Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
NH2-(P) + Н20(ж) NH3(P) + OHT(P)
достаточно полно протекает в прямом направлении.
Взаимодействие кислоты и основания представляет собой реакцию нейтрализации. Реакция нейтрализации между сильной кислотой HBr и сильным основанием NaOH, которая описывается уравнением в ионной форме
Н+(р) + Br-(P) + Na""(p) + ОН-(р) -> Na+(P) + Br"(p) + Н20(ж)
или сокращенным ионным уравнением
H+(P) + ОН-(р) ->Н20(ж),
практически полностью протекает в прямом направлении. Если раствор содержал ионы H+ и ОН" в эквивалентных количествах, то после реакции нейтрализации среда раствора оказывается нейтральной.
Однако раствор не становится нейтральным, если в реакции нейтрализации участвуют эквивалентные количества слабой кислоты и сильного основания или сильной кислоты и слабого основания.
Допустим, взаимодействует слабая уксусная кислота CH3COOH и сильное основание КОН. Реакция их нейтрализации описывается уравнением в ионной форме:
CH3COOH(P)+ Na+(p)+ OH-(P) *=* Na+(p) + СН3СОО-(р) + Н20(ж), или сокращенным ионным уравнением:
СН3СООН(р)+ OH-(P) =F=fe CH3COO-(P)+ Н20(Ж).
Ацетат-ион CH3COO- представляет собой сопряженное основание слабой уксусной кислоты, и поэтому его основные свойства должны быть выражены достаточно сильно. Ионы СН3СОО~ способны отнимать протоны от воды, что должно приводить к образованию ионов ОН". После реакции нейтрализации среда раствора остается щелочной.
Проведем аналогичный анализ реакции нейтрализации сильной кислоты HBr и слабого основания NH3, которая выражается уравнением в ионной форме:
104
В.В. Вольхин. Общая химия
Н+(р) + ВГ(р, + NH3(P) NH4+(P) + ВГ(р)
или сокращенным ионным уравнением:
Н+(р)+ NH3(P) =*=*= NH4+(P).
Ион аммония NH4+ является сопряженной сильной кислотой слабого основания NH3 и как кислота стремится к отщеплению протонов. Поэтому после реакции нейтрализации среда раствора остается кислой.
Рассмотрим также вариант реакции нейтрализации между слабой кислотой и слабым основанием
CH3COOH(P) + NH3(P) =3==*= NH4+(р)+ CH3COO-(P).
Поскольку в данной конкретной реакции взаимодействуют примерно равные по силе слабая кислота и слабое основание, то после реакции нейтрализации среда раствора становится близкой к нейтральной.
Константа кислотности Кк и константа основности K0. Они количественно характеризую силу слабых кислот и слабых оснований.
Слабые кислоты только частично ионизируются в водных растворах. Реакция ионизации уксусной кислоты:
CH3COOH(P) + H2O0K) H3O+ (р) + CH3COO-(P).
Равновесие реакции характеризуется концентрационной константой равновесия, которая в данном варианте называется константой кислотности Кк и выражается уравнением
К - [H3O+][CH3COO-] к [CH3COOH]
Величина [H2O] не входит в выражение константы кислотности, т.к. в ходе реакции ионизации слабой кислоты она остается практически постоянной. Поскольку концентрация воды не влияет на величину Кк (активность воды принимается равной единице), то уравнение ионизации кислоты можно упростить и записать в виде
CH3COOH(P) H+(р)+ CH3COO-(P).
и отсюда
к _ [И4[CH3COQ-] ,с [CH3COOH]
Оба выражения Кк можно рассматривать как идентичные друг другу. К такому же выводу можно прийти, если на процесс ионизации кислоты взглянуть с термодинамической точки зрения.
В общем виде процесс ионизации описывается уравнением
НА(р)+ H2O0K) H3O+(р)+ А(р), К0).
Ионные равновесия в растворах
105
Разделим процесс ионизации условно на две стадии:
НА(р)
Н+(Р)+ Н20(Ж)
Н+(Р) + А~(Р)>
H3O-(P)1
К0У
В термодинамике принято считать, что ЛГ(3) = 1. Отсюда следует, что /Q11 = /?, и это позволяет принять
Приведенное равенство учитывает и тот факт, что в растворе образуются не только простые ионы гидрония (гидроксония) типа H3O+, но и более сложные по составу - H(H2O)+ , где a ? I.
Из сказанного следует: константа кислотности есть константа равновесия реакции ионизации (диссоциации) слабой кислоты Кк.
Значения Кк для ряда слабых кислот приведены в приложении 11. Наряду со значениями Кк в справочной литературе нередко приводятся значения рКк = - log Кк. Так, для CH3COOH Кк = 1,70-10"5 и рКк = 4,77. Поскольку сильные кислоты практически полностью ионизированы в водных растворах, то значения Кк оказываются очень большими по величине, трудно поддаются измерению и в справочной литературе обычно не приводятся.
Значения Кк слабых кислот определяют экспериментально. Для этого используют два метода. Согласно одному из них в начале определяют степень ионизации кислоты (процент ионизации), измеряя какое-либо коллигативное свойство раствора, т.е. свойство обусловленное концентрацией частиц растворенного вещества. Затем, зная степень ионизации и моляльную (или молярную) концентрацию раствора, вычисляют значения Кк. Другой метод основан на измерении pH раствора слабой кислоты, что позволяет вычислить значение Кк. Рассмотрим методы вычисления Кк более детально на конкретных примерах.
Пример 3.1. Установлено, что для 0,010 M раствора CH3COOH степень ионизации составляет 4,2 % (25 °С). Определим величину Кк уксусной кислоты.
Решение, Ионизация уксусной кислоты происходит в соответствии с уравнением реакции
