Гидролиз бинарных соединений

Тема 7. Гидролиз солей

Виды среды в водных растворах

Чистая вода – тоже электролит, но очень слабый. Часть молекул воды разлагается по реакции

H₂O H⁺ + OH^–

Доказано, что при комнатной температуре 25°С, распадается только одна из 10⁸ молекул воды!

В чистой воде концентрация иона H⁺ равна концентрации иона OH^– С (H⁺) = C (OH^–) такое состояние называется нейтральная среда.

При 25°С С (H⁺) = C (OH^–) = 10^–7 моль/л.

Если в воду добавить кислоту, то количество ионов H⁺ резко увеличится: С (H⁺) > C (OH^–), С (H⁺) > 10^–7 моль/л, среда становится кислой.

Если в чистую воду добавить основание: С (H⁺) < C (OH^–), С (H⁺) < 10^–7 моль/л, такая среда является щелочной.

Концентрации ионов в растворе обычно много меньше 1 моль/л, поэтому для удобства часто пользуются не концентрациями, а их логарифмами. Например, логарифм концентрации иона водорода

pH = – lg С (H⁺)

называется водородным показателем, именно им часто количественно выражают среду раствора:

нейтральная среда

pH = – lg(10^–7) = 7

кислая среда

pH < 7

щелочная среда

pH > 7

Визуальная оценка среды растворов

Некоторые органические вещества, и природного, и синтетического происхождения, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. Их издавна применяют в химии и в виде растворов, и в виде индикаторной бумаги (фильтровальной бумаги, пропитанной раствором индикаторов и высушенной). Индикаторы, которые необходимо знать для сдачи ЕГЭ, приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Окраска основных индикаторов

Индикатор	Окраска индикатора в среде:
Индикатор	Кислой	Нейтральной	Щелочной
Лакмус	Красный	Фиолетовый	Синий
Фенолфталеин	Бесцветный	Бесцветный	Малиновый
Метиловый оранжевый	Красный	Желтый	Желтый

Например, в растворе соляной кислоты лакмус и метиловый оранжевый приобретаю красный цвет, а в растворе гидроксида натрия фенолфталеин окрашивается в малиновый. Но и в растворах некоторых солей индикаторы меняют цвет, хотя в их составе нет ионов H⁺ и OH^–. Причина – гидролиз солей.

Гидролиз солей

Гидролиз солей – обменная реакция между ионами соли и воды, приводящая к образованию слабого электролита.

Соли можно разделить на 4 группы.

1. Соль образована сильным основанием и сильной кислотой.

Например, NaCl может быть получен взаимодействием сильного основания NaOH и сильной кислотой HCl. В растворе NaCl распадается на ионы:

NaCl = Na⁺ + Cl^–

Образующиеся ионы не будут реагировать с молекулами воды по правилам реакций ионного обмена – при таком взаимодействии образовался бы сильный электролит:

Na⁺ + H₂O = ~~NaOH~~ (сразу распадается) + H⁺

Cl^– + H₂O = ~~HCl~~ (сразу распадается) + OH^–

Вывод: если соль образована сильным основанием и сильной кислотой, то:

– соль не подвергается гидролизу;

– среда в растворе нейтральная;

– pH = 7;

– окраска индикаторов соответствует нейтральной среде (таблица 1).

2. Соль образована сильным основанием, но слабой кислотой.

Рассмотрим K₂CO₃. Соль образована сильным основанием KOH и слабой кислотой H₂CO₃. В растворе K₂CO₃ распадается на ионы:

K₂CO₃ = 2K⁺ + CO₃^2–

Образующийся ион K⁺ не будет реагировать с молекулами воды (см. выше), а ион CO₃^2– может вступать в реакцию:

CO₃^2– + H₂O HCO₃^– + ОH^–

так как образуются малодиссоциирующие ионы HCO₃^– (ионы слабого электролита H₂CO₃). Конечно, ион HCO₃^– более сильный электролит, чем вода, и равновесие данной реакции смещено влево, все же в небольшой степени идет и прямая реакция. При этом в растворе появляются избыточные ионы ОH^–, среда становится щелочной.

Реакция гидролиза соли – процесс обратный реакции нейтрализации и в растворе в небольшом количестве образуются основание и кислота, составляющие эту соль. Среда в растворе соли определяется по сильному электролиту, входящему в состав соли.

Вывод: если соль образована сильным основанием и слабой кислотой, то:

– соль подвергается гидролизу по аниону;

– среда в растворе щелочная;

– pH > 7;

– фенолфталеин в растворе соли окрашен в малиновый цвет, лакмус в синий (таблица 1).

3. Соль образована слабым основанием и сильной кислотой.

Рассмотрим FeCl₃. Соль образована слабым основанием Fe(OH)₃ и сильной кислотой HCl. В растворе FeCl₃ распадается на ионы:

FeCl₃ = Fe³⁺ + 3Cl^–

Ион Fe⁺³ соответствует слабому основанию, поэтому будет идти реакция:

Fe³⁺ + H₂O FeOH²⁺ + H⁺

При этом в растворе появляются избыточные ионы H⁺, среда становится кислой.

Образующийся ион Cl^– не будет реагировать с молекулами воды.

Вывод: если соль образована слабым основанием и сильной кислотой, то:

– соль подвергается гидролизу по катиону;

– среда в растворе кислая;

– pH < 7;

– лакмус и метиловый оранжевый в растворе соли окрашены в красный цвет (таблица 1).

4. Соль образована и слабым основанием и слабой кислотой.

Рассмотрим NH₄CH₃COO. Соль образована слабым основанием NH₄OH (NH₃·H₂O) и слабой кислотой CH₃COOH. В растворе NH₄CH₃COO распадается на ионы:

NH₄CH₃COO ® NH₄⁺ + CH₃COO^–

И катион, и анион будут взаимодействовать с водой:

NH₄⁺ + H₂O NH₃·H₂O + H⁺

CH₃COO^– + H₂O CH₃COOH + OH^–

Гидролиз этого типа солей идет в большей степени, чем других. В некоторых случаях соль полностью, необратимо разлагается водой. Это можно узнать, посмотрев таблицу растворимости (см. Приложение Б). Например, в клетке Al₂S₃ стоит знак «–» – в водной среде разлагается – это значит, что гидролиз этой соли необратим, соль разлагается на образующие ее основание и кислоту:

Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃¯ + 3H₂S

В данном случае образуются не просто слабые электролиты, но и осадок и газ – это смещает равновесие в сторону продуктов.

Среда в растворах солей этого типа близкая к нейтральной: если образующееся основание чуть сильнее кислоты – pH немного больше 7, если чуть сильнее кислота – немного меньше 7, в целом обычно пишут pH ≈ 7.

Вывод: если соль образована слабым основанием и слабой кислотой, то:

– соль подвергается гидролизу и по катиону и по аниону;

– среда в растворе близка к нейтральной;

– pH ≈ 7;

– окраска индикаторов соответствует нейтральной среде (таблица 1).

Выше разобраны стандартные задания на гидролиз, однако в этой теме существуют достаточно сложные моменты: разложение бинарных соединений, гидролиз кислых солей (основные соли обычно нерастворимы), совместный гидролиз двух солей. Разберем эти темы подробно.

Гидролиз бинарных соединений

Некоторые бинарные соединения разлагаются водой подобно гидролизующимся солям, например: