DAMOO

Химия · ҰБТ 2026 · 03. Химиялық реакциялардың энергетикасы

Электролиттер ерітінділеріндегі иондық тепе-теңдіктер. Тұздар гидролизі

Тестті бастау

Тест тапсыру үшін жүйеге кіру немесе тіркелу керек.

Конспект

Оқулықтық тірек

Негізгі ұғымдар

  • Электролиттік диссоциация — электролиттің суда еру немесе балқу кезінде иондарға ыдырауы; теорияны С. Аррениус 1887 жылы ұсынған.
  • Диссоциациялану дәрежесі $\alpha = n/N$ (ыдыраған бөлшектер / барлық еріген бөлшектер); сұйылтқанда $\alpha$ артады.
  • Ион алмасу реакциясы соңына дейін жүреді, егер тұнба, газ немесе әлсіз электролит (су) түзілсе.
  • Гидролиз — тұздың сумен алмасу реакциясы; ерігіш тұздар ғана гидролизденеді, процесс қайтымды.
  • Судың иондық көбейтіндісі $K_w = [H^+][OH^-] = 10^{-14}$ (25 °C); $pH = -\lg[H^+]$.

Теория

Электролиттік диссоциация теориясының қағидалары

  1. Электролиттер суда немесе балқымада оң және теріс иондарға ыдырайды. Иондар жай ($Na^+$, $Br^-$, $S^{2-}$) және күрделі ($OH^-$, $CO_3^{2-}$, $NH_4^+$); түссіз ($K^+$, $Ca^{2+}$) және түсті ($Cu^{2+}$ — көгілдір, $Fe^{3+}$ — қоңыр, $MnO_4^-$ — таңқурай түсті).
  2. Иондар атомдардан электрондық құрылысы бойынша ерекшеленеді, сондықтан қасиеттері де басқа: $Na$ атомы белсенді, $Na^+$ ионы сумен әрекеттеспейді; $Cl_2$ — улы газ, $Cl^-$ — түссіз, улы емес.
  3. Ток әсерінен катиондар катодқа, аниондар анодқа қозғалады.
  4. Электролиттер күшті және әлсіз болады; $\alpha$ заттың табиғатына, концентрацияға, температураға тәуелді.
  5. Диссоциация қайтымды: $HNO_2 \rightleftharpoons H^+ + NO_2^-$.
  6. Электролит ерітінділерінің химиялық қасиеттерін олардың иондары анықтайды.

Электролиттердің жіктелуі

Түрі $\alpha$ Мысалдар
Күшті $> 30\%$ $H_2SO_4$, $HCl$, $HNO_3$, $HI$; барлық сілтілер ($KOH$, $NaOH$, $Ba(OH)_2$); ерігіш тұздар
Орташа $3$–$30\%$ $H_3PO_4$, $HNO_2$
Әлсіз $< 3\%$ $H_2CO_3$, $HF$, $H_2S$; $Fe(OH)_2$, $Mg(OH)_2$, $NH_4OH$; су; $CaSO_4$, $PbBr_2$

Ион алмасу реакциялары. $KCl + Na_2SO_4$ — барлық иондар қысқарады, реакция жүрмейді. Жүретін реакциялар:

  • тұнба: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} = BaSO_4\downarrow$;
  • газ: $2H^+ + S^{2-} = H_2S\uparrow$ (шіріген жұмыртқа иісі);
  • су: $H^+ + OH^- = H_2O$ — бейтараптану; оның жылу эффектісі 1 моль сілтіге шамамен 57 кДж.

Тұздар гидролизі (әр металл ионына немесе қышқыл қалдығына бір су молекуласы)

Тұз түзген Мысал Иондық теңдеу Орта
Күшті негіз + әлсіз қышқыл $K_2CO_3$ $CO_3^{2-} + HOH \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$ сілтілік, $pH > 7$
Әлсіз негіз + күшті қышқыл $ZnCl_2$ $Zn^{2+} + HOH \rightleftharpoons ZnOH^+ + H^+$ қышқылдық, $pH < 7$
Әлсіз негіз + әлсіз қышқыл $Al_2S_3$ $Al_2S_3 + 6HOH = 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow$ толық, қайтымсыз
Күшті негіз + күшті қышқыл $NaCl$, $KNO_3$, $BaCl_2$ гидролиз жоқ бейтарап, $pH = 7$

Молекулалық түрі: $K_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons KHCO_3 + KOH$; $ZnCl_2 + H_2O \rightleftharpoons ZnOHCl + HCl$. $FeCl_3$: $Fe^{3+} + HOH \rightleftharpoons FeOH^{2+} + H^+$. Ерігіштік кестесінде сызықшамен белгіленген тұздар суда толық гидролизденеді. Есте сақтау ережесі: «қайсысы күшті, ортаны сол анықтайды». Тәжірибеде: $KCl$, $NaNO_3$ — $pH = 7$; $Na_2CO_3$, $Na_2S$ — $pH > 7$; $AlCl_3$ — $pH < 7$.

Судың иондық көбейтіндісі және pH. Су — әлсіз электролит: $H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-$. Таза суда $[H^+] = [OH^-] = 10^{-7}$ моль/л. Қышқыл қосса $[H^+]$ артып, $[OH^-]$ кемиді, көбейтінді өзгермейді. Күшті қышқылда $[H^+] \approx C$, күшті негізде $[OH^-] \approx C$.

Буферлі ерітінділер иондық тепе-теңдік арқылы pH-ты сақтайды. Ацетатты буфер ($CH_3COOH + CH_3COONa$): қышқыл қосқанда $CH_3COO^- + H^+ \rightarrow CH_3COOH$; сілті қосқанда $CH_3COOH + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + H_2O$. Аммиакты буфер: $NH_3 + NH_4Cl$. Қандағы буфер: $H_2CO_3/HCO_3^-$. Буферлік сыйымдылық шектеулі.

Диссоциациялану константасы. $HA \rightleftharpoons H^+ + A^-$ үшін: $K = \dfrac{[H^+][A^-]}{[HA]}$. Оствальд заңы: $K = \dfrac{\alpha^2 c}{1-\alpha}$; $\alpha \ll 1$ болса, $\alpha \approx \sqrt{K/c}$. Әлсіз қышқыл үшін $[H^+] \approx \sqrt{K c}$, $pH = -\lg[H^+]$. Түйіндес жұп үшін $K_a K_b = K_w = 10^{-14}$, сондықтан гидролиз константасы $K_h = K_w/K_a$.

Сатылы гидролиз. Бірінші саты басым: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$; екінші саты ($HCO_3^- + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^-$) аз мөлшерде жүреді.

Гидролиз дәрежесі $h$ — гидролизденген тұз мөлшерінің еріген тұздың жалпы мөлшеріне қатынасы. Концентрациясы $C$ тұз үшін $K_h = \dfrac{C h^2}{1-h}$; $h \ll 1$ болса, $h \approx \sqrt{K_h/C}$, яғни сұйылтқанда $h$ артады.

Қышқыл тұздар. $NaHCO_3$ ерітіндісі әлсіз сілтілік: $HCO_3^- + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^-$. Ал $NaHSO_4$ ерітіндісі қышқылдық, бірақ себебі гидролиз емес, $HSO_4^-$ ионының диссоциациясы: $HSO_4^- + H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + SO_4^{2-}$.

Формулалар / ережелер

$\alpha = \frac{n}{N}, \qquad K_w = [H^+][OH^-] = 10^{-14}$ $pH = -\lg[H^+], \qquad pOH = -\lg[OH^-], \qquad pH = 14 - pOH$

Мысалдар

  1. 200 молекуланың 20-сы ыдырады. $\alpha$? $\alpha = 20/200 = 0{,}1 = 10\%$.
  2. $\alpha = 80\%$, 60 молекула ыдырады. Барлығы қанша? $N = 60 / 0{,}8 = 75$; ыдырамағаны $75 - 60 = 15$.
  3. 0,001 М $NaOH$ ерітіндісінің pH-ы? $[OH^-] = 10^{-3}$, $pOH = 3$, $pH = 14 - 3 = 11$ — сілтілік орта. Ал 0,01 М $HCl$: $pH = 2$.
  4. $NaBr$, $FeSO_4$, $Na_2S$, $AlCl_3$ ерітінділерінің ортасы? $NaBr$ — бейтарап (гидролиз жоқ); $FeSO_4$, $AlCl_3$ — қышқылдық (катион бойынша); $Na_2S$ — сілтілік (анион бойынша).

ҰБТ-дағы жиі қателер

  • Ерімейтін немесе аз еритін тұздарды гидролизденеді деп есептейді; гидролизге ерігіш тұздар ұшырайды.
  • Күшті қышқыл мен күшті негізден түзілген тұздарды ($NaCl$, $KNO_3$) гидролизденеді деп ойлайды.
  • Ортаны тұздың құрамындағы әлсіз бөлікпен анықтайды; ортаны күшті бөлік береді ($K_2CO_3$ — сілтілік).
  • Су мен $CH_3COOH$-ты күшті электролит деп таниды; суда $55$ млн молекуланың біреуі ғана ыдырайды.
  • Сілті үшін бірден $pH = -\lg C$ деп есептейді; алдымен $pOH$, сосын $pH = 14 - pOH$.

Өзіңді тексер

  1. Электролиттік диссоциация теориясын кім және қашан ұсынды? — С. Аррениус, 1887 ж.
  2. Ион алмасу реакциясы қандай жағдайда соңына дейін жүреді? — Тұнба, газ немесе су (әлсіз электролит) түзілсе.
  3. $Cu(NO_3)_2$ ерітіндісінде лакмус қандай түске боялады? — Қызыл (қышқылдық орта).
  4. $[H^+] = 10^{-3}$ моль/л болса, $[OH^-]$ неге тең? — $10^{-11}$ моль/л.
  5. $Al_2S_3$ гидролизінің өнімдері? — $Al(OH)_3\downarrow$ және $H_2S\uparrow$, гидролиз толық.