KHAn - lg의 pH를 계산하기 위한 방정식에 도달합니다. 여기서 p KHAn은 약산 전기 해리 상수의 십진 로그입니다. 강산 또는 알칼리가 대략 일정한 수준으로 첨가됨에 따라 완충액이 pH를 유지하는 능력은 무제한이 아니며 호출된 완충 용량 B의 값에 의해 제한됩니다. 완충 용량의 단위는 일반적으로 다음과 같이 취합니다. 이러한 완충용액의 용량은 pH의 변화에 ​​따라 용액 1리터당 1몰당량의 강산 또는 알칼리의 도입이 필요하다. 버퍼 용량 B는 공식 B=를 사용하여 계산할 수 있습니다. 동맥혈의 총 완충 용량은 25.3mmol/l에 도달하고 정맥혈에서는 다소 낮고 일반적으로 24.3mmol/l 증가하지 않습니다.

염화암모늄 용액의 예에 대한 완충 작용 메커니즘.

강산(HCl)을 첨가하여

강산(HCl)은 약염기(NH4OH)와 반응합니다.

중화 반응이 일어나고 산은 동일한 양의 염으로 대체됩니다.

유리 수산화물 - 이온의 농도는 수산화 암모늄의 잠재적 염기성으로 인해 보충되므로 용액의 pH는 실제로 변하지 않습니다.

NH4OH+HCl=NH4Cl+H2O

NH4OH+H+Cl=NH4+Cl+H2O

강염기(NaOH)를 첨가하여

알칼리(NaOH)는 염(NH4Cl)과 반응합니다.

약한 염기(NH4OH)가 형성되고 용액의 pH는 변하지 않습니다.

NH4Cl+NaOH=NH4OH+NaCl

수소 표시기, pH(위도. 피온두스 히드로겐- "수소의 무게", 발음 "파시")은 용액 내 수소 이온의 활성도(고희석 용액, 농도에 해당)의 척도로, 산성도를 정량적으로 표현합니다. 리터당 몰로 표시되는 수소 이온 활성의 십진 로그와 계수가 같고 부호가 반대입니다.

pH의 역사.

개념 pH 1909년 덴마크 화학자 Sorensen에 의해 소개되었습니다. 표시기는 pH (라틴어 단어의 첫 글자에 따르면 포텐시아 하이드로게니는 수소의 강도, 또는 폰두스 하이드로게니는 수소의 무게입니다.) 화학에서 조합 PX일반적으로 다음과 같은 값을 나타냅니다. LG X하지만 편지와 함께 시간이 경우 수소 이온의 농도를 나타냅니다( H+), 또는 오히려 히드로늄 이온의 열역학적 활성.

pH 및 pOH와 관련된 방정식.

pH 값 출력.

25 °C의 순수한 물에서 수소 이온의 농도([ H+]) 및 수산화 이온([ 오− ])는 동일하고 10 -7 mol/l이며, 이는 [ H+] · [ 오− ]이고 10 −14 mol²/l²(25°C에서)입니다.

용액에서 두 종류의 이온 농도가 같으면 용액이 중성 반응을 한다고 합니다. 물에 산을 첨가하면 수소이온의 농도가 증가하고 수산화이온의 농도가 감소하고, 반대로 염기를 첨가하면 수산화이온의 함량이 증가하여 수소이온의 농도가 감소한다. 언제 [ H+] > [오- ] 용액이 산성이라고 하며, [ 오 − ] > [H+] - 알칼리성.

더 편리하게 표현하기 위해 음의 지수를 없애기 위해 수소 이온의 농도 대신 십진 로그가 사용되며 반대 기호로 취해진 수소 지수 - pH.

용액 pOH의 염기도 지수.

약간 덜 인기있는 것은 그 반대입니다 pH값 - 용액 염기성 지수, pH, 이는 이온 용액의 농도의 십진 로그(음수)와 같습니다. 오 − :

25 ° C의 모든 수용액에서와 같이이 온도에서 :

산도가 다른 용액의 pH 값.

• 대중적인 믿음과는 달리, pH간격 0 - 14를 제외하고 다를 수 있으며 이러한 제한을 초과할 수도 있습니다. 예를 들어, 수소 이온 농도에서 [ H+] = 10 -15 mol/l, pH= 15, 10 mol / l의 수산화물 이온 농도에서 pH = −1 .

왜냐하면 25 °C(표준 조건)에서 [ H+] [오 − ] = 10 −14 , 이 온도에서 pH + pH = 14.

왜냐하면 산성 용액에서 [ H+] > 10 −7 , 이는 산성 용액의 경우 pH < 7, соответственно, у щелочных растворов pH > 7 , pH중성 용액은 7입니다. 더 높은 온도에서 물의 전해질 해리 상수가 증가하여 물의 이온 생성물이 증가하고 중성이 됨을 의미합니다 pH= 7(다음과 같이 동시에 증가된 농도에 해당합니다. H+, 그리고 오-); 반대로 온도가 감소함에 따라 중성 pH증가합니다.

pH 값을 결정하는 방법.

값을 결정하는 몇 가지 방법이 있습니다. pH솔루션. pH 값은 표시기를 사용하여 대략적으로 추정되며 다음을 사용하여 정확하게 측정됩니다. pH- 미터 또는 산-염기 적정을 수행하여 분석적으로 결정됩니다.

1. 수소 이온 농도의 대략적인 추정을 위해 종종 다음을 사용합니다. 산-염기 지시약- 색상에 따라 달라지는 유기 염료 pH환경. 가장 인기 있는 지표는 리트머스, 페놀프탈레인, 메틸 오렌지(메틸 오렌지) 등입니다. 지표는 산성 또는 염기성의 2가지 다른 색상 형태가 있습니다. 모든 지표의 색상 변화는 산도 범위, 종종 1-2 단위에서 발생합니다.
2. 작업 측정 간격을 늘리려면 pH적용하다 보편적인 지표, 이는 여러 지표가 혼합된 것입니다. 보편적인 지표는 산성에서 알칼리성 영역으로 이동할 때 빨간색에서 노란색, 녹색, 파란색에서 보라색으로 색상을 일관되게 변경합니다. 정의 pH흐리거나 유색 용액에는 표시기 방법이 어렵습니다.
3. 특수 장치 사용 - pH-meter - 측정을 가능하게 합니다. pH더 넓은 범위에서 더 정확하게(최대 0.01 단위 pH) 지표보다. 결정의 이온 측정 방법 pH 유리 전극을 포함하는 밀리볼트미터-이오노미터로 갈바닉 회로의 EMF 측정을 기반으로 하며 전위는 이온 농도에 따라 다릅니다. H+주변 솔루션에서. 이 방법은 특히 선택한 범위에서 표시 전극을 교정한 후 정확도와 편의성이 높습니다. pH, 이를 통해 측정할 수 있습니다. pH불투명하고 유색 용액이므로 자주 사용됩니다.
4. 분석적 체적법 — 산-염기 적정- 또한 용액의 산도를 결정하기 위한 정확한 결과를 제공합니다. 농도를 알고 있는 용액(적정제)을 테스트할 용액에 적가합니다. 그것들이 혼합되면 화학 반응이 발생합니다. 당량점(적정제가 반응을 완료하기에 정확히 충분한 순간)은 표시기를 사용하여 고정됩니다. 그 후, 첨가된 적정액의 농도와 부피를 알면 용액의 산도를 결정합니다.
5. pH:

0.001몰/리터 염산 20 °C에서 pH=3, 30 °C에서 pH=3,

0.001몰/리터 NaOH 20 °C에서 pH=11.73, 30 °C에서 pH=10.83,

값에 대한 온도의 영향 pH수소 이온(H +)의 다른 해리를 설명하고 실험 오류가 아닙니다. 온도 효과는 전자적으로 보상할 수 없습니다. pH-미터.

화학 및 생물학에서 pH의 역할.

환경의 산성도는 대부분의 화학 공정에서 중요하며 특정 반응의 발생 가능성이나 결과는 종종 pH환경. 일정한 가치를 유지하기 위해 pH실험실 연구 또는 생산 중 반응 시스템에서 완충 용액은 거의 일정한 값을 유지하는 데 사용됩니다. pH희석하거나 소량의 산 또는 알칼리를 용액에 첨가할 때.

수소 표시기 pH다양한 생물학적 매체의 산-염기 특성을 특성화하는 데 자주 사용됩니다.

생화학 반응의 경우 살아있는 시스템에서 발생하는 반응 매질의 산성도가 매우 중요합니다. 용액 내 수소 이온의 농도는 종종 단백질과 핵산의 물리화학적 특성과 생물학적 활성에 영향을 미치므로 산-염기 항상성을 유지하는 것은 신체의 정상적인 기능에 매우 중요한 작업입니다. 최적의 동적 유지 pH생물학적 유체는 신체의 완충 시스템의 작용하에 달성됩니다.

다른 기관의 인체에서는 pH 값이 다릅니다.

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순수한 물은 매우 약한 전해질입니다. 물의 해리 과정은 HOH ⇆ H + + OH - 방정식으로 표현할 수 있습니다. 물의 해리로 인해 모든 수용액은 H + 이온과 OH - 이온을 모두 포함합니다. 이러한 이온의 농도는 다음을 사용하여 계산할 수 있습니다. 물에 대한 이온 곱 방정식

C (H +) × C (OH -) \u003d K w,

여기서 Kw는 물의 이온 생성물 상수 ; 25°C에서 K w = 10 –14 .

H + 와 OH 이온의 농도가 같은 용액을 중성 용액이라고 합니다. 중성 용액에서 C (H +) \u003d C (OH -) \u003d 10 -7 mol / l.

산성 용액에서 C(H +) > C(OH -) 그리고 물의 이온 곱의 방정식으로부터 다음과 같이 C(H +) > 10 -7 mol/l, 그리고 C(OH -)< 10 –7 моль/л.

알칼리성 용액에서 C(OH -) > C(H +); 동안 C(OH –) > 10 –7 mol/l 및 C(H +)< 10 –7 моль/л.

pH는 수용액의 산도 또는 알칼리도를 나타내는 값입니다. 이 값은 pH 지시약 다음 공식에 의해 계산됩니다.

pH \u003d -lg C (H +)

산성 pH 용액에서<7; в нейтральном растворе pH=7; в щелочном растворе pH>7.

"수소 지수"(pH) 개념과 유사하게 "수산기" 지수(pOH) 개념이 도입되었습니다.

pOH = -lg C(OH -)

수소 및 수산기 지시약은 비율로 관련됩니다.

수산기 지수는 알칼리 용액의 pH를 계산하는 데 사용됩니다.

황산은 묽은 용액에서 H 2 SO 4 ® 2 H + + SO 4 2-의 계획에 따라 비가역적이고 완전하게 해리되는 강한 전해질입니다. 해리 과정 방정식에서 C (H +) \u003d 2 C (H 2 SO 4) \u003d 2 × 0.005 mol / l \u003d 0.01 mol / l임을 알 수 있습니다.

pH \u003d -lg C (H +) \u003d -lg 0.01 \u003d 2.

수산화 나트륨은 NaOH ® Na + +OH -의 계획에 따라 비가역적이고 완전히 해리되는 강한 전해질입니다. 해리 과정의 방정식에서 C (OH -) \u003d C (NaOH) \u003d 0.1 mol / l임을 알 수 있습니다.

pOH \u003d -lg C (H +) \u003d -lg 0.1 \u003d 1; pH = 14 - pOH = 14 - 1 = 13.

약한 전해질의 해리는 평형 과정입니다. 약한 전해질의 해리 과정에 대해 쓰여진 평형 상수는 해리 상수 . 예를 들어, 아세트산의 해리 과정

CH 3 COOH ⇆ CH 3 COO - + H +.

다염기산의 해리의 각 단계는 해리 상수가 특징입니다. 해리 상수 - 기준 값; 센티미터. .

약한 전해질 용액에서 이온 농도(및 pH) 계산은 평형 상수가 알려져 있고 반응에 관련된 물질의 평형 농도를 찾는 것이 필요한 경우 화학 평형 문제를 해결하기 위해 축소됩니다(참조 예 6.2 - 유형 2 문제).

NH 4 OH의 0.35% 용액에서 수산화암모늄의 몰 농도는 0.1mol/l입니다(백분율 농도를 몰 1로 변환하는 예 - 예 5.1 참조). 이 값은 종종 C 0 이라고 합니다. C0는 용액의 총 전해질 농도(해리 전 전해질 농도)입니다.

NH 4 OH는 수용액에서 가역적으로 해리되는 약한 전해질로 간주됩니다. NH 4 OH ⇆ NH 4 + + OH – (5페이지의 참고 2 참조). 해리 상수 K = 1.8 10 -5(참고 값). 약한 전해질이 불완전하게 해리되기 때문에 x mol / l NH 4 OH가 해리되었다고 가정하면 암모늄 이온과 수산화물 이온의 평형 농도도 x mol / l: C (NH 4 +) \u003d C (OH -) \u003d x mol/l. 해리되지 않은 NH 4 OH의 평형 농도는 C (NH 4 OH) \u003d (C 0 -x) \u003d (0.1-x) mol / l입니다.

x로 표현된 모든 입자의 평형 농도를 해리 상수 방정식으로 대입합니다.

.

매우 약한 전해질은 약간 해리되며(x ® 0) 항으로 분모의 x는 무시할 수 있습니다.

.

일반적으로 일반 화학 문제에서 분모의 x는 다음과 같은 경우 무시됩니다. .

C (OH-) \u003d x \u003d 1.34 ∙ 10 -3 mol / l; pOH \u003d -lg C (OH -) \u003d -lg 1.34 ∙ 10 -3 \u003d 2.87.

pH = 14 - pH = 14 - 2.87 = 11.13.

해리의 정도전해질은 해리된 전해질 농도(x) 대 총 전해질 농도(C 0 )의 비율로 계산할 수 있습니다.

(1,34%).

먼저 백분율 농도를 몰로 변환해야 합니다(예제 5.1 참조). 이 경우 C 0 (H 3 PO 4) = 3.6 mol / l입니다.

다염기성 약산 용액의 수소 이온 농도 계산은 해리의 첫 번째 단계에서만 수행됩니다. 엄밀히 말하면, 약한 다염기산 용액에서 수소 이온의 총 농도는 해리의 각 단계에서 형성된 H + 이온 농도의 합과 같습니다. 예를 들어, 인산 C(H +) 총계 = C(H +) 각 1단 + C(H +) 각 2단 + C(H +) 각 3단의 경우. 그러나 약한 전해질의 해리는 주로 첫 번째 단계에서 발생하고 두 번째 및 후속 단계에서는 약간 발생하므로

C(H +) 2 단계 ≈ 0, C(H +) 3 단계 ≈ 0 및 C(H +) 합계 ≈ C(H +) 1 단계.

인산이 첫 번째 단계 x mol / l에서 해리되도록 한 다음 해리 방정식 H 3 PO 4 ⇆ H + + H 2 PO 4 - H + 및 H 2 PO 4 - 이온의 평형 농도도 다음과 같습니다. x mol / l 과 같으며 해리되지 않은 H 3 PO 4 의 평형 농도는 (3.6–x) mol/l와 같습니다. 우리는 x를 통해 표현된 H + 및 H 2 PO 4 - 이온 및 H 3 PO 4 분자의 농도를 첫 번째 단계의 해리 상수에 대한 표현식으로 대체합니다(K 1 \u003d 7.5 10 -3 - 참조 값).

K 1 /C 0 \u003d 7.5 10 -3 / 3.6 \u003d 2.1 10 -3< 10 –2 ; следовательно, иксом как слагаемым в знаменателе можно пренебречь (см. также пример 7.3) и упростить полученное выражение.

;

정부;

C (H +) \u003d x \u003d 0.217 mol / l; pH \u003d -lg C (H +) \u003d -lg 0.217 \u003d 0.66.

(3,44%)

작업 번호 8

계산) 강산과 강염기 용액의 pH b) 약한 전해질 용액 및 이 용액의 전해질 해리도(표 8). 용액의 밀도는 1g/ml입니다.

표 8 - 태스크 번호 8의 조건

실시예 7.5 0.2M H 2 SO 4 용액 200ml와 0.1M NaOH 용액 300ml를 혼합하였다. 생성된 용액의 pH와 이 용액에서 Na + 및 SO 4 2- 이온의 농도를 계산하십시오.

반응식 H 2 SO 4 + 2 NaOH → Na 2 SO 4 + 2 H 2 O를 약식 이온 분자 형태로 가져오자: H + + OH - → H 2 O

이온 분자 반응식에 따르면 H + 및 OH - 이온만 반응에 들어가 물 분자를 형성합니다. 이온 Na + 및 SO 4 2-는 반응에 참여하지 않으므로 반응 후의 양은 반응 전과 동일합니다.

반응 전 물질의 양 계산:

n (H 2 SO 4) \u003d 0.2 mol / l × 0.1 l \u003d 0.02 mol \u003d n (SO 4 2-);

n (H +) \u003d 2 × n (H 2 SO 4) \u003d 2 × 0.02 mol \u003d 0.04 mol;

n (NaOH) \u003d 0.1 mol / l 0.3 l \u003d 0.03 mol \u003d n (Na +) \u003d n (OH -).

OH 이온 - - 공급 부족; 그들은 완전히 반응합니다. 그들과 함께 동일한 양(즉, 0.03 mol)의 H + 이온이 반응합니다.

반응 후 이온 수 계산:

n (H +) \u003d n (H +) 반응 전 - n (H +) 반응 \u003d 0.04 mol - 0.03 mol \u003d 0.01 mol;

n(Na +) = 0.03몰; n(SO 4 2–) = 0.02 mol.

왜냐하면 묽은 용액이 섞인다

V 공통. "H 2 SO 4 + NaOH의 V 용액" 200 ml + 300 ml \u003d 500 ml \u003d 0.5 l.

C(Na +) = n(Na ​​​​+) / Vtot. \u003d 0.03 mol : 0.5 l \u003d 0.06 mol / l;

C(SO 4 2-) = n(SO 4 2-) / Vtot. \u003d 0.02 mol : 0.5 l \u003d 0.04 mol / l;

C(H +) = n(H +) / Vtot. \u003d 0.01 mol : 0.5 l \u003d 0.02 mol / l;

pH \u003d -lg C (H +) \u003d -lg 2 10 -2 \u003d 1.699.

작업 번호 9

강산용액과 알칼리용액을 혼합하여 형성된 용액에서 금속양이온과 산잔류물의 음이온의 pH와 몰농도를 계산한다(표 9).

표 9 - 작업 번호 9의 조건

소금의 가수분해

염이 물에 용해되면 이 염은 양이온과 음이온으로 해리됩니다. 염이 강염기 양이온과 약산 음이온(예: 아질산칼륨 KNO 2)에 의해 형성되면 아질산염 이온이 H + 이온과 결합하여 물 분자에서 분리되어 약한 아질산이 형성됩니다. . 이 상호 작용의 결과로 솔루션에 평형이 설정됩니다.

NO 2 - + HOH ⇆ HNO 2 + OH -

KNO 2 + HOH ⇆ HNO 2 + KOH.

따라서 음이온에 의해 가수분해된 염 용액에 과량의 OH 이온이 나타납니다(매질의 반응은 알칼리성이며 pH > 7).

염이 약염기 양이온과 강산 음이온(예: 염화암모늄 NH 4 Cl)에 의해 형성되는 경우, 약염기의 NH 4 + 양이온은 OH 이온을 물 분자로부터 분리하고 약하게 해리하는 전해질 - 수산화 암모늄 1.

NH 4 + + HOH ⇆ NH 4 OH + H + .

NH 4 Cl + HOH ⇆ NH 4 OH + HCl.

양이온에 의해 가수분해된 염의 용액에 과량의 H + 이온이 나타납니다(매질의 반응은 산성 pH< 7).

약염기 양이온과 약산 음이온(예: 암모늄 플루오라이드 NH 4 F)에 의해 형성된 염의 가수분해 동안, 약염기 양이온 NH 4 +는 OH - 이온에 결합하여 물 분자에서 분리하고, 약산 음이온 F - H + 이온에 결합하여 약한 염기 NH 4 OH와 약산 HF를 형성합니다. 2

NH 4 + + F - + HOH ⇆ NH 4 OH + HF

NH 4 F + HOH ⇆ NH 4 OH + HF.

양이온과 음이온 모두에 의해 가수분해되는 염 용액에서 매질의 반응은 가수분해의 결과로 형성된 약하게 해리되는 전해질 중 어느 것이 더 강한지에 의해 결정됩니다(이는 해리 상수를 비교하여 찾을 수 있음). NH 4 F의 가수분해의 경우 환경은 산성(pH<7), поскольку HF – более сильный электролит, чем NH 4 OH: KNH 4 OH = 1,8·10 –5 < K H F = 6,6·10 –4 .

따라서 가수분해(즉, 물에 의한 분해)는 다음과 같이 염이 형성됩니다.

- 강염기의 양이온과 약산의 음이온(KNO 2, Na 2 CO 3, K 3 PO 4);

- 약염기의 양이온과 강산의 음이온(NH 4 NO 3, AlCl 3, ZnSO 4);

- 약염기의 양이온과 약산의 음이온(Mg(CH 3 COO) 2, NH 4 F).

약염기의 양이온 및/또는 약산의 음이온은 물 분자와 상호 작용합니다.; 강염기의 양이온과 강산의 음이온에 의해 형성된 염은 가수분해를 일으키지 않습니다.

다중 하전된 양이온과 음이온에 의해 형성된 염의 가수분해는 단계적으로 진행됩니다. 아래에서 특정 예는 그러한 염의 가수분해에 대한 방정식을 컴파일할 때 따라야 할 권장되는 추론 순서를 보여줍니다.

노트

1. 앞서 언급한 바와 같이(5페이지의 참고 2 참조) 수산화암모늄이 강염기라는 대안적 견해가 있습니다. 예를 들어 NH 4 Cl, NH 4 NO 3, (NH 4) 2 SO 4와 같은 강산에 의해 형성된 암모늄 염 용액에서 매질의 산 반응은 암모늄 해리의 가역적 과정에 의해 이러한 접근 방식으로 설명됩니다 이온 NH 4 + ⇄ NH 3 + H + 또는 더 정확하게 NH 4 + + H 2 O ⇄ NH 3 + H 3 O + .

2. 수산화 암모늄이 강염기로 간주되는 경우 NH 4 F와 같은 약산에 의해 형성된 암모늄 염 용액에서 평형 NH 4 + + F - ⇆ NH 3 + HF가 고려되어야 합니다. 암모니아 분자와 약산 음이온 사이의 H + 이온 경쟁.

예 8.1탄산 나트륨의 가수 분해 반응 방정식을 분자 및 이온 분자 형태로 작성하십시오. 용액의 pH 지정(pH>7, pH<7 или pH=7).

1. 염해리식: Na 2 CO 3 ® 2Na + + CO 3 2–

2. 염은 강염기 NaOH의 양이온(Na+)과 약산의 음이온(CO 3 2–) H2CO3. 따라서 염은 음이온에서 가수분해됩니다.

CO 3 2– + HOH ⇆ ... .

대부분의 경우 가수분해는 가역적으로 진행됩니다(기호 ⇄). 가수분해 과정에 참여하는 1개의 이온에 대해 1개의 HOH 분자가 기록됩니다. .

3. 음전하를 띤 탄산염 CO 3 2- 이온은 양전하를 띤 H + 이온과 결합하여 HOH 분자에서 분리하고 탄화수소 HCO 3 - 이온을 형성합니다. 용액에 OH 이온이 풍부함 - (알칼리성 매질, pH> 7):

CO 3 2– + HOH ⇆ HCO 3 – + OH – .

이것은 Na 2 CO 3 가수분해의 첫 번째 단계의 이온 분자 방정식입니다.

4. 분자 형태의 가수분해 첫 번째 단계의 방정식은 방정식에 존재하는 모든 CO 3 2– + HOH ⇆ HCO 3 – + OH – 음이온(CO 3 2–, HCO 3 – 및 OH –)을 결합하여 얻을 수 있습니다. Na + 양이온으로 Na 2 CO 3 , NaHCO 3 및 염기 NaOH를 형성하는 염:

Na 2 CO 3 + HOH ⇆ NaHCO 3 + NaOH.

5. 첫 번째 단계의 가수 분해 결과, 두 번째 가수 분해 단계에 참여하는 탄화수소 이온이 형성되었습니다.

HCO 3 - + HOH ⇆ H 2 CO 3 + OH -

(음으로 하전된 중탄산염 HCO 3 - 이온은 양으로 하전된 H + 이온에 결합하여 HOH 분자에서 분리합니다).

6. 분자 형태의 가수 분해의 두 번째 단계의 방정식은 방정식에 존재하는 HCO 3 - + HOH ⇆ H 2 CO 3 + OH - 음이온 (HCO 3 - 및 OH -)을 Na + 양이온과 연결하여 얻을 수 있습니다. NaHCO 3 염 및 염기 NaOH 형성:

NaHCO 3 + HOH ⇆ H 2 CO 3 + NaOH

CO 3 2– + HOH ⇆ HCO 3 – + OH – Na 2 CO 3 + HOH ⇆ NaHCO 3 + NaOH

HCO 3 - + HOH ⇆ H 2 CO 3 + OH - NaHCO 3 + HOH ⇆ H 2 CO 3 + NaOH.

예 8.2황산 알루미늄의 가수 분해 반응에 대한 방정식을 분자 및 이온 분자 형태로 작성하십시오. 용액의 pH 지정(pH>7, pH<7 или pH=7).

1. 염 해리 방정식: Al 2 (SO 4) 3 ® 2Al 3+ + 3SO 4 2–

2. 소금이 형성된다 약한 염기의 양이온(Al 3+) Al(OH) 3 및 강산 H 2 SO 4의 음이온(SO 4 2-). 따라서 염은 양이온에서 가수분해됩니다. 1개의 Al 3+ 이온당 1개의 HOH 분자가 기록됩니다. Al 3+ + HOH ⇆ …

3. 양으로 대전된 Al 3+ 이온은 음으로 대전된 OH - 이온과 결합하여 HOH 분자에서 분리하고 히드록소알루미늄 이온 AlOH 2+를 형성합니다. 용액은 H + 이온(산성, pH<7):

Al 3+ + HOH ⇆ AlOH 2+ + H + .

이것은 Al 2 (SO 4 ) 3 의 가수분해 1단계의 이온-분자 방정식이다.

4. 분자 형태의 가수분해 1단계 방정식은 방정식에 존재하는 모든 Al 3+ + HOH ⇆ AlOH 2+ + H + 양이온(Al 3+ , AlOH 2+ 및 H +)을 SO와 연결하여 얻을 수 있습니다. 4 2- 음이온, Al 2 (SO 4) 3, AlOHSO 4 및 산 H 2 SO 4의 염 형성:

Al 2 (SO 4) 3 + 2HOH ⇆ 2AlOHSO 4 + H 2 SO 4.

5. 첫 번째 단계의 가수 분해 결과, 가수 분해의 두 번째 단계에 참여하는 수산화 알루미늄 양이온 AlOH 2+가 형성되었습니다.

AlOH 2+ + HOH ⇆ Al(OH) 2 + + H +

(양전하를 띤 AlOH 2+ 이온은 음전하를 띤 OH - 이온과 결합하여 HOH 분자에서 분리합니다).

6. 분자 형태의 가수분해 2단계 방정식은 모든 AlOH 2+ + HOH ⇆ Al(OH) 2 + + H + 양이온(AlOH 2+ , Al(OH) 2 + , H + ) 음이온 SO 4 2-와 함께 방정식에 존재하여 염 AlOHSO 4, (Al(OH) 2) 2 SO 4 및 산 H 2 SO 4를 형성합니다.

2AlOHSO 4 + 2HOH ⇆ (Al(OH) 2) 2 SO 4 + H 2 SO 4.

7. 두 번째 가수 분해 단계의 결과로 dihydroxoaluminum 양이온 Al (OH) 2 +가 형성되어 가수 분해의 세 번째 단계에 참여합니다.

Al(OH) 2 + + HOH ⇆ Al(OH) 3 + H +

(양으로 하전된 Al(OH) 2 + 이온은 음으로 하전된 OH - 이온과 결합하여 HOH 분자에서 분리합니다.)

8. 분자 형태의 가수분해의 세 번째 단계의 방정식은 에 존재하는 Al(OH) 2 + + HOH ⇆ Al(OH) 3 + H + 양이온(Al(OH) 2 + 및 H +)을 연결하여 얻을 수 있습니다. SO 4 음이온 2-와의 방정식, 염 (Al(OH) 2) 2 SO 4 및 산 H 2 SO 4 형성:

(Al(OH) 2) 2 SO 4 + 2HOH ⇆ 2Al(OH) 3 + H 2 SO 4

이러한 고려의 결과로 다음과 같은 가수분해 방정식을 얻습니다.

Al 3+ + HOH ⇆ AlOH 2+ + H + Al 2 (SO 4 ) 3 + 2HOH ⇆ 2AlOHSO 4 + H 2 SO 4

AlOH 2+ + HOH ⇆ Al(OH) 2 + + H + 2AlOHSO 4 + 2HOH ⇆ (Al(OH) 2) 2 SO 4 + H 2 SO 4

Al(OH) 2 + + HOH ⇆ Al(OH) 3 + H + (Al(OH) 2) 2 SO 4 + 2HOH ⇆ 2Al(OH) 3 + H 2 SO 4.

예 8.3분자 및 이온 분자 형태로 암모늄 오르토 인산염의 가수 분해 반응 방정식을 작성하십시오. 용액의 pH 지정(pH>7, pH<7 или pH=7).

1. 염 해리 방정식: (NH 4) 3 PO 4 ® 3NH 4 + + PO 4 3–

2. 소금이 형성된다 약한 염기의 양이온(NH 4 +) NH4OH 및 음이온

(PO 4 3–) 약산 H3PO4. 따라서, 염은 양이온과 음이온을 모두 가수분해 : NH 4 + + PO 4 3– +HOH ⇆ … ( NH 4 + 및 PO 4 3- 이온 쌍당 이 경우 1 HOH 분자가 기록됨 ). 양으로 하전된 NH 4 + 이온은 음으로 하전된 OH - 이온과 결합하여 HOH 분자에서 분리되어 약한 염기 NH 4 OH를 형성하고 음으로 하전된 PO 4 3- 이온은 H + 이온과 결합하여 인산 수소 이온 HPO 4 2 –:

NH 4 + + PO 4 3– + HOH ⇆ NH 4 OH + HPO 4 2– .

이것은 가수분해(NH 4 ) 3 PO 4 의 첫 번째 단계의 이온-분자 방정식입니다.

4. 분자 형태의 가수분해의 첫 번째 단계의 방정식은 방정식에 존재하는 음이온(PO 4 3-, HPO 4 2-)을 양이온 NH 4 +와 연결하여 염(NH 4) 3 PO 4를 형성함으로써 얻을 수 있습니다. , (NH 4 ) 2 HPO 4:

(NH 4 ) 3 PO 4 + HOH ⇆ NH 4 OH + (NH 4) 2 HPO 4.

5. 첫 번째 단계의 가수 분해 결과 NH 4 + 양이온과 함께 가수 분해의 두 번째 단계에 참여하는 수소 인산염 음이온 HPO 4 2-가 형성되었습니다.

NH 4 + + HPO 4 2– + HOH ⇆ NH 4 OH + H 2 PO 4 –

(NH 4 + 이온은 OH - 이온, HPO 4 2- 이온 - H + 이온에 결합하여 HOH 분자에서 분리하여 약한 염기 NH 4 OH 및 인산이수소 이온 H 2 PO 4 -를 형성합니다.)

6. 분자 형태의 가수분해의 두 번째 단계의 방정식은 NH 4 + + HPO 4 2– + HOH ⇆ NH 4 OH + H 2 PO 4 – 방정식에 존재하는 음이온을 연결하여 얻을 수 있습니다(HPO 4 2– 및 H 2 PO 4 –) NH 4 + 양이온과 함께 염 (NH 4 ) 2 HPO 4 및 NH 4 H 2 PO 4 형성:

(NH 4 ) 2 HPO 4 + HOH ⇆ NH 4 OH + NH 4 H 2 PO 4.

7. 두 번째 가수 분해 단계의 결과로 NH 4 + 양이온과 함께 가수 분해의 세 번째 단계에 참여하는 디하이드로 포스페이트 음이온 H 2 PO 4 -가 형성되었습니다.

NH 4 + + H 2 PO 4 - + HOH ⇆ NH 4 OH + H 3 PO 4

(NH 4 + 이온은 OH - 이온에 결합하고 H 2 PO 4 - 이온은 H + 이온에 결합하여 HOH 분자에서 분리하고 약한 전해질 NH 4 OH 및 H 3 PO 4를 형성합니다).

8. 분자 형태의 가수 분해의 세 번째 단계의 방정식은 H 2 PO 4 방정식에 존재하는 NH 4 + + H 2 PO 4 - + HOH ⇆ NH 4 OH + H 3 PO 4 음이온을 연결하여 얻을 수 있습니다. NH 4 + 양이온 및 염 NH 4 H 2 PO 4 형성:

NH 4 H 2 PO 4 + HOH ⇆ NH 4 OH + H 3 PO 4.

이러한 고려의 결과로 다음과 같은 가수분해 방정식을 얻습니다.

NH 4 + +PO 4 3– +HOH ⇆ NH 4 OH+HPO 4 2– (NH 4) 3 PO 4 +HOH ⇆ NH 4 OH+(NH 4) 2 HPO 4

NH 4 + +HPO 4 2– +HOH ⇆ NH 4 OH+H 2 PO 4 – (NH 4) 2 HPO 4 +HOH ⇆ NH 4 OH+NH 4 H 2 PO 4

NH 4 + +H 2 PO 4 - +HOH ⇆ NH 4 OH + H 3 PO 4 NH 4 H 2 PO 4 + HOH ⇆ NH 4 OH + H 3 PO 4.

가수분해 과정은 주로 첫 번째 단계에서 진행되므로 양이온과 음이온 모두에 의해 가수분해되는 염 용액의 매질 반응은 가수분해의 첫 번째 단계에서 형성된 약한 해리성 전해질 중 어느 것이 더 강한지에 의해 결정됩니다. . 고려중인 경우

NH 4 + + PO 4 3– + HOH ⇆ NH 4 OH + HPO 4 2–

HPO 4 2- 이온이 NH 4 OH보다 약한 전해질이기 때문에 매질의 반응은 알칼리성(pH> 7)이 될 것입니다. KNH 4 OH = 1.8 10 –5 > KHPO 4 2– = K III H 3 PO 4 = 1.3 × 10 -12 (HPO 4 2- 이온의 해리는 세 번째 단계에서 H 3 PO 4의 해리이므로 KHPO 4 2- \u003d K III H 3 PO 4).

작업 번호 10

염의 가수 분해 반응에 대한 방정식을 분자 및 이온 분자 형태로 작성하십시오 (표 10). 용액의 pH 지정(pH>7, pH<7 или pH=7).

표 10 - 태스크 번호 10의 조건

표 10 계속

서지

1. 루리, 유유. 분석화학 핸드북 / Yu.Yu. 루리. - M.: 화학, 1989. - 448 p.

2. 라비노비치, V.A. 간략한 화학 참고서 / V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin - L.: Chemistry, 1991. - 432 p.

3. Glinka, N.L. 일반화학 / N.L. 글린카; 에드. V.A. 라비노비치. – 26판. - L.: 화학, 1987. - 704 p.

4. 글링카, N.L. 일반 화학의 과제 및 연습: 대학 교과서 / N.L. 글린카; 에드. V.A. 라비노비치와 H.M. 루비나 - 22판. - L : 화학, 1984. - 264 p.

5. 일반 및 무기 화학: 기술 전문 학생을 위한 강의 노트: 2시간 이내 / Mogilev State University of Food; 인증.-통계. V.A. 오고로드니코프. - Mogilev, 2002. - 파트 1: 화학의 일반적인 질문. – 96쪽

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편집자: Ogorodnikov Valery Anatolyevich

편집자 T.L. Mateusz

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