Факторы, влияющие на степень гидролиза

Изучение нового материала

Вода по отношению к веществам может быть растворителем и реагентом. В том случае, когда вода выступает средой реакции и реагентом, говорят о процессе гидролиза. Гидролиз - обменное взаимодействие вещества с водой. При гидролизе, как правило, степени окисления элементов сохраняются.

Гидролизу подвергаются:

1. Солеподобные вещества: гидриды, нитриды, фосфиды, карбиды:

2NaH + H2O = 2NaOH + H2↑

Na3N + 3H2O = 3NaOH + NH3↑

Ca3P2+ 6H2O = 3 Ca(OH)2+ 2PH3↑

AI4C3+ 12 H2O = 4AI(OH)3↓+ 3CH4↑

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2C2H2↑

2. Некоторые соединения неметаллов между собой:

PCI3+ 3H2O = H3PO3 + 3HCI
PCI5 +4 H2O = H3PO4 + 5HCI

SiCI4 +3H2O = 4HCI+H2SiO3↓

3.Органические вещества:

а) галогеналканы:

C2H5Br + H2O ⇄ C2H5OH + HBr

б) алкоголяты, феноляты:

C2H5ONa + H2O → C2H5OH + NaОН

C6H5ONa + H2O ⇄ C6H5OH + NaОН

в) соли органических кислот:

C17H35COONa + H2O ⇄ C17H35COOH + NaОН

г) сложные эфиры:

СН3СООС2Н5 + H2O⇄ СН3СООН + С2Н5ОН

д) углеводы, например, сахароза, крахмал, целлюлоза

С12Н22О11+ H2O → С6Н12О6 + С6Н12О6

сахароза

Гидролиз солей.

Гидролиз соли – процесс взаимодействия ионов соли с молекулами воды, в результате которого образуются слабо диссоциирующие молекулы или ионы.Способность солей подвергаться гидролизу и глубина протекания этого процесса зависят от природы ионов, образующих соль, а также от растворимости соли в воде. Любую соль можно рассматривать как продукт взаимодействия кислоты с основанием, т.е. как результат кислотно-основного взаимодействия.

В зависимости от силы исходной кислоты и исходного основания все соли можно разделить на четыре типа.

Типы солей

Кислота	Основание
	Сильный электролит: LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba (OH)2…	Слабый электролит: NH4OH, Cu(OH)2, Zn(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3…
Сильная: HCI, H2SO4, HNO3, HI, HCIO4, HMnO4…	NaCI, Na2SO4, KI, Ba (NO3)2, CaCI2… Гидролиз не идет Среда нейтральная Цвет индикаторов не изменяется	Fe(NO3)2, FeCI3, ZnCI2, NH4CI… Гидролиз по катиону Среда кислая Окраска лакмуса красная
Слабая: HF, H3PO4, H2CO3, H2S, H2SiO3, CH3COOH…	Na2CO3, K3PO4, Na2SiO3, Na2S, KF… Гидролиз по аниону Среда щелочная Окраска фенолфталеина малиновая	AI2S3, (NH4)2CO3, CH3COONH4… Гидролиз по катиону и аниону Среда может быть различной Окраска индикаторов в соответствии с характером среды

Гидролиз солей наблюдается в тех случаях, когда ионы соли при взаимодействии с молекулами воды могут образовать слабо диссоциирующие кислоты или основания. Отсюда следует, что гидролизу подвергаются соли, образованные:

-анионами слабых кислот и катионами сильных оснований- гидролиз по аниону соли (Na2CO3и др.);

- катионами слабых оснований и анионами сильных кислот- гидролиз по катиону соли (ZnCI2и др.);

-катионами слабых оснований и анионами слабых кислот - гидролиз и по катиону, и по аниону соли (CH3COONH4 и др.);

Соли, образованные катионами сильных оснований и анионами сильных кислот, гидролизу не подвергаются, т.к. ни катион, ни анион не образует с водой слабые электролиты.

Практически не гидролизуются и малорастворимые соли (например, СаСО3), из-за чрезвычайно маленькой концентрации их ионов в растворе.

Гидролиз – обменный кислотно-основной процесс. Протолитическая теория кислот и оснований рассматривает гидролиз как частный случай кислотно-основного равновесия, где протон переходит от молекулы воды к определенному иону или от иона к молекуле воды.

Рассмотрим типичные случаи гидролиза солей на конкретных примерах.

1. Соли, образованные катионом сильного основания и анионом сильной кислоты гидролизу не подвергаются, они лишь диссоциируют в присутствии воды. В растворах таких солей (NaCI, Na2SO4, KI…) среда нейтральная.

 

2. Карбонат натрия Na2CO3- соль, растворима в воде, образована катионом сильного основания и анионом слабой кислоты, подвергается гидролизу. Гидролиз протекает по аниону.

Na2CO3⇄ 2Na++ CO32-

1 ступень

CO32- +НОН ⇄НCO3-+ ОН-

2Na+ + CO32- + НОН ⇄ 2Na++ НCO3- + ОН-

Na2CO3 + Н2О⇄ NaНCO3+ NaОН

2 ступень

NaНCO3⇄ Na+ + CO3-

НCO3- + НОН⇄ Н2 CO3 + ОН-

Na+ + НCO3- + НОН ⇄ Na+ + Н2 CO3+ ОН-

NaНCO3+ Н2О ⇄ NaОН + Н2 CO3

В растворе образуется избыток гидроксид-ионов, т.е. реакция среды щелочная.

 

3. Хлорид железа (III) FeCI3 – соль, растворима в воде, образована катионом слабого основания и анионом слабой кислоты, подвергается гидролизу. Гидролиз протекает по катиону.

1 ступень

FeCI3 ⇄ Fe3++ 3СI-

Fe3++ НОН ⇄ FeОН2+ +Н+

Fe3++ 3СI- + НОН ⇄ FeОН2+ +Н+ + 3СI-

FeCI3 + Н2О ⇄ (FeОН)СI2+НСI

2 ступень

FeОН2+ + НОН ⇄ Fe (ОН)2+ + Н+

FeОН2+ +2СI- + НОН ⇄ Fe (ОН)2+ + Н++ 2СI-

(FeОН)СI2+ Н2О ⇄ Fe (ОН)2СI+ НСI

3 ступень

Fe(ОН)2+ + НОН ⇄ Fe(ОН)3 + Н+

Fe(ОН)2+ + СI- + НОН ⇄ Fe(ОН)3 + Н+ + СI-

Fe(ОН)2СI + Н2О ⇄ Fe(ОН)3 + НСI

В растворе образуется избыток ионов водорода, т.е. реакция среды кислая.

 

4.Ацетат аммония CH3COONH4 – соль образована катионом слабого основания и анионом слабой кислоты, подвергается гидролизу. Гидролиз протекает и по катиону и по аниону. Растворы таких солей имеют слабокислую или слабощелочную реакцию в зависимости от того, какой ион гидролизуется в большей степени.

NH4+ + CH3COO-+ НОН ⇄ NH4ОН + CH3COOН

CH3COONH4 + Н2О ⇄ NH4ОН + CH3COOН,

ά (NH4OH) приблизительно равна ά (CH3COOН), среда раствора будет нейтральной.

Среда раствора таких солей определяется тем ионом соли, у которого степень гидролиза выше (в большинстве случаев выше степень гидролиза катионов и среда будет слабокислой). Например,

CuF2 ═ Cu2++2F-

Cu2+ + Н2О ⇄ CuОН+ + Н+ (ά = 0,068%)

F- + Н2О ⇄ НF + ОН- (ά = 0,0012%), среда слабокислая

 

Если соль образована катионом нерастворимого основания и анионом нерастворимой или летучей кислоты, то гидролиз такой соли протекает до конца (необратимо). Сульфид алюминия AI2S3- соль образована катионом слабого основания и анионом слабой кислоты, подвергается гидролизу. Гидролиз протекает и по катиону, и по аниону.

AI2S3 (тв.)+6 Н2О (ж.)═ 2AI (ОН)3(тв.)↓ + 3Н2S(г.)↑

Особые случаи гидролиза:

1). Гидрофосфат натрия Na2HPO4 – соль образована катионом сильного

основания и анионом слабой кислоты. Гидролиз протекает по аниону.

Na2HPO4 + Н2О ⇄ NaH2PO4+ NaОН

дигидрофосфат натрия

HPO42- + Н2О ⇄ H2PO4- + ОН-, среда щелочная

 

2) 2AICI3+ Na2CO3 + 3Н2О ═ 2AI (OH)3 ↓+ 3CO2↑ + 6NaCI

3). 2ZnSO4+ 2 Na2CO3 + Н2О ═ (ZnOH)2CO3+ Na2SO4+ CO2↑

4). 2CuSO4+ 2 Na2CO3 + Н2О ═ (CuOH)2CO3+ CO2↑+ Na2SO4

5). CuSO4+ 2 NaНCO3 ═ Cu(OH)2↓ + Na2SO4+ 2CO2↑

6). 2FeCI3+ 3 Na2CO3 + 3Н2О ═ 2Fe(OH)3↓ + 6NaCI + 3CO2↑

Степень гидролиза

Количественной характеристикой гидролиза соли является степень гидролиза (h).

 

h = число гидролизованных молей /исходное число молей

Факторы, влияющие на степень гидролиза

Поскольку гидролиз солей процесс обратимый, то на состояние равновесия гидролиза влияют: химическая природа соли, температура, концентрация соли, концентрация продуктов гидролиза (ионов Н+и ОН-).