Subiect: Reacții de hidroliză.
Studiu de motivare al subiectului. Datorită hidrolizei enzimatice a celor trei componente principale ale produselor alimentare - grăsime, proteine, carbohidrați - în tractul gastrointestinal al apei divizat în fragmente mai mici. În general, hidroliza componentelor alimentare este descrisă de ecuația:
unde R1. R2 - fragmente ale moleculei bioorganice, legate prin oxigen. Fără acest proces, nu ar fi posibilă asimilarea produselor alimentare. Absorbate în intestin sunt capabile de molecule relativ mici. De exemplu, asimilarea polizaharidelor și dizaharidelor devine posibilă numai după hidroliza completă prin enzime la monozaharide.
Pentru creștere și funcționare normală, toate animalele au nevoie de energie. Persoana primește energie atât datorită procesului în mai multe etape de oxidare a alimentelor, cât și datorită hidrolizei unor esteri, amide, glicozide. Cu toate acestea, principala sursă de energie pentru multe procese biologice - biosinteza proteinelor, transportul ionic, contracția musculară - este adenozin trifosfat (ATP).
ATP aparține organo-compușilor; constă dintr-o parte organică - adenozină și o parte anorganică - trei grupări fosfat legate în lanț. Energia necesară activității vitale este eliberată prin hidroliza ATP. La pH> 7,0, ATP există ca ATP anionic 4-. deoarece toate grupările fosfat la această valoare a pH-ului sunt ionizate. Hidroliza ATP este înregistrată ca echilibru acid-bază
ATP 4- + H2O ⇄ ADP 3 + HPO4 2 + H +; ΔG = -30,5 kJ / mol,
unde ADP 3 este un anion de difosfat de adenozină. Reacția este însoțită de o scădere a energiei Gibbs. Hidroliza poate duce la formarea de adenozin monofosfat (AMP) și, în final, la adenozină.
Scop: Consolidarea cunoștințelor de hidroliză a sărurilor, tipurile de hidroliză în funcție de natura sării și rolul acesteia în procesele biochimice.
1. Învață să caracterizezi posibilitatea hidrolizării sării și să înregistrezi ecuațiile de hidroliză.
2. Aflați cum să calculați gradul, constanta și pH-ul soluțiilor de săruri de hidrolizare.
3. Să învețe cum să prezicăm direcția deplasării echilibrului reacției de hidroliză a sărurilor.
Durata lecției este de 90 de minute.
Locația lecției este un atelier de instruire (Departamentul de Chimie Generală)
Sarcini pentru munca independentă a elevului în timpul extra-curricular (auto-pregătire).
A. Întrebări de control
1. Disociere electrolitică. Gradul și constanta de disociere. Electroliți puternici, slabi.
2. Teoria protolitică a acizilor și a bazelor.
3. Produsul ionic al apei. pH-ul și valorile sale în medii diferite.
4. Principiul Le Chatelier. Direcția deplasării echilibrului reacțiilor de schimb.
5. Hidroliza sărurilor. Cazuri de hidroliză a sărurilor de diferite tipuri.
6. Constanta si gradul de hidroliza a sarurilor. Factorii care afectează gradul și constanta hidrolizei.
7. Rolul hidrolizei în procesele biochimice.
B. Materiale educaționale.
În general, hidroliza este înțeleasă ca reacția de descompunere a unei substanțe cu apă (de la hidraulică grecească + apă + liză - distrugere). Hidroliza este un caz special de solvoliză - interacțiunea unei substanțe dizolvate și a unui solvent. Hidroliza sarii se numeste interactiunea sarii cu moleculele de apa, ceea ce duce la formarea unor compusi cu disociere redusa. Din punctul de vedere al teoriei protolitice a acizilor și a bazelor, hidroliza este un caz special de echilibru reversibil acid-bază.
Cantitatea, hidroliza este caracterizată de gradul de hidroliză și de constanta de hidroliză. Gradul de hidroliză (αg) este definit ca raportul dintre substanța hidrolizată cantitatea totală de solut (Nt mol.) (Mol n0.):
În funcție de natura sării, apa acționează fie ca acid sau ca bază, iar sarea este în mod adecvat o bază conjugată sau un acid conjugat.
1. Hidroliza sării formate cu un acid slab și o bază tare (cum ar fi Na2S, KCN, Na2 CO3. CH3 COONa). Anionii acestor săruri sunt baze proporționale cu rezistența cu ionii OH. astfel încât să concureze cu el pentru proton:
B - + NON - HB + OH -
baza 1 acid 2 acid 1 bază 2
Ca urmare a hidrolizei anionului, concentrația ionilor OH crește, adică există o schimbare a valorii pH-ului în regiunea alcalină; pH> 7.
unde Kw este produsul ionic al apei, Ka este constanta de ionizare a acidului.
unde Co este concentrația inițială de sare, mol / l
2. Hidroliza sării formate cu o bază slabă și un acid tare (de exemplu, ZnCl2. Fe (NO3) 3. NH4Cl, AlCl3. MgSO4). Cationii acestor săruri sunt acizi capabili să concureze cu H3O + pentru posesia OH -. pH + + 2H2O + HB + H3O +
Acid 1 bază 2 bază 1 acid 2
unde Co este concentrația inițială de sare, mol / l
3. Hidroliza sării formate cu un acid slab și o bază slabă (de exemplu, NH4 CN, CH3 COONH4. Cr2 S3. Fe (CH3 COO) 3. HCOONH4). Reacția soluției este determinată de care din acești electroliți este mai puternic.
Un exemplu. O soluție apoasă de formiat de amoniu HCOONH4 are o reacție acidă (pH 7), p.t. pKa (HCN) = 9,3. acetat de amoniu apos, soluție CH3 COONH4 are o reacție neutră (rN≈7) deoarece amoniacul (pKb (NH3) = 4,76) și acid acetic (pKa (CH3COOH) = 4,76) - electroliții putere egală.
Formulele de calcul corespunzătoare pentru sărurile de acest tip au următoarea formă:
pH = 1/2 (pKw + pKa - pKb) sau pH = 0,5 (14 + pKa - pKb)
Hidroliza sărurilor, în urma cărora se formează produse slab solubile și gazoase, care sunt îndepărtate din sfera de reacție, este ireversibilă. De exemplu, hidroliza sulfurii de aluminiu are loc în întregime datorită formării unui precipitat de Al (OH) 3 și a evoluției H2S
4. Sărurile formate din acid puternic și baza tare (de exemplu, NaCI, KNO3, CaCl2) nu sunt supuse hidrolizei. Acest lucru se datorează faptului că ionii acestor săruri nu formează compuși malodizociați cu ioni de apă. În acest caz, echilibrul de disociere a apei nu este perturbat și soluția este practic neutră (pH = 7).
Toate cazurile de hidroliză luate în considerare au în vedere săruri formate din baze cu un singur acid și acizi monobazici. Sărurile acizilor polibazici și bazele policacidelor sunt hidrolizate treptat, formând săruri acide și bazice. De exemplu, sărurile de Na2C03. K3P04. Na2Si03 sunt hidrolizate treptat, formând săruri acide. Săruri de AICI3. Cu (NO3) 2. CrCl3. FeS04 sunt hidrolizate treptat, cu formarea de săruri intermediare în etapele intermediare.
În general, următoarele valabilități sunt valabile:
1. Hidroliza sarii trebuie sa fie imbunatatita odata cu cresterea temperaturii si diluarea solutiei. Pentru a reduce hidroliza, soluțiile trebuie depozitate concentrate la temperaturi scăzute.
2. Atunci când hidroliza reversibilă în conformitate cu principiul procesului Le Chatelier trebuie suprimat la acidifiere (dacă este sarea formată cu un acid tare și o bază slabă) sau la alcalinizarea (în cazul în care sarea formată dintr-un acid slab și o bază tare).
3. Hidroliza sărurilor, în urma cărora se formează produse slab solubile și gazoase, care sunt îndepărtate din sfera de reacție, este ireversibilă.
D. Obiectivele de învățare
Numărul sarcinii 1. Se calculează pH-ul soluției de clorură de amoniu cu concentrația de sare NH4CI egală cu 0,01 mol / l.
Pentru a calcula pH-ul soluțiilor de săruri hidrolizate prin cation, formula
pH = 7-0,5 (pK NH4OH + lgC NH4CI), pK NH4OH = 4,76 (valoare de referință).
pH = 7-0,5 (4,76 + lg1 · 10-2) = 7-0,5 (4,76-2) = 7-1,38 = 5,62
Răspuns: pH-ul de 0,01 M soluție de clorură de amoniu este de 5,62
Problema 2. Se determină pH-ul soluției constante, iar gradul de hidroliză de acetat de potasiu CH3COOK dacă concentrația este 0,1mol / l și Ca (CH3 COOH) = 1,8 × 10 -5
Soluția. CH3 СООК + НОН ⇄ СН3 СООН + КОН
CH3 COO - + NON - CH3 COOH + OH - mediu alcalin
Gradul de hidroliză a sării este determinat de formula
= = 0,75; 10-4 = 7,5; 10-5
Constanta de hidroliză
Concentrația de ioni de hidroxid și pOH se calculează prin formule:
[OH-] = 7,5 · 10-5 · 1 · 10-1 = 7,5 · 10-6 mol / l
pOH =-LG [OH -], pOH = 7,5 · 10-LG -6 = -lg7,5-lg10 -6 = -0,8751 + 6 = 5,1249 = 5,12
Deoarece pH + pOH = 14, pH = 14-pOH;
Al doilea mod de a rezolva problema (conform formulei):
pH = 7 + 0,5 (pKSN3COOH) = 7 + 0,5 (4,76-1) = 7 + 1,88 = 8,88
Răspuns: pH-ul soluției de acetat de potasiu este 8,88; gradul de hidroliză a fost de 7,5-10,5; constanta de hidroliză este de 5,6 x 10-10.
Problema 3. Ca urmare a hidrolizei carbonatului de bicarbonat de sodiu, în soluția sa se formează un mediu ușor alcalin. Se calculează pH-ul unei soluții care conține 10 g de bicarbonat de sodiu în 200 ml de soluție, dacă gradul de hidroliză este de 0,01%
Soluția. 1) Hidroliza sărurilor este un proces reversibil
Ca urmare a hidrolizei, se formează ioni OH, adică mediul din soluție este alcalin.
2) Concentrația de ioni OH este determinată de formula: C (OH -) = αg (NaHC03)
Se calculează concentrația de sare NaHC03 conform formulei:
Apoi C (OH-) = 0,59 · 0,0001 = 5,9 · 10-5 mol / litru
3) pOH = -lg C (OH-), presupunând că C (OH-) = a (OH-)
pOH = -lg 5,9 · 10-5 = -lg 5,9-lg105 = -0,7709 + 5 = 4,2291 = 4,23
4) pH = 14-pOH = 14 - 4,23 = 9,7
Compilarea ecuației moleculare și moleculare ionice pentru hidroliza unei sări a unui acid tare și a unei baze slabe.
Problema 4. Scrieți ecuațiile ionice moleculare și moleculare pentru hidroliza sărurilor: a) azotat de amoniu; b) clorură de crom CrCI3.
Soluția. a) La dizolvarea în apă, NH4N03 cristalină disociază:
La compilarea ecuațiilor de hidroliză este necesar, în primul rând, pentru a determina care dintre ionii de sare se poate lega ionii de apă (H + sau OH -) în compusul malodissotsiiruyuschee, adică, ce ioni provoacă hidroliza. În acest caz, cationul NH4 + leagă ionul de apă OH -. molecule de formare a unei baze slabe:
NH4 + + HON-NH4OH + H +. pH 2+. (Cr (OH) 2) + și Cr (OH) 3. Aproape hidroliza sarii este limitata la prima etapa. Produsele de hidroliză în acest caz sunt sare de bază și acid
Cr 3+ + HOH ⇄ CrOH 2+ + H +. pH 2+)
A doua și a treia etapă de hidroliză sunt posibile cu o creștere a temperaturii:
CrOH 2+ + HNO Cr (OH) 2 + H +
Compilarea ecuației moleculare și moleculare ionice a hidrolizei unei sări a unei baze tari și a unui acid slab.
Problema 5. Ecuații ionice moleculare și moleculare pentru hidroliza sărurilor: cianura de potasiu KCN; b) sulfit de potasiu Na2S03.
Soluția. a) Hidroliza sarii KCN provoaca ioni de CN. legarea cationilor de H + de apa la compusul slab disociant - acid cianhidric:
KCN + HOH ⇄ HCN + KOH
CN - + HOH - HCN + OH - reacția soluției este alcalină, pH> 7
b) Hidroliza sării Na2S03 este practic limitată la prima etapă; produse de hidroliză - sare acidă și bază:
SO3 2- + NON-HSO3 - + OH - reacția soluției este alcalină, pH> 7
Pe măsură ce crește temperatura, hidroliza crește:
Formularea ecuației moleculare a hidrolizei unei sări a unei baze slabe și a unui acid slab.
Problema 6. Scrieți ecuația pentru hidroliza sării Al (CH3COO) 3
Soluția. Ioni ai sării Al 3+ și CH 3 COO - interacționează cu ionii de apă, formând un compus puțin solubil Al (OH) 3 și un compus malodisocompounding CH3COOH. Sarea Al (CH3COO) 3 este hidrolizată ireversibil și complet
pH = 7, deoarece pKa (CH3COOH) = 4,76, pKb (AI (OH) 3) = 5,02
D. Sarcini de decizie independentă.
Problema 1. Calculați pH-ul soluției constante, iar gradul de hidroliză de acetat de sodiu, CH3 COONa dacă concentrația este de 0,001 mol / l, KCH3COON = 1,74 × 10 -5 (A: pH = 7,88, = 5,7 x Cg 10 - 10. ar = 7,58 x 10-4).
Problema 2. Scrieți în forma moleculară și moleculară ionică ecuațiile de hidroliză a sărurilor din prima etapă și indicați reacția soluțiilor lor apoase: a) Li2SO3; b) K2S; c) K2C03; d) CuCI2; e) Cr2S3.
Lecția # Subiect: Reacții de hidroliză