A hidrolízis reakció lecke # témája
Téma: Hidrolízis reakciók.
A téma motivációs vizsgálata. Az enzimatikus hidrolízisnek köszönhetően az élelmiszer - zsírok, fehérjék, szénhidrátok három fő összetevőjét a víz a gyomor - bél traktusban lévő kisebb részekre emészteti. Általában az élelmiszer-összetevők hidrolízisét az alábbi egyenlet írja le:
ahol R1. R2 - a szerves molekula fragmensei, amelyek oxigénnel vannak összekapcsolva. E folyamat nélkül nem lenne lehetséges az élelmiszerek asszimilációja. A bélben felszívódva csak viszonylag kis molekulák képesek. Például a poliszacharidok és a diszacharidok asszimilációja csak akkor válik lehetõvé, ha az enzimek monoszacharidokkal való teljes hidrolízisét követõen megtörténik.
A növekedéshez és a normális működéshez minden állatnak energiára van szüksége. A személy mind az élelmiszer-oxidáció többlépcsős folyamatából, mind egyes észterek, amidok, glikozidok hidrolízise miatt energiát kap. Azonban a legtöbb biológiai folyamat fő forrása - fehérje bioszintézis, ionszállítás, izomösszehúzódás - az adenozin-trifoszfát (ATP).
Az ATP a szerves vegyületekhez tartozik; szerves rész - adenozin és egy szervetlen rész - három lánchoz kötött foszfátcsoportból áll. A létfontosságú tevékenységhez szükséges energiát az ATP hidrolízisével szabadítják fel. 7,0 pH-nál az ATP 4 anionként létezik ATP. mert az összes pH-értékű foszfátcsoport ionizálódik. Az ATP hidrolízisét sav-bázis egyensúlyként rögzítjük
ATP 4- + H20-ADP 3- + HPO4 2- + H +; ΔG = -30,5 kJ / mol,
ahol az ADP3 az adenozin-difoszfát anionja. A reakciót a Gibbs energia csökkenése kísérte. A hidrolízis az adenozin-monofoszfát (AMP) képződéséhez, végül az adenozinhoz vezethet.
Cél: A sók hidrolízisének tudatosítása, a hidrolízis fajtái a só természetétől és a biokémiai folyamatokban játszott szerepétől függően.
1. Ismerje meg a hidrolizált só lehetőségét, és rögzítse a hidrolízis egyenleteit.
2. Ismerje meg, hogyan lehet kiszámolni a só hidrolizáló oldatainak mértékét, állandóságát és pH-ját.
3. Megtanulni, hogyan lehet megjósolni a sók hidrolízisének egyensúlyi egyensúlyának elmozdulását.
A lecke időtartama 90 perc.
A lecke helyszíne egy képzőműhely (Általános Kémia Tanszék)
A tanuló önálló munkájának elvégzése az extra tantermi idő alatt (önképzés).
A. Ellenőrzési kérdések
1. Elektrolitikus disszociáció. A disszociáció mértéke és állandó. Erős, gyenge elektrolitok.
2. A savak és bázisok protolitikus elmélete.
3. A víz ionos terméke. pH-értékét és értékeit különböző médiumokban.
4. A Le Chatelier alapelve. A csere-reakció egyensúlyi helyzetének elmozdulása.
5. A sók hidrolízise. Különböző típusú sók hidrolízisének esetei.
6. A sók hidrolízisének állandósága és mértéke. A hidrolízis mértékét és állandóságát befolyásoló tényezők.
7. A hidrolízis szerepe a biokémiai folyamatokban.
B. Oktatási anyag.
Általános esetben a hidrolízis az anyag bomlásának reakciójaként értendő (a görög hidrogén-víz + lízis-pusztítás). A hidrolízis a solvolízis különleges esete - az oldott anyag és az oldószer kölcsönhatása. A só hidrolízisét a só kölcsönhatása jelenti a vízmolekuláknak, ami alacsony disszociációs vegyületek kialakulásához vezet. A savak és bázisok protolitikus elmélete szempontjából a hidrolízis a reverzibilis sav-bázis egyensúly különleges esete.
A hidrolízis mennyiségi szempontból a hidrolízis mértéke és a hidrolízis állandója. A hidrolízis mértéke (αg) a hidrolizált anyag (ng mol) és a teljes oldott anyag (n0 mol) mennyiségének aránya:
A só természetétől függően a víz savaként vagy bázisként működik, és a só alkalmasan konjugált bázis vagy konjugált sav.
1. Gyenge sav és erős bázis (például Na2S, KCN, Na2C03, CH3COONa) által képzett só hidrolízise. Az ilyen sók anionjai olyan bázisok, amelyek az OH-ionokkal szembeni szilárdsággal arányosak. így versenyeznek vele a protonért:
B - + NON ⇄ HB + OH -
bázis 1 sav 2 sav 1 bázis 2
Az anion hidrolízisének következtében az OH-ionok koncentrációja növekszik, azaz az a pH-érték eltolódik a lúgos régióba; pH> 7.
ahol Kw a víz ionterméke, Ka a sav ionizációs konstansja.
ahol Co a só kezdeti koncentrációja, mol / l
2. Egy gyenge bázis és egy erős sav (például ZnCl2, Fe (NO3) 3. NH4Cl, AlCl3, MgSO 4) képződött sójának hidrolizálása. Az ilyen sók kationjai olyan savak, amelyek képesek H3O + -val versenyezni az OH - birtoklásában. pH + + 2N2 О ⇄ НВ + Н3 О +
Sav 1 bázis 2 bázis 1 sav 2
ahol Co a só kezdeti koncentrációja, mol / l
3. hidrolízise a képződött só egy gyenge sav és egy gyenge bázis (például NH 4 CN, CH3 COONH4. Cr2 S3. Fe (CH3 COO) 3. HCOONH4). Az oldat reakcióját meghatározza, hogy ezek közül melyik elektrolit erősebb.
Egy példa. A HCOONH4 ammónium-formiát vizes oldatának savas reakciója (pH 7), t.p. pKa (HCN) = 9,3. Vizes ammónium-acetát, CH3 COONH4 oldat semleges reakció (rN≈7), mert az ammónia (pKb (NH3) = 4,76) és ecetsav (pKa értéke (CH3COOH) = 4,76) - elektrolitok egyenlő erővel.
Az ilyen típusú sókra vonatkozó számítási képletek az alábbiak szerint alakulnak:
pH = ½ (pKw + pKa - pKb) vagy pH = 0,5 (14+ pKa - pKb)
A só hidrolízise, amely eredményeként gyengén oldódó és gáznemű termékek képződnek, amelyek eltávolítják a reakciógömböt, visszafordíthatatlan. Például az alumínium-szulfid hidrolízise teljesen megy végbe az Al (OH) 3 csapadék képződése és a H2S
4. Az erős sav és erős bázis (például NaCl, KNO3, CaCl2) által alkotott sókat nem hidrolizáljuk. Ez annak köszönhető, hogy az ilyen sók ionjai nem alkotnak malodiszociációs vegyületeket vízionokkal. Ebben az esetben a víz disszociációjának egyensúlya nem zavart, és az oldat gyakorlatilag semleges (pH = 7).
Az összes hidrolízis esetében a savas bázisok és a monobázisos savak által alkotott sók vonatkoztak. A többbázisú savak és a polisav bázisok sóit lépésenként hidrolizálják, savas és bázikus sókat képeznek. Például a Na2C03 sói. K3P04. A Na2Si03-ot fokozatosan hidrolizáljuk, savas sókat képezve. AlCl3 sók. Cu (N03) 2. CrCl3. A FeS04-ot fokozatosan hidrolizálják köztes sók képződésével a köztes fázisokban.
Általános esetben a következő szabályszerűségek érvényesek:
1. A só hidrolízisét növelni kell a hőmérséklet növelésével és az oldat hígításával. A hidrolízis csökkentése érdekében az oldatokat alacsony hőmérsékleten koncentrálni kell.
2. Amikor a reverzibilis hidrolízis elvének megfelelően a Le Chatelier folyamatot kell elnyomni végzett savanyítás után (ha a képződött só egy erős sav és egy gyenge bázis), vagy a lúgosítás (ha a só által alkotott egy gyenge sav és erős bázis).
3. A sók hidrolízise, amelynek következtében gyengén oldódó és gáznemű termékek képződnek, amelyek eltávolítják a reakciógömböt, visszafordíthatatlan.
D. Tanulási célok
Task number 1. Az ammónium-klorid-oldat pH-ját 0,01 mol / l koncentrációjú NH4Cl-só koncentrációjával számoljuk ki.
A kationos hidrolízissel kapott sóoldatok pH -
pH = 7-0,5 (pK NH4OH + lgC NH4CI), pK NH4OH = 4,76 (referenciaérték).
pH = 7-0,5 (4,76 + lg1 · 10-2) = 7-0,5 (4,76-2) = 7-1,38 = 5,62
Válasz: Az ammónium-klorid pH-értéke 0,01 M, 5,62
Probléma 2. Határozza meg az oldat pH állandó, és a hidrolízis foka kálium-acetát CH 3 COOK, ha a koncentráció 0,1mol / l és Ca (CH 3 COOH) = 1,8 × 10 -5
A megoldás. CH3 СООК + НОН ⇄ СН3 СООН + КОН
CH3COO- + NON-CH3COOH + OH - lúgos közeg
A só hidrolízisének mértékét a képlet határozza meg
= = 0,75 · 10 -4 = 7,5 · 10-5
A hidrolízis állandó
A hidroxidionok és a pOH koncentrációját a következő képletekkel számolják:
[OH -] = 7,5 · 10-5 · 1 · 10 -1 = 7,5 · 10 -6 mol / L
pOH = -lg [OH -], pOH = -lg 7,5 · 10 -6 = -lg7,5-LG10 -6 = -0,8751 + 6 = 5,1249 = 5,12
Mivel a pH + pOH = 14, a pH = 14-pOH;
A probléma megoldásának második módja (a képlet szerint):
pH = 7 + 0,5 (pKSN3COOH) = 7 + 0,5 (4,76-1) = 7 + 1,88 = 8,88
Válasz: A kálium-acetát oldat pH-értéke 8,88; a hidrolízis mértéke 7, 5 · 10-5; a hidrolízis állandó értéke 5,6 × 10 -10.
3. probléma A nátrium-hidrogénkarbonát hidrolízisének következtében oldatában enyhén lúgos közeg képződik. 10 g nátrium-hidrogén-karbonátot tartalmazó oldat pH-ját 200 ml oldatban oldjuk, ha a hidrolízis mértéke 0,01%
A megoldás. 1) A sók hidrolízise reverzibilis folyamat
A hidrolízis eredményeként OH-ionok jönnek létre, azaz az oldat közege lúgos.
2) Az OH-ionok koncentrációját a következő képlet határozza meg: C (OH-) = αg · (NaHC03)
Számítsuk ki a NaHC03-só koncentrációját a képlet szerint:
Ezután C (OH-) = 0,59 · 0,0001 = 5,9 · 10 -5 mol / liter
3) pOH = -lg C (OH-), feltételezve, hogy C (OH-) = a (OH-)
pOH = -lg 5,9 · 10 -5 = -lg 5,9-lg10 -5 = -0,7709 + 5 = 4,2291 = 4,23
4) pH = 14-pOH = 14 - 4,23 = 9,7
A molekuláris és molekuláris ion egyenlet összeállítása erős sav és gyenge bázis sójának hidrolíziséhez.
4. feladat: A molekuláris és molekuláris ionok egyenleteinek leírása a sók hidrolíziséhez: a) ammónium-nitrát; b) CrCl3 króm-klorid.
A megoldás. a) Vízben való feloldódáskor a kristályos NH4N03 disszociálja:
A hidrolízis-egyenletek megfogalmazásában először meg kell határoznunk, hogy a sóionok közül melyik képes kötni a vízionokat (H + vagy OH-) a malodiszcomponáló vegyülethez, azaz. milyen ionok okoznak hidrolízist. Ebben az esetben az NH4 + kation kötődik a víz ionjához OH -. gyenge bázis képző molekulák:
NH4 + + HON-NH4OH + H +. pH 2+. (Cr (OH) 2) + és Cr (OH) 3 molekulák. A só szinte hidrolízise az első szakaszra korlátozódik. A hidrolízis termékek ebben az esetben bázisos só és sav
Cr 3+ + HOH-CrOH 2+ + H +. pH 2+)
A hidrolízis második és harmadik fázisa a hőmérséklet növelésével lehetséges:
CrOH 2+ + HNO Cr (OH) 2 + H +
Egy erős bázis és egy gyenge sav sói hidrolízisének molekuláris és molekuláris ionos egyenletének összeállítása.
5. feladat: Molekuláris és molekuláris ionok kialakítása a sók hidrolíziséhez: kálium-cianid KCN; b) kálium-szulfit-nátrium-szulfát.
A megoldás. a) A KCN-só hidrolízise CN-ionokat okoz. összekötő kationok H + víz slabodissotsiiruyuschee vegyületet - hidrogén-cianid:
KCN + HOH ⇄ HCN + KOH
CN - + HOH ⇄ HCN + OH - az oldat reakciója lúgos, pH> 7
b) A Na2S03-só hidrolízise gyakorlatilag az első szakaszra korlátozódik; hidrolízis termékek - savas só és bázis:
SO3 2- + HOH ⇄ NSO3 - + OH - lúgos kémhatású oldattal, pH> 7
Amint a hőmérséklet emelkedik, a hidrolízis növekszik:
A gyenge bázis sója és gyenge sav hidrolízisének molekuláris egyenlete.
6. feladat Írja le az egyenletet az Al (CH3COO) 3 só hidrolízisére
A megoldás. Az Al 3+ és a CH 3 COO só ionjai kölcsönhatásba lépnek a vízionokkal, és enyhén oldódó Al (OH) 3 vegyületet és egy CH3COOH malodiszcomponáló vegyületet képeznek. Az Al (CH3COO) 3 sót irreverzibilis és teljesen hidrolizáljuk
pH ≈ 7, mivel a pKa (CH3COOH) = 4,76, pKb (Al (OH) 3) = 5,02
D. A független döntéshozatali feladatok.
Probléma 1. Számítsuk ki a oldat pH-ja állandó, és a hidrolízis foka nátrium-acetát, CH 3 COONa ha a koncentrációja 0,001 mol / l, KCH3COON = 1,74 × 10 -5 (A: pH = 7,88, Cg = 5,7 × 10 - 10. αr = 7,58 × 10 -4).
2. feladat: Molekuláris és molekuláris ionos formában írja le a sók hidrolízisének egyenletét az első szakaszban, és jelezze a vizes oldatok reakcióját: a) Li2S03; b) K2S; c) K2C03; d) CuCl2; e) Cr2S3.
Lesson # Téma: Hidrolízis reakciók