Химия · 10 класс2 четвертьТема 4Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Растворы электролитов: ионное произведение воды, pH и гидролиз солей

Растворы электролитов: ионное произведение воды, pH и гидролиз солей

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ2 четвертьдескрипторы ГОСО

Вода является амфотерным слабым электролитом и подвергается ничтожному самоионизации (автопротолизу):

H₂O + H₂O ⇄ H₃O⁺ + OH⁻ (или упрощенно: H₂O ⇄ H⁺ + OH⁻).

При температуре 25 °C концентрации катионов водорода и гидроксид-анионов в чистой воде равны:

[H⁺] = [OH⁻] = 1.0 · 10⁻⁷ моль/л.

Ионное произведение воды (Kw) — постоянная при данной температуре величина:

Kw = [H⁺] · [OH⁻] = 10⁻⁷ · 10⁻⁷ = 1.0 · 10⁻¹⁴ (при 25 °C).

Датский химик Сёренсен в 1909 году предложил водородный показатель (pH):

pH=−lg[H+];pOH=−lg[OH−];pH+pOH=14pH = -lg [H^+];\quad pOH = -lg [OH^-];\quad pH + pOH = 14.

• Нейтральная среда: [H⁺] = 10⁻⁷ М -> pH = 7.0;

• Кислая среда: [H⁺] > 10⁻⁷ М -> pH < 7.0 (для 0.01 М HCl: pH = -lg(10⁻²) = 2.0);

• Щелочная среда: [H⁺] < 10⁻⁷ М ([OH⁻] > 10⁻⁷) -> pH > 7.0 (для 0.01 М NaOH: pOH = 2 -> pH = 12.0).

Схема: Ионное произведение воды K_w = 10⁻¹⁴, шкала pH и гидролиз солей

Векторная схема
03.57.0 (Нейтрально)10.514КИСЛАЯ СРЕДА ([H⁺] > [OH⁻])ЩЕЛОЧНАЯ СРЕДА ([OH⁻] > [H⁺])Окраска индикаторов в средахЛакмус:Красный (кислая)Фиолетовый (нейтр.)Синий (щелоч.)Метилоранж:Розовый (кислая)Оранжевый (нейтр.)Желтый (щелоч.)Фенолфталеин:БесцветныйБесцветныйМалиновый (щелоч.)
pH = -lg[H⁺], pOH = -lg[OH⁻], pH + pOH = 14; 4 типа солей и среды растворов (кислая, щелочная, нейтральная).
Фундаментальная константа

Ионное произведение воды Kw

Произведение молярных концентраций [H⁺][OH⁻] = 10⁻¹⁴ при 25 °C во всех водных растворах.
Шкала кислотности

Шкала pH Сёренсена

Отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода: pH = -lg[H⁺].

Температурная зависимость Kw

Диссоциация воды эндотермична (+57 кДж), поэтому при 100 °C Kw = 5.5 · 10⁻¹³, а нейтральный pH равен 6.13, а не 7.0!

Шаг 1
Определение типа электролита
Если сильная одноосновная кислота: [H⁺] = cкисл; если щелочь: [OH⁻] = cщел.
Шаг 2
Расчет pH для кислоты
Вычислить pH = -lg [H⁺].
Шаг 3
Расчет pH для щелочи
Найти pOH = -lg [OH⁻] и затем pH = 14 - pOH.
Связь pH и pOH
pH=−lg⁡[H+];pOH=−lg⁡[OH−];pH+pOH=14\text{pH} = -\lg[\text{H}^+];\quad \text{pOH} = -\lg[\text{OH}^-];\quad \text{pH} + \text{pOH} = 14
Изменение pH на 1 единицу означает изменение концентрации ионов водорода ровно в 10 раз!
Раздел 2 из 5

Гидролиз солей — это взаимодействие ионов соли с молекулами воды, приводящее к образованию слабого электролита и изменению кислотности среды (pH ≠ 7).

Гидролизу подвергаются соли, содержащие ион слабого электролита (катион слабого основания или анион слабой кислоты). В зависимости от природы катиона и аниона различают 4 случая:

1. Соль слабого основания и сильной кислоты (NH₄Cl, CuCl₂, FeSO₄, Al(NO₃)₃):

Гидролиз идет по катиону. В растворе накапливаются ионы H⁺ -> среда кислая (pH < 7):

NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃·H₂O + H⁺ (лакмус красный).

2. Соль сильного основания и слабой кислоты (CH₃COONa, Na₂CO₃, K₂S, K₃PO₄):

Гидролиз идет по аниону. В растворе накапливаются ионы OH⁻ -> среда щелочная (pH > 7):

CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻ (фенолфталеин розовый).

3. Соль слабого основания и слабой кислоты (CH₃COONH₄, (NH₄)₂CO₃):

Гидролиз идет и по катиону, и по аниону. Среда близка к нейтральной (pH зависит от соотношения Ka и Kb).

4. Соль сильного основания и сильной кислоты (NaCl, KNO₃, BaCl₂, Na₂SO₄):

ГИДРОЛИЗУ НЕ ПОДВЕРГАЕТСЯ! Среда строго нейтральная (pH = 7.0).

Ионное равновесие

Гидролиз по катиону

Связывание OH⁻ воды катионом слабого основания с накоплением ионов H⁺ (pH < 7).
Ионное равновесие

Гидролиз по аниону

Связывание H⁺ воды анионом слабой кислоты с накоплением гидроксид-ионов OH⁻ (pH > 7).

Необратимый совместный гидролиз

При смешивании солей Al³⁺ (или Cr³⁺, Fe³⁺) с растворами карбонатов CO₃²⁻ или сульфидов S²⁻ происходит полный необратимый взаимный гидролиз с выпадением осадка Al(OH)₃↓ и выделением газов CO₂↑ или H₂S↑.

Шаг 1
Анализ катиона и аниона
Определить, каким основанием и какой кислотой образована соль.
Шаг 2
Поиск слабой составляющей
Слабая часть гидролизуется (связывает составную часть воды).
Шаг 3
Определение среды и pH
Среду диктует сильный родитель: сильная кислота -> pH < 7; сильное основание -> pH > 7.
Константа гидролиза Kh
Kh=KwKслабого электролитаK_h = \frac{K_w}{K_{\text{слабого электролита}}}
Чем слабее кислота или основание (чем меньше Ka или Kb), тем сильнее гидролизуется их соль.

Гидролиз большинства солей в обычных условиях является обратимым процессом, протекающим в незначительной степени (h обычно составляет доли процента).

Степень гидролиза h — это отношение числа гидролизованных формульных единиц соли к их общему числу в растворе:

h = cгидролиз / cобщ.

Степень гидролиза соли сильного основания и слабой кислоты связана с константой гидролиза формулой Оствальда: h = √(Kh / cсоли).

Факторы, смещающие равновесие гидролиза:

1. Температура: гидролиз — эндотермический процесс (обратный экзотермической нейтрализации: ΔH > 0), поэтому НАГРЕВАНИЕ РЕЗКО УСИЛИВАЕТ ГИДРОЛИЗ;

2. Разбавление водой: добавление воды снижает концентрацию cсоли, что согласно закону разбавления увеличивает степень гидролиза h;

3. Изменение кислотности: добавление кислоты подавляет гидролиз по катиону и усиливает гидролиз по аниону; добавление щелочи действует противоположно.

Глубина гидролиза

Степень гидролиза h

Доля гидролизованной соли: h = √(Kh / c). Возрастает при разбавлении и нагревании.
Управление процессом

Подавление гидролиза

Для хранения растворов солей Fe³⁺, Sn²⁺, Bi³⁺ к ним добавляют концентрированную кислоту.

Сода в быту

Раствор пищевой соды NaHCO₃ и кальцинированной соды Na₂CO₃ мыльный и щелочной именно из-за гидролиза по аниону CO₃²⁻.

Шаг 1
Вычисление Kh
Разделить Kw = 10⁻¹⁴ на табличную константу диссоциации слабой кислоты Ka.
Шаг 2
Вычисление степени h
Извлечь корень квадратный из Kh/c: h = √(Kh/c).
Шаг 3
Нахождение [OH⁻] и pH
Найти [OH⁻] = h · c, вычислить pOH и pH = 14 - pOH.
Формула степени гидролиза соли
h=Khc=KwKa⋅ch = \sqrt{\frac{K_h}{c}} = \sqrt{\frac{K_w}{K_a \cdot c}}
Позволяет рассчитать точный pH раствора соли любой концентрации c.

Пошаговый анализ катиона и аниона соли:

Шаг 1
Идентификация катиона (основание)
Образован сильным основанием (щелочью: Na⁺, K⁺, Ba²⁺, Ca²⁺) или слабым основанием (NH₄⁺, Fe²⁺, Al³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺)?
Шаг 2
Идентификация аниона (кислота)
Образован сильной кислотой (Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻, Br⁻, I⁻) или слабой кислотой (S²⁻, CO₃²⁻, SO₃²⁻, CH₃COO⁻, PO₄³⁻, F⁻)?
Шаг 3
Определение гидролиза и среды
• Соль сильного основания и слабой кислоты (Na₂CO₃): гидролиз по аниону, среда ЩЕЛОЧНАЯ (pH > 7); • Соль слабого основания и сильной кислоты (NH₄Cl): гидролиз по катиону, среда КИСЛАЯ (pH < 7); • Соль сильного основания и сильной кислоты (NaCl): гидролизу НЕ подвергается, среда НЕЙТРАЛЬНАЯ (pH = 7); • Соль слабого основания и слабой кислоты (CH₃COONH₄): гидролиз по катиону и аниону, среда близка к нейтральной.

Любимый вопрос ЕНТ повышенной сложности:

«Что образуется при сливании растворов хлорида алюминия AlCl₃ и сульфида натрия Na₂S?»

Ловушка:

Ученики пишут реакцию обмена: 2AlCl₃ + 3Na₂S → Al₂S₃↓ + 6NaCl.

В таблице растворимости у Al₂S₃ стоит прочерк «—» (вещество разлагается водой)!

Реальность: происходит ВЗАИМНОЕ УСИЛЕНИЕ ГИДРОЛИЗА ДО КОНЦА (необратимый гидролиз) с участием воды:

2AlCl₃ + 3Na₂S + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓(белый осадок) + 3H₂S↑(газ) + 6NaCl!

Вместо сульфида алюминия выпадает гидроксид алюминия и выделяется сероводород!

Необратимый совместный гидролиз

При совместном гидролизе солей Al³⁺, Cr³⁺, Fe³⁺ с карбонатами или сульфидами всегда выпадает гидроксид металла в осадок и выделяется газ (CO₂ или H₂S)!

Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул10 класс
Закон Гесса:
ΔHреакции0=∑nΔHf0(продуктов)−∑mΔHf0(реагентов)\Delta H^0_{реакции} = \sum n \Delta H^0_f (продуктов) - \sum m \Delta H^0_f (реагентов)[кДж/моль]
Энергия Гиббса реакции:
ΔG0=ΔH0−T⋅ΔS0\Delta G^0 = \Delta H^0 - T \cdot \Delta S^0[кДж/моль]
Закон действующих масс Гульдберга — Вааге:
v=k⋅[A]a⋅[B]bv = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b[моль/(л·с)]
Правило Вант-Гоффа:
v2/v1=γ(T2−T1)/10v_2 / v_1 = \gamma^{(T_2 - T_1) / 10}
Следующая тема

Буферные растворы и протолитическая теория кислот и оснований Брёнстеда — Лоури

Перейти к теме →