3. Гидролиз солей

При растворении некоторых солей в воде помимо диссоциации соли и гидратации ее ионов самопроизвольно протекает кислотно-основная реакция между ионами соли и молекулами воды, называемая гидролизом соли.

Гидролиз соли – процесс ионообменного взаимодействия ионов соли с молекулами воды, в результате которого образуются слабо диссоциирующие молекулы или ионы

При взаимодействии с анионами солей вода ведет себя как кислота, а с катионами солей – как основание. При этом в растворе соли появляются свободные ионы Н⁺ или ОН^-, образовавшихся из молекул воды, что обуславливает кислую или щелочную среду водного раствора гидролизующейся соли.

Способность солей подвергаться гидролизу и глубина протекания этого процесса зависят прежде всего от природы ионов, образующих соль, а также от растворимости соли в воде.

Соли, образованные катионами сильных оснований и анионами сильных кислот (KNO₃, Na₂SO₄, BaCl₂), гидролизу не подвергаются, т.к. ни катион, ни анион соли не могут образовать с водой слабых электролитов.

Практически не гидролизуются и труднорастворимые соли (CaCO₃, Mg₃(PO₄)₂) из-за очень незначительной концентрации их ионов в воде.

Гидролиз солей происходит лишь в тех случаях, когда ионы соли могут при взаимодействии с молекулами воды образовать слабо диссоциирующие кислоты или основания. Поэтому гидролизу подвергаются соли, образованные:

1. Анионами слабых кислот и катионами сильных оснований (гидролиз по аниону соли).

2. Катионами слабых оснований и анионами сильных кислот (гидролиз по катиону соли).

3. Катионами слабых оснований и анионами слабых кислот (одновременный гидролиз и по катиону и по аниону соли).

Гидролиз по аниону слабой кислоты.

Пример 1. Гидролиз ацетата натрия, СН₃СООNa. Данная соль образована анионом слабой кислоты СН₃СООН и катионом сильного основания NaOH. В растворе этой соли устанавливается гидролитическое равновесие с участие иона СН₃СОО^-:

СН₃СОО^- + Н₂О ↔ СН₃СООН + ОН^-

Которое самопроизвольно сильно смещено влево, в сторону образования молекул воды – электролита, значительно более слабого, чем уксусная кислота

Пример 2. Гидролиз карбоната натрия Na₂CO₃. Карбонат натрия является солью сильного основания NaOH и слабой многоосновной угольной кислоты Н₂СО₃. В растворе этой соли идет гидролиз с участием ее анионов. В соответствии со ступенчатым характером диссоциации кислоты взаимодействие ионов СО₃^2- с молекулами воды также будет ступенчатым двухстадийным процессом:

СО₃^2- + Н₂О ↔ НСО₃^- + ОН^- (1-я стадия)

НСО₃^- + Н₂О ↔ Н₂СО₃ + ОН^- (2-я стадия, сильно смещена в сторону образования воды). В обычных условиях гидролиз средней соли протекает практически только по 1-ой стадии.

Оба примера показывают, что при гидролизе анионов образуются ионы ОН^-, поэтому растворы таких солей имеют щелочную среду.

Гидролиз по катиону слабого основания.

Пример 3.Гидролиз хлорида аммонияNH₄Cl. Соль образована катионом NH₄⁺ слабого основания NH₃*H₂O и анионом сильной кислоты HCl. В реакции гидролиза участвуют только катионы соли (NH₄⁺):

NH₄⁺ + Н₂О ↔ NH₃*H₂O + Н⁺

В результате установившегося равновесия, самопроизвольно смещенного влево, раствор соли содержит некоторое количество ионов Н⁺ и поэтому имеет слабокислую среду.

Пример 4. Гидролиз хлорида меди (II) CuCl₂.

Так как гидроксид меди (II) является слабым многокислотным основанием, то взаимодействие ионов Cu²⁺c водой идет ступенчато:

Cu²⁺ + НОН ↔ (CuОН)⁺ + Н⁺ (1-я ступень)

(CuОН)⁺ + НОН ↔ Cu(ОН)₂ + Н⁺ (2-я ступень)

При растворении средней соли в воде гидролиз протекает по 1-ой ступени, т.е. приводит к образованию катионов основных солей. Уравнение гидролиза CuCl₂ в молекулярно-ионной форме имеет вид:

Cu²⁺ + НОН ↔ (CuОН)⁺ + Н⁺

При гидролизе данного типа солей в результате устанавливающихся равновесий в растворах присутствует некоторое количество катионов Н⁺, что обуславливает кислую среду этих растворов.

Гидролиз солей, образованных катионом слабого основания и анионом слабой кислоты.

Пример 5. Соли, образованные катионами слабых оснований и анионами слабых кислот (СН₃СООNH₄, Cu(NO₂)₂), гидролизуются одновременно и по катиону, и по аниону. В растворе ацетата аммония устанавливаются равновесия:

СН₃СОО^- + НОН ↔ СН₃СООН + ОН^-

NH₄⁺ + HOH ↔ NH₃*H₂O + H⁺

Среда в растворах солей этого типа близка к нейтральной и зависит от сравнительной способности к диссоциации продуктов гидролиза. Так, в растворе СН₃СООNH₄ она нейтральная, т.к. уксусная кислота и гидрат аммиака являются слабыми электролитами в одинаковой мере.

Пример 6. В растворе нитрита меди (II) устанавливаются равновесия:

Cu²⁺ + НОН ↔ (CuОН)⁺ + Н⁺

NО₂^- + НОН ↔ НNО₂ + ОН^-

Так как НNО₂ является менее слабым электролитом, чем Cu(ОН)₂, то преобладает гидролиз; катионов и среда в растворе слабокислая.

Полный гидролиз солей в водных растворах.

Некоторые соли, гидролизующиеся по катиону и по аниону, например, сульфиды или карбонаты алюминия (Al₂S₃, Al₂(CO₃)₃), хрома (Cr₂S₃, Cr₂(CO₃)₃) или железа (III) (Fe₂S₃, Fe₂(CO₃)₃) гидролизуются полностью и необратимо. Так как при взаимодействии их ионов с водой образуются малорастворимые основания и неустойчивые или летучие кислоты, что способствует протеканию реакции гидролиза до конца:

Al₂(CO₃)₃ + 3Н₂О = 2 Al(ОН)₃↓ + 3СО₂↑

Cr₂S₃ + 3Н₂О = Cr(ОН)₃↓ + 3Н₂S↑

Такие соли вообще не существуют в водных растворах и не могут быть получены по ионообменным реакциям в водных растворах, так как вместо них образуются продукты их полного гидролиза.

Тесты и задания для самоподготовки

Тесты

1. Какие из указанных частиц являются в водных растворах

а) только кислотой, б) только основанием, в) амфолитом?

CO₃^2-; HCl; [Cu(H₂O)₄]^2-; CH₃COOH; NH₃; NH₄⁺; H₂PO₄^-; Al(OH)₃

2. В каких из реакций, уравнения которых приведены ниже, молекулы воды являются: а) кислотой, б) основанием?

А. Na₂CO₃ + HOH ↔ NaHCO₃ + NaOH

Б. СH₃COOH + HOH ↔ CH₃COO^- + H₃O^-

В. AlO₂^- + 2HOH ↔ Al(OH)₃ + OH^-

Г. NH₃ + HOH ↔ NH₄⁺ + OH^-

Д. NH₄⁺ + HOH ↔ NH₃ + H₃O⁺

3. Какие из приведенных реакций соответствуют ионному уравнению:

Н⁺ + ОН^- = Н₂О?

А.HClO + KOH = KClO + H₂O

Б. H₂SO₄ + Mg(OH)₂ = MgSO₄ + 2H₂O

В. 2HNO₃ + Ba(OH)₂ = Ba(NO₃)₂ + 2H₂O

Г.KHCO₃ + 2KOH = K₂CO₃ + H₂O

Д.2KHSO₄ + 2NaOH = K₂SO₄ + Na₂SO₄ + 2H₂O

Е.HClO₄ + NaOH = NaClO₄ + H₂O

Ж.HF + NaOH = NaF + H₂O

4. Выберите формулы веществ, водные растворы которых имеют:

а) кислую, б) нейтральную, в) щелочную среду:

HCOOH; KNO₃; NaJ; NH₄Br; CH₃OH; Na₂O₄; NO₂; H₃PO₄; Ba(NO₃)₂; KHSO₄; NaHS; BeCl₂; CaCl₂; CH₃COONa; MgSO₄; NaClO; NaClO₄; Cl₂O; Li₂O

5. Выберите формулу вещества, в растворе которого будет наиболее щелочная среда (температуры и молярные концентрации растворов солей одинаковы):

NaHCO₃; Na₂CO₃; Na₃PO₄; CH₃COONa

6. Выберите формулу вещества, в растворе которого будет наиболее кислая среда (температуры и молярные концентрации растворов солей одинаковы):

NH₄Cl; CuCl₂; AlCl₃

7. Укажите цвет лакмуса в растворах солей а) Na₂CO₃; б) Ba(NO₃)₂; в) CuCl₂:

А. красный Б. синий В. фиолетовый

8. Раствор роданида калия KCNS имеет нейтральную среду. К какому типу кислот – сильных или слабых – относится родановодородная кислота НCNS ?

А. сильная Б. слабая

9. Выберите формулы веществ, добавление которых к раствору AlCl₃ усилит гидролиз этой соли:

HNO₃; KOH; AlCl₃*6H₂O; K₂CO_3; H₂O

10. Выберите формулы веществ, добавление которых к раствору K₂S уменьшит гидролиз этой соли:

HNO₃; KOH; KCl; H₂O; NaOH

Задания

72. К 10 мл 0,1 М раствора HCl добавили 6 мл 0,1 М раствора NaOH. Рассчитайте концентрацию ионов Н⁺ в полученном растворе.

73. К 10 мл 0,1 М раствора HCl добавили 0,6 г СН₃СООН. Произошло ли существенное изменение концентрации ионов Н⁺ ?

74. К раствору, содержащему 1,38 г К₂СО₃, добавили 10 мл 1 М раствора HCl. Какие вещества и в каком количестве содержит вновь образовавшийся раствор?

75. Запишите ионные уравнения реакций гидролиза: а) AlCl₃, ,) Na₂CO₃. Какая среда в растворе каждой из солей? Что произойдет при сливании этих растворов? Составьте молекулярное и ионно-молекулярное уравнения соответствующих реакций.