Гидролиз солей Водородный показатель Понятие гидролиза

Гидролиз солей
Вода незначительно диссоциирует по уравнению
Н2О ⇄ Н+ + ОН–
При этом концентрации катионов водорода и гидроксид-анионов равны
и составляют 1,0 ∙ 10-7 моль/л; такую среду называют нейтральной.
Кислотную среду имеет раствор, в котором концентрация катионов
водорода превышает 10-7 моль/л, т.е. больше концентрации гидроксиданионов:
[Н+] > 1,0- 10-7 моль/л; [Н+] > [ОН–].
Щелочной называют среду, в которой концентрация катионов водорода
меньше концентрации гидроксид-анионов:
[Н+] < 1,0- 10–7 моль/л; [Н+] < [ОН–].
Например, раствор, в котором концентрация ионов водорода равна 3,5
10 моль/л, будет кислотным, а при концентрации 8,7- 10–11 моль/л —
щелочным.
–2
Водородный показатель
Использовать для количественной характеристики кислотности
растворов числа, подобные приведенным выше, не очень удобно. В 1909 г.
датский химик С.Сёренсен предложил применять для этого более удобную
величину — так называемый водородный показатель (рН).

Водородным показателем называют отрицательный десятичный
логарифм концентрации ионов водорода:
рН = -lg[Н+].
Например, если [Н+] = 1,0 ∙ 10 –3 моль/л, то показатель рН будет равен 3,
среда раствора кислотная; если |Н+] =1,0- 10–3 моль/л, то рН равен 13, среда
раствора щелочная; если [Н+] = 1,0 ∙ 10–7 моль/л, то рН равен 7, среда
нейтральная.
Чем меньше значение рН, тем больше кислотность раствора и, наоборот,
с увеличением рН растет щелочность раствора.
Понятие гидролиза
Согласно химической теории образования растворов частицы
растворенного вещества (молекулы или ионы) в воде окружены гидратной
оболочкой. В некоторых случаях такой тесный контакт приводит к
химическому взаимодействию, в результате которого образуются новые
молекулы или ионы, т.е. протекает химическая реакция.

Гидролизом называют обменное взаимодействие веществ с водой,
приводящее к их разложению.
В обменном взаимодействии с водой могут участвовать вещества,
говорить о растворимости которых в воде не имеет смысла, так как в
присутствии влаги они полностью разлагаются. Подобным образом ведут
себя, например, карбид кальция (он разлагается водой с образованием
ацетилена и гидроксида кальция) и сульфид алюминия:
СаС2 + 2Н2O = С2Н2↑ + Са(ОН)2
А12S3 + 6Н2O = 2Аl(ОН)3↓ + 3Н2S↑
Такие соединения в таблице растворимости отмечены прочерком, так
как они существуют только в сухом виде.
Гидролиз таких соединений будет необратим, поскольку один или оба
его продукта удаляются из сферы реакции в виде осадка или газа.
Кроме необратимого существует обратимый гидролиз. Сущность
обратимого гидролиза солей сводится к обменному химическому
взаимодействию катиона металла (аммония) или аниона кислотного остатка с
молекулами воды. В результате этого взаимодействия образуется
малодиссоциирующее соединение, а в водном растворе появляется избыток
катионов водорода или гидроксид-анионов, обусловливающих кислотную
или щелочную реакцию среды.
Любую соль можно представить как продукт взаимодействия основания
с кислотой. Например, карбонат натрия образован сильным основанием
ЫаОН и слабой кислотой Н2С03. В зависимости от силы основания и кислоты
как электролитов все соли можно разделить на четыре группы.
1. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой.
Выбранный в качестве примера карбонат натрия, как уже сказано, образован
сильным основанием и слабой кислотой:
Карбонат натрия хорошо растворим в воде и полностью диссоциирует
на ионы:
Na2СO3 = 2Na+ + СO32
Угольная кислота — слабый электролит. Следовательно, катионы
водорода прочно удерживаются карбонат-анионом и с трудом отщепляются в
раствор. Верно и обратное: анион СO3 охотно присоединяет катион Н+,
отрывая его у молекулы воды. Карбонат-анион при этом превращается в
гидрокарбонат, являющийся слабым электролитом, а от молекулы воды в
растворе остается анион ОН– :
СО
+ Н О ⇄ НСO + ОН
Получено ни что иное, как ионное уравнение гидролиза. В результате
этого процесса в растворе накапливаются гидроксид-анионы, определяющие
щелочную реакцию среды. В этом случае говорят, что рН > 7.
Рассмотренный процесс гидролиза называют также гидролизом по
аниону. Равновесие процесса значительно с м е щ е н о в л е в о , поскольку
диссоциация воды протекает в значительно меньшей степени, чем
гидрокарбонат-иона.
Молекулярное уравнение гидролиза карбоната натрия имеет вид
Na2СO3 + Н2O ⇄ NaНСO3 + NaОН
Приведенное выше уравнение образования аниона НСО соответствует
гидролизу карбоната натрия по первой ступени.
Возможна и вторая ступень — образовавшийся гидрокарбонат-анион
взаимодействует со второй молекулой воды:
NaНСO3 + Н2O ⇄ NaОН + СО2↑ + Н2O
Число ступеней гидролиза соли по аниону совпадает с величиной заряда
этого аниона. Следовательно, гидролиз нитрита натрия будет протекать лишь
в одну стадию:
NaNO2 = Na+ + NO
NO + Н2O ⇄ НNO2 + ОН
NаNO2 + Н2O ⇄ НNO2 + NaOH
К этой группе также относятся соли К2SiO3, Li2S, Na2SO3 и др.
2. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой.
К солям такого типа относится, например, нитрат аммония:
В водном растворе нитрат аммония диссоциирует:
NH4NO3 ⇄ NН + NO
Гидролизу подвергается ион слабого основания. Данная соль
гидролизуется по катиону. Отрывая от молекулы воды гидроксид-анион,
катион NН способствует накоплению в растворе катионов водорода:
NН + Н2O ⇄ NH ∙ Н O + Н
Молекулярное уравнение гидролиза легко получить, дописав в ионном
уравнении нитрат-анионы:
NH NO + Н O ⇄ NH ∙ Н O + НNО
Реакцию раствора данной соли определяет наличие катионов Н+: среда
кислотная. В этом случае говорят, что рН < 7.
Гидролизоваться могут также двухзарядные катионы металлов (Мg2+,
Zn2+, Сu2+, Со2+ и др., кроме катионов щелочноземельных металлов) и
трехзарядные катионы (Аl3+, Сr3+, Fе3+ и др.). В этом случае число стадий
гидролиза будет равно величине заряда катиона.
При длительном хранении раствор хлорида железа(III) мутнеет и из
истинного превращается в коллоидный. Это связано с протеканием
нескольких ступеней гидролиза:
В водном растворе хлорид железа(III) диссоциирует по уравнению
FеСl3 = Fе3+ + 3Сl–
Поскольку с водой взаимодействует трехзарядный ион железа, число
ступеней гидролиза равно трем:
I ступень
Fе3+ + Н2O ⇄ FеОН2+ + Н+
FеСl3 + Н2O ⇄ FеОНСl2 + НСl
II
ступень
2+
FеОН + Н2O ⇄ Fе(ОН) + Н+
FеОНСl2 + Н2O ⇄ Fе(OН)2Сl + НСl
III
ступень
Fе(ОН) + Н2O ⇄ Fе(ОН)3 + Н+
Fе(ОН)2Сl + Н2O ⇄ Fе(ОН)3 + НСl
Продуктами гидролиза являются основные соли: гидроксохлорид
железа(III) и дигидроксохлорид железа(III), а также гидроксид железа(III).
Второй продукт реакции — соляная кислота, она-то и определяет кислотную
реакцию раствора FеСl3.
К этой группе также относятся соли ZnCl2, Рb(NO3)2, Сr2(SO4)3 и др.
3. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой.
Подвергаются гидролизу, причем как по катиону, так и по аниону. Катион и
анион «делят» между собой молекулу воды, присоединяя соответственно
гидроксид-анион и катион водорода. Так гидролизуется, например, цианид
аммония:
Цианид аммония хорошо растворим в воде и диссоциирует на ионы:
NН4СN = NН + СN–
NН + СN – + Н2О ⇄ NН3 ∙ Н2О + НСN
NН4СN + Н2О ⇄ NН3 ∙ Н2О + НСN
4. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой.
Такие соли гидролизу не подвергаются. В водном растворе подобных
солей катионы металла (щелочного или щелочноземельного) и анионы
кислотного остатка окружены гидратными оболочками, взаимодействия с
молекулами воды не происходит, поскольку это не приводит к образованию
слабого электролита. Реакция среды в растворе негидролизующихся солей
(например, СаСl2, NаСl, К2SO4, Ва(NO2)2, КNO3, Na2SO4, LiClO4)
нейтральная. В этом случае говорят, что рН раствора равен 7.
Вопросы
1. Охарактеризуйте процесс гидролиза. Какие типы гидролиза вы и
знаете?
2. Почему в таблице растворимости в некоторых клеточках стоят прочерки?
Напишите формулы некоторых таких соединений и уравнения их
гидролиза.
3. Что представляет собой соль как продукт реакции обмена и продукт
реакции замещения? Только ли кислота и основание могут в результате
обмена образовать соль?
4. Напишите уравнения гидролиза следующих солей: Сu(NO3)2, FеSO4,
ZnCl2, К2S, Na2SiO3, NН4NO3, Аl(NO3)3. Укажите, какую реакцию имеют
растворы этих солей.
5. Допишите левые части уравнений реакций:
а) ... ⇄ LiHSiO3 + LiОН
б) ... ⇄ МgОНВr + НВr
в) ... ⇄ 2Сr(ОН)3↓ + 3Н2S↑
6. Какие количества веществ образуются при растворении в воде 250 г
сульфида алюминия, содержащего 25 % оксида алюминия?