В) Гидролиз по катиону и аниону

Бинарные соли, образованные катионом слабого основания и анионом слабой кислоты, гидролизуются и по катиону и по аниону. Уравнение обратимой реакции гидролиза в ионном виде запишется:

Kt⁺ + An^- + H₂O Û KtOH + HАn

Константа гидролиза этого процесса равна:

(IV.22)

Вывод формул для вычисления К_гидр, h_гидр, [Н⁺], рН осуществляется аналогично ранее рассмотренным случаям.

1. Константа гидролиза - К_гидр

Для вывода формулы К_гидр преобразуем выражение (IV.22), введя в него табличные величины констант ионизации электролитов, образующихся при гидролизе. Для процессов ионизации слабых электролитов KtOH и HАn:

KtOН Û Kt⁺ + OH^- HАn Û Н⁺ + Аn^-

Константы ионизации соответственно равны:

(IV.23)

(IV.24)

Проведя преобразования как и в предыдущих случаях, получим:

(IV.25)

Подставив в выражение (IV.25) уравнения (IV.23) и (IV.24), записываем формулу, позволяющую вычислить константы гидролиза, используя табличные значения констант ионизации слабых электролитов, образующихся при гидролизе.

(IV.26)

Т.е. константа гидролиза солей, образованных катионом слабого основания и анионом слабой кислоты, равна отношению ионного произведения воды к произведению констант ионизации образующихся при гидролизе слабых электролитов.

2. Степень гидролиза - h_гидр

Как и в предыдущих случаях, подставим в уравнение для константы гидролиза (IV.22) концентрации прогидролизовавшейся части соли и той ее части, которая осталась непрогидролизованной, т.е.: [KtOH] = [HАn] = С_гидр = С_соли × h_гидр;

[Kt⁺] = [Аn^-] = С_соли - С_гидр. = С_соли - С_соли · h_гидр = С_соли (1 - h_гидр),

,

или после сокращения получим: , откуда

(IV.27)

По катиону и аниону соли гидролизуются в значительной степени и значением h_гидр в знаменателе пренебречь нельзя.

3. Концентрация ионов водорода [Н⁺] и рН растворов.

В результате реакции гидролиза рассматриваемого типа образуются слабое основание и слабая кислота:

Kt⁺ +An^- + Н₂O Û KtOH +HАn

Реакция среды в данном случае обусловлена сравнительной силой образующихся при гидролизе электролитов. Формулу для вычисления концентрации ионов водорода с точностью, достаточной для практических целей, можно вывести из уравнения для константы гидролиза (IV.22):

т.к. [KtOH] = [HАn], а [Kt⁺] = [An^-] = С_соли – [HАn] ≈ С_соли, то после подстановки этих величин в формулу (IV.22) и некоторых преобразований получим:

(IV.28)

Из уравнения для константы ионизации слабой кислоты HАn выразим равновесную концентрацию кислоты:

; ,

т.к. концентрация анионов в растворе приблизительно равна концентрации соли [An^-] ≈ С_соли, то (IV.29)

Подставив значение (IV.29) в выражение для константы гидролиза (IV.22), запишем уравнение:

.

Сокращаем дробь и получаем величину концентрации ионов водорода:

; ;

(IV.30)

Из полученной формулы видно, что концентрация ионов водорода в растворах солей, гидролизующихся по катиону и аниону, не зависит от концентрации соли, а зависит от соотношения констант ионизации кислоты и основания, образующихся при гидролизе, т.е. от их сравнительной силы.

Для того чтобы получить выражение для вычисления рН растворов, прологарифмируем уравнение (IV.30) и поменяем знаки на противоположные:

;

;

(IV.31)

Выводы:

Формулы для расчета констант гидролиза бинарных солей:

(по Kt⁺); (по Аn^-),

(по Kt⁺ и Аn^-)

Формулы для расчета степени гидролиза - h_гидр:

(по Kt⁺); (по Аn^-)

(по Kt⁺ и Аn^-) или (по Kt⁺ и Аn^-)

Формулы для расчета концентрации ионов водорода [Н⁺] и рН:

(по Kt⁺) (по Kt⁺);

(по Аn^-) (по Аn^-);

(по Kt⁺ и Аn^-) (по Kt⁺ и Аn^-)