Гидролиз. Среда водных растворов

Гидролиз - это взаимодействие веществ с водой, в результате которого изменяется среда раствора.

Катионы и анионы слабых электролитов способны взаимодействовать с водой с образованием устойчивых малодиссоциируемых соединений или ионов, в результате чего меняется среда раствора. Формулы воды в уравнениях гидролиза обычно записывают в виде Н‑ОН. При реакции с водой катионы слабых оснований отнимают от воды гидроксил ион, и в растворе образуется избыток Н + . Среда раствора становится кислотной. Анионы слабых кислот притягивают из воды Н + , и реакция среды становится щелочной.

В неорганической химии чаще всего приходится иметь дело с гидролизом солей, т.е. с обменным взаимодействием ионов соли с молекулами воды в процессе их растворения. Различают 4 варианта гидролиза.

1. Соль образована сильным основанием и сильной кислотой.

Такая соль гидролизу практически не подвергается. При этом равновесие диссоциации воды в присутствии ионов соли почти не нарушается, поэтому рН=7, среда нейтральная.

Na + + H 2 O Cl ‑ + H 2 O

2. Если соль образована катионом сильного основания и анионом слабой кислоты, то происходит гидролиз по аниону.

Na 2 CO 3 + HOH \(\leftrightarrow\) NaHCO 3 + NaOH

Так как в растворе накапливаются ионы ОН ‑ , то среда - щелочная, рН>7.

3. Если соль образована катионом слабого основания и анионом сильной кислоты, то гидролиз идет по катиону.

Cu 2+ + HOH \(\leftrightarrow\) CuOH + + H +

СuCl 2 + HOH \(\leftrightarrow\) CuOHCl + HCl

Так как в растворе накапливаются ионы Н + , то среда кислая, рН<7.

4. Соль, образованная катионом слабого основания и анионом слабой кислоты, подвергается гидролизу и по катиону и по аниону.

CH 3 COONH 4 + HOH \(\leftrightarrow\) NH 4 OH + CH 3 COOH

CH 3 COO ‑ + + HOH \(\leftrightarrow\) NH 4 OH + CH 3 COOH

Растворы таких солей имеют или слабокислую, или слабощелочную среду, т.е. величина рН близка к 7. Реакция среды зависит от соотношения констант диссоциации кислоты и основания. Гидролиз солей, образованных очень слабыми кислотой и основанием, является практически необратимым. Это, в основном, сульфиды и карбонаты алюминия, хрома, железа.

Al 2 S 3 + 3HOH \(\leftrightarrow\) 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

При определении среды раствора солей необходимо учитывать, что среда раствора определяется сильным компонентом. Если соль образована кислотой, являющейся сильным электролитом, то среда раствора кислая. Если основание сильный электролит, то - щелочная.

Пример. Щелочную среду имеет раствор

1) Pb(NO 3) 2 ; 2) Na 2 CO 3 ; 3) NaCl; 4) NaNO 3

1) Pb(NO 3) 2 нитрат свинца(II). Соль образована слабым основанием и сильной кислотой , значит среда раствора кислая.

2) Na 2 CO 3 карбонат натрия. Соль образована сильным основанием и слабой кислотой, значит среда раствора щелочная.

3) NaCl; 4) NaNO 3 Соли образованы сильным основанием NaOH и сильными кислотами HCl и HNO 3 . Среда раствора нейтральная.

Правильный ответ 2) Na 2 CO 3

В растворы солей опустили индикаторную бумажку. В растворах NaCl и NaNO 3 она не изменила цвет, значит среда раствора нейтральная . В растворе Pb(NO 3) 2 окрасилась в красный цвет, среда раствора кислая. В растворе Na 2 СO 3 окрасилась в синий цвет, среда раствора щелочная.

Задания с комментариями и решениями

В предыдущие годы усвоение этого элемента содержания проверялось заданиями с выбором ответа (базового уровня сложности). Вот примеры подобных заданий.

Пример 39. Кислую реакции среды имеет водный раствор

1) нитрата кальция

2) хлорида стронция

3) хлорида алюминия

4) сульфата цезия

Вспомним, что кислую реакцию среды имеют средние соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой (гидролиз по катиону). Среди предложенных вариантов ответа такая соль есть - это хлорид алюминия. Следовательно, среда его раствора - кислая:

Пример 40. Одинаковую реакцию среды имеют водные растворы сульфата железа(III) и

1) нитрата кальция

2) хлорида стронция

3) хлорида меди

4) сульфата цезия

Водная среда сульфата железа(III) кислая, как и для всех солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой:

В вариантах ответов есть только одна подобная соль - это хлорид меди. Следовательно, среда его раствора тоже кислая:

В экзаменационной работе 2017 года знание этого элемента содержания будет проверяться заданиями повышенного уровня сложности (задания с кратким ответом). Вот примеры подобных заданий.

Пример 41. Установите соответствие между названием соли и реакцией среды ее водного раствора.

Среда водного раствора соли определяется типом ее гидролиза (если он возможен). Рассмотрим отношение к гидролизу каждой из предложенных солей.

A) Нитрат калия KNO 3 является солью сильной кислоты и сильного основания. Соли такого состава не подвергаются гидролизу. Среда водного раствора этой соли - нейтральная (А-2).

Б) Сульфат алюминия Al 2 (SO 4) 3 является солью, образованной сильной серной кислотой и слабым основанием (гидроксидом алюминия). Следовательно, соль будет подвергаться гидролизу по катиону:

В результате накопления ионов Н + среда раствора соли будет кислой (Б-1).

B) Сульфид калия K 2 S образован сильным основанием и очень слабой сероводородной кислотой. Такие соли подвергаются гидролизу по аниону:

В результате накопления ионов ОН - среда раствора соли будет щелочной (В-3).

Г) Ортофосфат натрия Na 3 PO 4 образован сильным основанием и довольно слабой ортофосфорной кислотой. Следовательно, соль будет подвергаться гидролизу по аниону:

В результате накопления ионов ОН - среда раствора соли будет щелочной (Г-3).

Подведем итог. Первый раствор - нейтральный, второй - кислый, два последних - щелочные.

Для получения правильного ответа, сначала установим природу кислот и оснований, которыми образованы эти соли.

A) BeSO 4 образована слабым основанием и сильной серной кислотой, такие соли подвергаются гидролизу по катиону.

Б) KNO 2 образована сильным основанием и слабой азотистой кислотой, такие соли подвергаются гидролизу по аниону.

B) Pb(NO 3) 2 образована слабым основанием и сильной азотной кислотой, такие соли подвергаются гидролизу по катиону.

Г) СuСl 2 образована слабым основанием и сильной соляной кислотой, такие соли подвергаются гидролизу по катиону.

Для получения правильного ответа установим природу кислот и оснований, которыми образованы предложенные соли:

A) сульфид лития Li 2 S - соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, подвергается гидролизу по аниону;

Б) хлорат калия КСlO 3 - соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергается;

B) нитрит аммония NH 4 NO 2 - соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой, гидролиз идет и по катиону, и по аниону;

Г) пропионат натрия C 3 H 7 COONa - соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, гидролиз идет по аниону.

А	Б	В	Г

Лекция: Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная

Гидролиз солей

Мы продолжаем изучать закономерности протекания химических реакций. При изучении темы вы узнали, что при электролитической диссоциации в водном растворе частицы, участвующих в реакции веществ растворяются в воде. Это гидролиз. Ему подвергаются различные неорганические и органические вещества, в частности, соли. Без понимания процесса гидролиза солей, вы не сможете объяснить явления, происходящие в живых организмах.

Сущность гидролиза солей сводится к обменному процессу взаимодействия ионов (катионов и анионов) соли с молекулами воды. В результате образуется слабый электролит – малодиссоциирующее соединение. В водном растворе появляется избыток свободных ионов Н + или ОН - . Вспомните, диссоциация каких электролитов образует ионы Н + , а каких ОН - . Как вы догадались, в первом случае мы имеем дело с кислотой, значит водная среда с ионами Н + будет кислой. Во втором же случае, щелочной. В самой воде среда нейтральная, поскольку она незначительно диссоциируется на одинаковые по концентрации ионы Н + и ОН - .

Характер среды можно определить с помощью индикаторов. Фенолфталеин обнаруживает щелочную среду и окрашивает раствор в малиновый цвет. Лакмус под действием кислоты становится красным, а под действием щелочи остается синим. Метилоранж - оранжевый, в щелочной среде становится желтым, в кислой среде – розовым. Тип гидролиза зависит от типа соли.

Типы солей

Итак, любую соль представляет собой можно взаимодействие кислоты и основания, которые, как вы поняли, бывают сильными и слабыми. Сильные – это те, чья степень диссоциации α близка к 100%. Следует запомнить, что сернистую (H 2 SO 3) и фосфорную (H 3 PO 4) кислоту чаще относят к кислотам средней силы. При решении задач по гидролизу, данные кислоты необходимо относить к слабым.

Кислоты:

Сильные: HCl; HBr; Hl; HNO 3 ; HClO 4 ; H 2 SO 4 . Их кислотные остатки с водой не взаимодействуют.

Слабые: HF; H 2 CO 3 ; H 2 SiO 3 ; H 2 S; HNO 2 ; H 2 SO 3 ; H 3 PO 4 ; органические кислоты. А их кислотные остатки взаимодействуют с водой, забирая у её молекул катионы водорода H+.

Основания:

Сильные: растворимые гидроксиды металлов; Ca(OH) 2 ; Sr(OH) 2 . Их катионы металлов с водой не взаимодействуют.

Слабые: нерастворимые гидроксиды металлов; гидроксид аммония (NH 4 OH). А катионы металлов здесь взаимодействуют с водой.

Исходя из данного материала, рассмотрим типы солей :

Соли с сильным основанием и сильной кислотой. К примеру: Ba (NO 3) 2 , KCl, Li 2 SO 4 . Особенности: не взаимодействуют с водой, а значит гидролизу не подвергаются. Растворы таких солей имеют нейтральную реакцию среды.

Соли с сильным основанием и слабой кислотой. К примеру: NaF, K 2 CO 3 , Li 2 S. Особенности: с водой взаимодействуют кислотные остатки этих солей, происходит гидролиз по аниону. Среда водных растворов - щелочная.

Соли со слабым основанием и сильной кислотой. К примеру: Zn(NO 3) 2 , Fe 2 (SO 4) 3 , CuSO 4 . Особенности: с водой взаимодействуют только катионы металлов, происходит гидролиз по катиону. Среда - кислая.

Соли со слабым основанием и слабой кислотой. К примеру: CH 3 COONН 4 , (NН 4) 2 CО 3 , HCOONН 4. Особенности: с водой взаимодействуют как катионы, так и анионы кислотных остатков, гидролиз происходит по катиону и аниону.

Пример гидролиза по катиону и образования кислой среды :

Гидролиз хлорида железа FeCl 2

FeCl 2 + H 2 O ↔ Fe(OH)Cl + HCl (молекулярное уравнение)

Fe 2+ + 2Cl - + H + + OH - ↔ FeOH + + 2Cl - + Н + (полное ионное уравнение)

Fe 2+ + H 2 O ↔ FeOH + + Н + (сокращенное ионное уравнение)

Пример гидролиза по аниону и образования щелочной среды:

Гидролиз ацетата натрия CH 3 COONa

CH 3 COONa + H 2 O ↔ CH 3 COOH + NaOH (молекулярное уравнение)

Na + + CH 3 COO - + H 2 O ↔ Na + + CH 3 COOH + OH - (полное ионное уравнение)

CH 3 COO - + H 2 O ↔ CH 3 COOH + OH - (сокращенное ионное уравнение)

Пример совместного гидролиза:

• Гидролиз сульфида алюминия Al 2 S 3

Al 2 S 3 + 6H2O ↔ 2Al(OH) 3 ↓+ 3H 2 S

В данном случае мы видим полный гидролиз, который происходит, если соль образована слабым нерастворимым или летучим основанием и слабой нерастворимой или летучей кислотой. В таблице растворимости стоят прочерки на таких солях. Если в ходе реакции ионного обмена образуется соль, которая не существует в водном растворе, то надо написать реакцию этой соли с водой.

Например:

2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 ↔ Fe 2 (CO 3) 3 + 6NaCl

Fe 2 (CO 3) 3 + 6H 2 O ↔ 2Fe(OH) 3 + 3H 2 O + 3CO 2

Складываем эти два уравнения, то что повторяется в левой и правой частях, сокращаем:

2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O ↔ 6NaCl + 2Fe(OH) 3 ↓ + 3CO 2

Гидролизом

Типы солей

Окраска индикаторов

Алгоритм составления уравнения реакции гидролиза

ВНИМАНИЕ! Диссоциация молекул воды – не происходит. Уравнение диссоциации воды записывается только для того, чтобы правильно составить уравнение гидролиза!!!

1. Анализируют состав соли:

NaOH (сильное основание)

H 2 CO 3 (слабая кислота)

2. Выбирают ион, подвергающийся гидролизу:

Na 2 CO 3 ↔ 2Na + + CO 3 2-

HOH ↔ H + + OH -

2Na + + CO 3 2- + HOH ↔ 2Na + + HCO 3 - + OH -

3. Из полученного уравнения составляют молекулярное, используя те ионы, которые принимали участие в гидролизе:

Na 2 CO 3 + HOH ↔ NaHCO 3 + NaOH

среда раствора

соли – щелочная

4. Данный алгоритм не относится к случаю так называемого полного гидролиза.

Типы солей и характер их гидролиза

Соль образована катионом сильного основания и анионом сильной кислоты.

Соли этого типа гидролизу не подвергаются, так как при их взаимодействии с водой равновесие ионов H + и ОН - не нарушается. В растворах таких солей среда остается нейтральной (рН = 7).

NaOH (сильное основание)

HNO 3 (сильная кислота)

Соль, образованная катионом сильного основания и анионом слабой кислоты.

Гидролиз этого типа солей иначе называется гидролизом по аниону. Рассмотрим в качестве примера гидролиз K 2 SO 3

KOH (сильное основание)

H 2 SO 3 (слабая кислота)

K 2 SO 3 ↔ 2K + + SO 3 2-

HOH ↔ H + + OH -

2K + + SO 3 2- + HOH ↔ 2K + + HSO 3 - + OH -

K 2 SO 3 + HOH ↔ KHSO 3 + KOH

среда раствора

соли – щелочная

Таким образом, каждый ион Н + нейтрализует одну единицу отрицательного заряда иона кислотного остатка СО 3 2- , а из молекулы воды НОН освобождаются гидроксид-ион ОН - . Эти ионы гидроксида ОН - , будучи в избытке, придают щелочную реакцию (рН>7).

Следовательно, растворы солей, образованные сильным основанием и слабой кислотой, имеют щелочную реакцию.

Данный случай гидролиза обратим.

НЕОБРАТИМЫЙ ГИДРОЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ И ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Необратимый гидролиз двухэлементных (бинарных) соединений неметаллов

Многие бинарные соединения неметаллов «не выдерживают» испытания водой и необратимо гидролизуются с образованием, как правило, двух кислот: кислородсодержащей (менее электроотрицательный элемент в бинарном соединении) и бескислородной (более электроотрицательный элемент).

SiCI 4 + 3H 2 O = H 2 SiO 3 + 4HCI

P 2 S 5 + 8H 2 O = 2H 3 PO 4 + 5H 2 S

СОЛИ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ

Растворимые средние соли фосфорной кислоты подвергаются гидролизу по аниону кислоты и их растворы имеют сильно щелочную реакцию:

Na 3 PO 4 + HOH → Na 2 HPO 4 + NaOH

HOH + PO 4 3- → HPO 4 2- + OH -

Кислые соли фосфорной кислоты (особенно дигидрофосфаты) гидролизуются в значительно меньшей степени, кроме того, образующиеся при этом продукты гидролиза: H 2 PO 4 – , H 3 PO 4 – могут частично диссоциировать с образованием ионов Н + . Поэтому в растворах гидрофосфатов среда является слабощелочной , а в растворах дигидрофосфатов даже слабокислой , т.к. процесс диссоциации H 2 PO 4 – -ионов превалирует над процессом их гидролиза.

Тренировочные задания:

ОТВЕТЫ:

1 – 1324

2 – 2134

3 – 1441

4 – 3232

5 – 3134

6 – 3421

7 – 3322

8 – 3421

9 – 3332

10 – 4312

11 – 3332

12 – 2231

13 – 2131

14 – 4231

15 – 3322

16 – 3211

17 – 1313

18 – 3213

19 – 3142

20 – 3141

21 – 1213

22 – 4313

23 – 2121

24 – 1231

25 – 2122

26 – 2431

27 – 2421

28 – 3322

29 – 2222

30 – 2121

Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная

Одним из важнейших свойств солей является гидролиз. Гидролизом называют взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита.

В зависимости от силы кислот и оснований образуемые ими соли делят на четыре типа:

1) соли, образованные катионом сильного основания и анионом сильной кислоты;

2) соли, образованные катионом сильного основания и анионом слабой кислоты;

3) соли, образованные катионом слабого основания и анионом сильной кислотой;

4) соли, образованные катионом слабого основания и анионом слабой кислотой.

Типы солей

Окраска индикаторов

Хотя гидролиз солей – разновидность реакции обмена, технология составления уравнений реакций этого процесса имеет свои особенности. Главное отличие – то, что в этом случае сначала составляют ионное уравнение реакции, а затем не его основе записывают молекулярное.

Соли – это ионные соединения, при попадании в воду они диссоциируют на ионы. В водном растворе эти ионы ГИДРАТИРОВАНЫ – окружены молекулами воды.

Обнаружено, что водные растворы многих солей имеют не нейтральную среду, а либо слабокислую, либо щелочную.

Объяснение этого – взаимодействие ионов соли с водой. Этот процесс называется ГИДРОЛИЗОМ.

Катионы и анионы, образованные слабым основанием или слабой кислотой, взаимодействуют с водой, отрывая от нее Н или ОН.

Причина этого: образование БОЛЕЕ ПРОЧНОЙ связи, чем в самой воде.

По отношению к воде соли можно разделить на 4 группы:

1) Соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой - НЕ ГИДРОЛИЗУЕТСЯ , в растворе только диссоциирует на ионы. Среда нейтральная. ПРИМЕР: Не гидролизуются соли – NaCl, KNO3, RbBr, Cs2SO4, KClO3, и т. п. В растворе эти соли только диссоциируют: Cs2SO4 à 2 Cs++SO42 -

2) Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой - гидролиз ПО АНИОНУ . Анион слабой кислоты отрывает от воды ионы водорода , связывает их. В растворе образуется избыток ионов ОН - - среда щелочная. ПРИМЕР: Гидролизу по аниону подвергаются соли - Na2S, KF, K3PO4 , Na2CO3, Cs2SO3, KCN, KClO, и кислые соли этих кислот. K 3 PO 4 – соль, образованная слабой кислотой и сильным основанием. Гидролизуется фосфат-анион. PO 4 3- + НОН ⇄ НРО42-+ОН- K 3 PO 4 + Н2О ⇄ К2НРО4 + КОН (это первая ступень гидролиза, остальные 2 идут в очень малой степени)

3) Соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой - гидролиз ПО КАТИОНУ . Катион слабого основания отрывает от воды ион ОН-, связывает его. В растворе остаётся избыток ионов H+ - среда кислая. ПРИМЕР: Гидролизу по катиону подвергаются соли - CuCl2, NH4Cl, Al(NO3)3, Cr2(SO4)3 . Cu SO 4 – соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой. Гидролизуется катион меди: Cu +2 + НОН ⇄ CuOH + + H + 2 CuSO 4 +2 H 2 O ⇄ (CuOH )2 SO 4 + H 2 SO 4

4) Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой - гидролиз И ПО КАТИОНУ И ПО АНИОНУ. Если какие-либо из продуктов выделяются в виде осадка или газа, то гидролиз необратимый , если оба продукта гидролиза остаются в растворе - гидролиз обратимый. ПРИМЕР: Гидролизуются соли – · Al2S3,Cr2S3(необратимо): Al2S3 + H2O à Al(OH)3 ¯ + H2S ­ · NH4F, CH3COONH4(обратимо) NH4F + H 2 O ⇄ NH4OH + HF

Взаимный гидролиз двух солей.

Он происходит при попытке получить с помощью обменной реакции солей, которые в водном растворе полностью гидролизованы. При этом происходит взаимный гидролиз – т. е. катион металла связывает ОН-группы, а анион кислоты – Н+

1) Соли металлов со степенью окисления +3 и соли летучих кислот (карбонаты, сульфиды, сульфиты) – при их взаимном гидролизе образуется осадок гидроксида и газ:

2AlCl3 + 3K2S + 6H2O à 2Al(OH)3¯ + 3H2S + 6KCl

(Fe3+, Cr3+) (SO32-, CO32-) (SO2, CO2)

2) Соли металлов со степенью окисления +2 (кроме кальция, стронция и бария) и растворимые карбонаты также вместе гидролизуются, но при этом образуется осадок ОСНОВНОГО КАРБОНАТА металла:

2 CuCl2 + 2Na2CO3 + H2O à (CuOH)2CO3 + CO2 + 4 NaCl

(все 2+, кроме Са, Sr, Ba)

Характеристика процесса гидролиза:

1) Процесс гидролиза является обратимым , протекает не до конца, а только до момента РАВНОВЕСИЯ;

2) Процесс гидролиза – обратный для реакции НЕЙТРАЛИЗАЦИИ, следовательно, гидролиз - эндотермический процесс (протекает с поглощением теплоты).

KF + H2O ⇄ HF + KOH – Q

Какие факторы усиливают гидролиз?

1. Нагревание – при увеличении температуры равновесие смещается в сторону ЭНДОТЕРМИЧЕСКОЙ реакции – гидролиз усиливается;

2. Добавление воды – т. к. вода является исходным веществом в реакции гидролиза, то разбавление раствора усиливает гидролиз.

Как подавить (ослабить) процесс гидролиза?

Часто необходимо не допустить гидролиза. Для этого:

1. Раствор делают максимально концентрированным (уменьшают количество воды);

2. Для смещения равновесия влево добавляют один из продуктов гидролиза – кислоту , если идёт гидролиз по катиону или щёлочь, если идёт гидролиз по аниону.

Пример: как подавить гидролиз хлорида алюминия ?

Хлорид алюминия AlCl 3 – это соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой – гидролизуется по катиону:

Al +3 + HOH ⇄ AlOH +2 + H +

Среда – кислая. Следовательно, для подавления гидролиза необходимо добавить еще кислоты. Кроме того, следует сделать раствор наиболее концентрированным.