7.8: Кислотно-лужні властивості солей

Last updated
Save as PDF

Page ID: 106224

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Солі при розміщенні у воді часто вступають в реакцію з водою з утворенням Н ₃ О ⁺ або ОН ^-. Це відоме як реакція гідролізу. Виходячи з того, наскільки сильний іон діє як кислота або основа, він буде виробляти різний рівень рН. Коли вода і солі реагують, існує багато можливостей завдяки різній структурі солей. Сіль може бути виготовлена або зі слабкої кислоти і міцної основи, сильної кислоти і слабкої основи, сильної кислоти і міцної основи, або слабкої кислоти і слабкої основи. Реагенти складаються з солі та води, а сторона продуктів складається з кон'югатної основи (з кислоти реакційної сторони) або кон'югатної кислоти (з основи реакційної сторони). У цьому розділі хімії ми обговорюємо значення рН солей виходячи з декількох умов.

Коли розчин солі основний або кислий?

Існує кілька керівних принципів, які підсумовують результат:

Солі, що знаходяться з сильних підстав і сильних кислот, не гідролізуються. РН залишиться нейтральним на рівні 7. Галогеніди та лужні метали дисоціюють і не впливають на Н ⁺, оскільки катіон не змінює H ⁺, а аніон не притягує Н ⁺ з води. Саме тому NaCl є нейтральною сіллю. Загалом: Солі, що містять галогеніди (крім F ^-) і лужний метал (крім ^{Be 2} ⁺) будуть дисоціювати на глядацькі іони.
Солі, що знаходяться з сильних підстав і слабких кислот, дійсно гідролізуються, що дає йому рН більше 7. Аніон в солі походить від слабкої кислоти, швидше за все органічної, і прийме протон з води в реакції. Це призведе до того, що вода буде діяти як кислота, яка в цьому випадку залишатиме гідроксидний іон (ОН ^-). Катіон буде від сильної основи, тобто від лужних або лужноземельних металів і, як і раніше, він буде дисоціювати на іон і не впливати на Н ⁺.
Солі слабких підстав і сильні кислоти дійсно гідролізуються, що дає йому рН менше 7. Це пов'язано з тим, що аніон стане глядацьким іоном і не зможе притягнути H ⁺, в той час як катіон зі слабкого підстави пожертвує протон воді, утворюючи іон гідронію.
_{Солі зі слабкої основи і слабкої кислоти також гідролізуються, як і інші, але трохи складніше і зажадають _{врахування К а і К б}.} Якою б не була сильніша кислота буде домінуючим фактором у визначенні, чи є вона кислою чи основною. Катіон буде кислотою, а аніон буде основою і утворюватиме або утворює іон гідронію або гідроксид-іон залежно від того, який іон легше реагує з водою.

Солі поліпротових кислот

Не лякайтеся солей поліпротових кислот. Так, вони більші і «badder», ніж більшість інших солей. Але вони можуть бути оброблені точно так само, як і інші солі, тільки з трохи більше математики. Перш за все, ми знаємо кілька речей:

Це все одно просто сіль. Всі правила зверху все ж діють. На щастя, оскільки ми маємо справу з кислотами, рН солі поліпротової кислоти завжди буде більше 7.
Так само, як поліпротові кислоти втрачають H ⁺ ступенево, солі поліпротових кислот набирають Н ⁺ таким же чином, але в зворотному порядку поліпротової кислоти.

Візьмемо для прикладу дисоціацію\(\ce{H2CO3}\), вугільну кислоту.

\[\ce{H2CO3(aq) + H2O(l) <=> H3O^{+}(aq) + HCO^{-}3(aq)} \nonumber\]

з\(K_{a1} = 2.5 \times 10^{-4} \)

\[\ce{HCO^{-}3(aq) + H2O(l) <=> H3O^{+}(aq) + CO^{2-}3(aq)} \nonumber \]

с\(K_{a2} = 5.61 \times 10^{-11}\).

Це означає, що при розрахунку значень для K _b СО ₃ ² ^-, K _b першої реакції гідролізу буде\(K_{b1} = \dfrac{K_w}{K_{a2}}\) так як піде в зворотному порядку.

Резюме властивостей кислотної основи солей
Тип рішення	Катіони	Аніони	рН
Кислий	Від слабких баз NH ₄ ⁺, Al ³ ⁺, Fe ³⁺	З сильних кислот: Cl ^-, Br ^-, I ^-, NO ₃ ^-, ClO ₄ ^-	< 7
Базовий	З сильних баз: Група 1 і Група 2, але не Be ²⁺	Від слабких кислот: F ^-, NO ₂ ^-, CN ^-, CH ₃ COO ^-	> 7
Нейтральний	З сильних баз: Група 1 і Група 2, але не Be ² ⁺.	З сильних кислот: Cl ^-, Br ^-, I ^-, NO ₃ ^-, ClO ₄ ^-	= 7

Питання

Передбачте, чи є pH кожної з наступних солей, поміщених у воду, кислим, основним або нейтральним.
1. NaoCl _(и)
2. KCN _(и)
3. NH ₄ НІ ₃ _(ів)

Знайти рН розчину 0,200 М NH ₄ NO ₃ де (К _а = 1,8 * 10 ^-5).
Знайти рН розчину 0,200 М Na ₃ РО ₄ де (К _а ₁ = 7,25* 10 ^-5, К _а2 = 6,31* 10 ^-8, К _а3 = 3,98 * 10 ^-3).

Відповіді

Іони присутні Na ⁺ і OCl ^- як показано наступною реакцією:

\(NaOCl _{(s)} \rightarrow Na^+_{(aq)} + OCl^-_{(aq)}\)

Поки Na ⁺ не буде гідролізуватися, oCl ^- буде (пам'ятайте, що це сполучена основа HoCl). Він виступає в якості основи, приймаючи протон з води.

\(OCl^-_{(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons HOCl_{(aq)} + OH^-_{(aq)}\)

Na ⁺ виключається з цієї реакції, оскільки вона є глядацьким іоном.

Тому при виробництві ОН ^- це викличе основний розчин і підніме рН вище 7.

\(pH>7\)

KCN _(и) буде дисоціювати на K ⁺ _(aq) і CN ^_ _(aq) наступною реакцією:

\[KCN_{(s)}\rightarrow K^+_{(aq)} + CN^-_{(aq)}\]

K ⁺ не буде гідролізуватися, але CN ^- аніон буде притягувати H ⁺ подалі від води:

\[CN^-_{(aq)} + H_2O_{(l)}\rightleftharpoons HCN_{(aq)} + OH^-_{(aq)}\]

Оскільки ця реакція виробляє ОН ^-, отриманий розчин буде основним і викликати рН>7.

\(pH>7\)

NH ₄ NO ₃ _(s) буде дисоціювати на NH ₄ ⁺ і NO ₃ ^- наступною реакцією:

\[NH_4NO_{3(s)} \rightarrow NH^+_{4(aq)} + NO^-_{3(aq)}\]

Тепер NO ₃ ^- не приверне H ⁺, оскільки це, як правило, з сильної кислоти. Це означає, що K _b буде дуже маленьким. Однак NH ₄ ⁺ втратить електрон і діяти як кислота (NH ₄ ⁺ - це кон'югатна кислота NH ₃) наступною реакцією:

\[NH^+_{4(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons NH_{3(aq)} + H_3O^+_{(aq)}\]

Ця реакція виробляє іон гідронію, роблячи розчин кислим, знижуючи рН нижче 7.

\(pH<7\)

\(NH^+ _{4(aq)} + H_2O {(l)} \rightleftharpoons NH_{3(aq)} + H_3O_{(aq)}\)

\(\dfrac{x^2}{0.2-x} = \dfrac{1*10^{-14}}{1.8 \times 10^{-5}}\)

\(x = 1.05*10^-5 M = [H_3O^+]\)

\(pH = 4.98\)

\(PO^3-_{4(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons HPO^{2-}_{4(aq)} + OH^-_{(aq)}\)

Більшість гідроксид-іонів буде надходити з цього першого кроку. Так що тут буде виконано тільки перший крок. Щоб виконати інші кроки, дотримуйтесь того ж порядку цього розрахунку.

\[\dfrac{x^2}{0.2-x}=\dfrac{1*10^-14}{3.98 \times 10{-13}}\]

\[x = 0.0594 = [OH^-]\]

\[pH = 12.77\]

Практика Питання

Чому сіль, що містить катіон з міцної основи і аніон зі слабкої кислоти, утворюють основний розчин?
Чому сіль, що містить катіон зі слабкої основи і аніон з сильної кислоти, утворює кислий розчин?
Як значення K _a або K _b допомагають визначити, чи слабка кислота або слабка основа буде домінуючою рушійною силою реакції?

Відповіді на ці питання можна знайти в розділі прикріплених файлів внизу сторінки.

Посилання

Петруччі, Ральф Х., Вільям С. Харвуд, Ф. Оселедець, і Джеффрі Д. Мадура. Загальна хімія: принципи та сучасні застосування. 9-е видання. Верхня річка Сідло, Нью-Джерсі: Пірсон Прентіс Холл, 2007.
Тімберлейк, Карен С. Хімія 101 Вступна хімія. 2-е изд. Сан-Франциско: Освіта Пірсона, 2007. Друк.

Автори та атрибуція

Крістофер Ву (UCD), Крістіан Дауелл (UCD), Ніколь Хупер (UCD)