Переход к основной теме:
Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная
Согласно теории электролитической диссоциации, в водном растворе частицы растворенного вещества взаимодействуют с молекулами воды. Такое взаимодействие может привести к реакции гидролиза (от греч. hydro — вода, lysis — распад, разложение).
Гидролиз — это реакция обменного разложения вещества водой.
Гидролизу подвергаются различные вещества: неорганические — соли, карбиды и гидриды металлов, галогениды неметаллов; органические — галогеналканы, сложные эфиры и жиры, углеводы, белки, полинуклеотиды.
Водные растворы солей имеют разные значения рН и различные типы сред — кислотную (рН<7), щелочную (рН>7), нейтральную (рН=7). Это объясняется тем, что соли в водных растворах могут подвергаться гидролизу.
Сущность гидролиза сводится к обменному химическому взаимодействию катионов или анионов соли с молекулами воды. В результате этого взаимодействия образуется малодиссоциирующее соединение (слабый электролит). А в водном растворе соли появляется избыток свободных ионов Н+ или ОН−, и раствор соли становится кислотным или щелочным соответственно.
Классификация солей
Любую соль можно представить как продукт взаимодействия основания с кислотой. Например, соль KClO образована сильным основанием KOH и слабой кислотой HClO.
В зависимости от силы основания и кислоты можно выделить четыре типа солей.
Рассмотрим поведение солей различных типов в растворе.
- Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой.
Например, соль цианид калия KCN образована сильным основанием KOH и слабой кислотой HCN:
В водном растворе соли происходят два процесса:
1) незначительная обратимая диссоциация молекул воды (очень слабого амфотерного электролита), которую упрощенно можно записать с помощью уравнения
2) полная диссоциация соли (сильного электролита):
KCN=K++CN−
Образующиеся при этих процессах ионы Н+ и CN− взаимодействуют между собой, связываясь в молекулы слабого электролита — цианистоводородной кислоты HCN, тогда как гидроксид — ион ОН− остается в растворе, обусловливая тем самым его щелочную среду. Происходит гидролиз по аниону CN−.
Запишем полное ионное уравнение происходящего процесса (гидролиза):
Этот процесс обратим, и химическое равновесие смещено влево (в сторону образования исходных веществ), т.к. вода — значительно более слабый электролит, чем цианистоводородная кислота HCN.
Уравнение показывает, что:
а) в растворе есть свободные гидроксид-ионы ОН−, и концентрация их больше, чем в чистой воде, поэтому раствор соли KCN имеет щелочную среду (рН>7);
б) в реакции с водой участвуют ионы CN−, в таком случае говорят, что идет гидролиз по аниону. Другие примеры анионов, которые участвуют в реакции с водой:
|
HCOO–,CH3COO–,NO2– |
от слабых кислот — муравьиной HCOOH, уксусной CH3COOH, азотистой HNO2 |
|
S2−,CO32−,SO32−,PO43− |
от слабых кислот — сероводородной H2S, угольной H2CO3, сернистой H2SO3, ортофосфорной H3PO4 |
Рассмотрим гидролиз карбоната натрия Na2CO3.
Происходит гидролиз соли по аниону CO32−.
Сокращенное ионное уравнение гидролиза:
Продукты гидролиза — кислая соль NaHCO3 и гидроксид натрия NaOH.
Среда водного раствора карбоната натрия — щелочная (рН>7), потому что в растворе увеличивается концентрация ионов ОН−. Кислая соль NaHCO3 тоже может подвергаться гидролизу, который протекает в очень незначительной степени, и им можно пренебречь.
Подведем итог тому, что вы узнали о гидролизе по аниону:
а) по аниону соли, как правило, гидролизуются обратимо;
б) химическое равновесие в таких реакциях сильно смещено влево;
в) реакция среды в растворах подобных солей щелочная (рН>7);
г) при гидролизе солей, образованных слабыми многоосновными кислотами, получаются кислые соли.
- Соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием.
Рассмотрим гидролиз хлорида аммония NH4Cl.
В водном растворе соли происходят два процесса:
1) незначительная обратимая диссоциация молекул воды (очень слабого амфотерного электролита), которую упрощенно можно записать с помощью уравнения:
2) полная диссоциация соли (сильного электролита):
NH4Cl=NH4++Cl−
Образующиеся при этом ионы OH− и NH4+ взаимодействуют между собой с получением NH3·H2O (слабый электролит), тогда как ионы Н+ остаются в растворе, обусловливая тем самым его кислотную среду.
Процесс обратим, химическое равновесие смещено в сторону образования исходных веществ, т.к. вода Н2О — значительно более слабый электролит, чем гидрат аммиака 
Сокращенное ионное уравнение гидролиза:
Уравнение показывает, что:
а) в растворе есть свободные ионы водорода Н+, и их концентрация больше, чем в чистой воде, поэтому раствор соли имеет кислотную среду (рН<7);
б) в реакции с водой участвуют катионы аммония NH4+; в таком случае говорят, что идет гидролиз по катиону.
В реакции с водой могут участвовать и многозарядные катионы: двухзарядные М2+ (например, Ni2+,Cu2+,Zn2+…), кроме катионов щелочноземельных металлов, трехзарядные М3+ (например, Fe3+,Al3+,Cr3+…).
Рассмотрим гидролиз нитрата никеля Ni(NO3)2.
Происходит гидролиз соли по катиону Ni2+.
Продукты гидролиза — основная соль NiOHNO3 и азотная кислота HNO3.
Среда водного раствора нитрата никеля кислотная (рН<7), потому что в растворе увеличивается концентрация ионов Н+.
Гидролиз соли NiOHNO3 протекает в значительно меньшей степени, и им можно пренебречь.
Подведем итог тому, что вы узнали о гидролизе по катиону:
а) по катиону соли, как правило, гидролизуются обратимо;
б) химическое равновесие реакций сильно смещено влево;
в) реакция среды в растворах таких солей кислотная (рН<7);
г) при гидролизе солей, образованных слабыми многокислотными основаниями, получаются основные соли.
- Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой.
Вам, очевидно, уже ясно, что такие соли подвергаются гидролизу и по катиону, и по аниону.
Катион слабого основания связывает ионы ОН− из молекул воды, образуя слабое основание; анион слабой кислоты связывает ионы Н+ из молекул воды, образуя слабую кислоту. Реакция растворов этих солей может быть нейтральной, слабокислотной или слабощелочной. Это зависит от констант диссоциации двух слабых электролитов — кислоты и основания, которые образуются в результате гидролиза.
Например, рассмотрим гидролиз двух солей: ацетата аммония NH4(CH3COO) и формиата аммония NH4(HCОO).
В водных растворах этих солей катионы слабого основания NH4+ взаимодействуют с гидроксидионами ОН− (напомним, что вода диссоциирует 
), а анионы слабых кислот CH3COO− и HCOO− взаимодействуют с катионами Н+ с образованием молекул слабых кислот — уксусной CH3COOH и муравьиной HCOOH.
Запишем ионные уравнения гидролиза:
В этих случаях гидролиз тоже обратимый, но равновесие смещено в сторону образования продуктов гидролиза — двух слабых электролитов.
Как вы уже заметили, гидролиз большинства солей является обратимым процессом. В состоянии химического равновесия гидролизована лишь часть соли. Однако некоторые соли полностью разлагаются водой, т.е. их гидролиз является необратимым процессом.
В таблице «Растворимость кислот, оснований и солей в воде» вы найдете примечание: «в водной среде разлагаются» — это значит, что такие соли подвергаются необратимому гидролизу. Например, сульфид алюминия Al2S3 в воде подвергается необратимому гидролизу, т. к. появляющиеся при гидролизе по катиону ионы Н+ связываются образующимися при гидролизе по аниону ионами ОН−. Это усиливает гидролиз и приводит к образованию нерастворимого гидроксида алюминия и газообразного сероводорода:
Al2S3+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑
Поэтому сульфид алюминия Al2S3 нельзя получить реакцией обмена между водными растворами двух солей, например хлорида алюминия AlCl3 и сульфида натрия Na2S.
Возможны и другие случаи необратимого гидролиза, их нетрудно предсказать, ведь для необратимости процесса необходимо, чтобы хотя бы один из продуктов гидролиза уходил из сферы реакции.
Подведем итог тому, что вы узнали о гидролизе и по катиону, и по аниону:
а) если соли гидролизуются и по катиону, и по аниону обратимо, то химическое равновесие в реакциях гидролиза смещено вправо;
б) реакция среды при этом или нейтральная, или слабокислотная, или слабощелочная, что зависит от соотношения констант диссоциации образующихся основания и кислоты;
в) соли могут гидролизоваться и по катиону, и по аниону необратимо, если хотя бы один из продуктов гидролиза уходит из сферы реакции.
- Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, не подвергаются гидролизу.
Соль в водном растворе диссоциирует на ионы (KCl=K++Cl–), но при взаимодействии с водой слабый электролит образоваться не может. Среда раствора нейтральная (рН=7), т.к. концентрации ионов Н+ и ОН− в растворе равны, как в чистой воде.
Другими примерами подобных солей могут быть галогениды, нитраты, перхлораты, сульфаты, хроматы и дихроматы щелочных металлов, галогениды (кроме фторидов), нитраты и перхлораты щелочноземельных металлов.
Следует также отметить, что реакция обратимого гидролиза полностью подчиняется принципу Ле Шателье. По этому гидролиз соли можно усилить (и даже сделать необратимым) следующими способами:
а) добавить воды (уменьшить концентрацию);
б) нагреть раствор, при этом усиливается эндотермическая диссоциация воды:
а значит, увеличивается количество Н+ и ОН–, которые необходимы для осуществления гидролиза соли;
в) связать один из продуктов гидролиза в труднорастворимое соединение или удалить один из продуктов в газовую фазу; например, гидролиз цианида аммония NH4CN будет значительно усиливаться за счет разложения гидрата аммиака с образованием аммиака NH3 и воды Н2О:
Гидролиз можно подавить (значительно уменьшить количество подвергающейся гидролизу соли), действуя следующим образом:
а) увеличить концентрацию растворенного вещества;
б) охладить раствор (для ослабления гидролиза растворы солей следует хранить концентрированными и при низких температурах);
в) ввести в раствор один из продуктов гидролиза; например, подкислять раствор, если его среда в результате гидролиза кислотная, или подщелачивать, если щелочная.
Значение гидролиза
Гидролиз солей имеет и практическое, и биологическое значение. Еще в древности в качестве моющего средства использовали золу. В золе содержится карбонат калия K2CO3, который в воде гидролизуется по аниону, водный раствор приобретает мылкость за счет образующихся при гидролизе ионов ОН−.
В настоящее время в быту мы используем мыло, стиральные порошки и другие моющие средства. Основной компонент мыла — это натриевые и калиевые соли высших жирных карбоновых кислот: стеараты, пальмитаты, которые гидролизуются.
Гидролиз стеарата натрия С17Н35COONa выражается следующим ионным уравнением:
т.е. раствор имеет слабощелочную среду.
В состав же стиральных порошков и других моющих средств специально вводят соли неорганических кислот (фосфаты, карбонаты), которые усиливают моющее действие за счет повышения рН среды.
Соли, создающие необходимую щелочную среду раствора, содержатся в фотографическом проявителе. Это карбонат натрия Na2CO3, карбонат калия K2CO3, бура Na2B4O7 и другие соли, гидролизующиеся по аниону.
Если кислотность почвы недостаточна, у растений появляется болезнь — хлороз. Ее признаки — пожелтение или побеление листьев, отставание в росте и развитии. Если рНпочвы>7.5, то в нее вносят удобрение сульфат аммония (NH4)2SO4, которое способствует повышению кислотности благодаря гидролизу по катиону, проходящему в почве:
Неоценима биологическая роль гидролиза некоторых солей, входящих в состав нашего организма. Например, в состав крови входят соли гидрокарбонат и гидрофосфат натрия. Их роль заключается в поддержании определенной реакции среды. Это происходит за счет смещения равновесия процессов гидролиза:
Если в крови избыток ионов Н+, они связываются с гидроксид-ионами ОН−, и равновесие смещается вправо. При избытке гидроксид-ионов ОН− равновесие смещается влево. Благодаря этому кислотность крови здорового человека колеблется незначительно.
Другой пример: в составе слюны человека есть ионы HPO42−. Благодаря им в полости рта поддерживается определенная среда (рН=7−7.5).
Закрепление:
Скажите, что вы запомнили про гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная?
Домашнее задание:
Выучить и повторить материал из конспекта
Установите соответствие между названием соли и отношением этой соли к гидролизу: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
НАЗВАНИЕ СОЛИ
- хлорид аммония
- сульфат калия
- карбонат натрия
- сульфид алюминия
ОТНОШЕНИЕ К ГИДРОЛИЗУ
- гидролизуется по катиону
- гидролизуется по аниону
- гидролизу не подвергается
- гидролизуется по катиону и аниону
Установите соответствие между названием соли и характером среды её водного раствора: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
НАЗВАНИЕ СОЛИ
- фосфат калия
- нитрат железа
- перманганат калия
- хлорид аммония
ХАРАКТЕР СРЕДЫ
- кислотная
- щелочная
- нейтральная
Установите соответствие между названием соли и характером среды её водного раствора.
НАЗВАНИЕ СОЛИ
- ацетат бария
- сульфид натрия
- сульфат хрома
- перхлорат калия
ХАРАКТЕР СРЕДЫ
- кислотная
- щелочная
- нейтральная
Установите соответствие между названием соли и характером среды её водного раствора: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
НАЗВАНИЕ СОЛИ
- нитрат магния
- сульфид натрия
- дихромат калия
- сульфат железа
ХАРАКТЕР СРЕДЫ
- кислотная
- щелочная
- нейтральная
Установите соответствие между названием соли и характером среды её водного раствора: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
НАЗВАНИЕ СОЛИ
- карбонат калия
- нитрат алюминия
- нитрат аммония
- сульфат натрия
ХАРАКТЕР СРЕДЫ
- кислотная
- щелочная
- нейтральная
Ссылки:
