Гидролиз солей. Гидролиз солей – процесс обменного взаимодействия ионов соли с водой, приводящий к образованию слабого электролита

Гидролиз солей – процесс обменного взаимодействия ионов соли с водой, приводящий к образованию слабого электролита. Катион или анион соли (или оба вида ионов одновременно) могут связывать соответственно гидроксид анион ОН^- или катион водорода Н⁺ воды (либо те и другие) с образованием малодиссоциирующего соединения (основания, кислоты, гидроксокатиона основной соли, гидроаниона кислой соли, малорастворимого соединения). При этом происходит смещение равновесия диссоциации воды и изменяется рН раствора. При связывании иона Н⁺ воды ионом соли в растворе накапливаются ионы ОН^-, реакция среды будет щелочная, а при связывании ионов ОН^- - накапливаются ионы Н⁺ и реакция среды будет кислая. Кислотность или щелочность среды характеризует водородный показатель рН, который равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода (). В кислых растворах рН < 7, и чем меньше рН, тем более кислую среду имеет раствор. В щелочных растворах рН > 7, и чем больше рН, тем больше щелочность раствора. В нейтральной среде рН = 7.

Гидролизу в водных растворах подвергаются соли, содержащие катионы слабых оснований и анионы слабых кислот. Соли, содержащие катионы сильных оснований и анионы сильных кислот в водных растворах практически не гидролизуются, так как в системе имеется лишь один слабый электролит Н₂О, поэтому отсутствует возможность связывания ионов Н⁺ и ОН^- воды ионами соли.

Гидролиз солей – процесс обратимый, однако если продукты гидролиза покидают сферу реакции (выделяются в виде осадка или газа), то гидролиз протекает необратимо.

При составлении ионно-молекулярных уравнений реакции гидролиза следует: определить силу основания и кислоты, образующих данную соль; записать уравнение диссоциации соли и сделать вывод о том, какой ион (или ионы) гидролизуются; написать ионно-молекулярное уравнение гидролиза, учитывая, что вода – слабый электролит и что сумма зарядов должна быть одинаковой в обоих частях уравнения. Следует также учитывать, что гидролиз солей, образованных слабыми многоосновными кислотами и сильными основаниями (например, Na₂S, K₃PO₄, Na₂SO₃, K₂CO₃) или солей, образованных слабыми многокислотными основаниями и сильными кислотами (например, Cu(NO₃)₂, CuCl₂, AlCl₃, ZnSO₄) протекает ступенчато в соответствии с величиной заряда аниона или катиона. Но в обычных условиях практически протекает только первая ступень гидролиза, так как в результате ее образуется наиболее слабый электролит (гидроанион или гидроксокатион) из образующихся слабых электролитов по всем стадиям гидролиза. Также при первой стадии гидролиза в растворе создается значительная концентрация продуктов гидролиза – ионов ОН^- или Н⁺, подавляющих следующие стадии гидролиза и смещая их равновесие, согласно принципу Ле - Шателье, практически нацело влево. При нагревании и разбавлении раствора гидролиз усиливается и становятся заметными следующие стадии гидролиза.

Пример 1. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: а) KCN; б) Na₂CO₃; в) ZnSO₄; г) NH₄F; д) KCl. Определите реакцию среды растворов этих солей.

Решение. а) Цианид калия KCN – соль слабой одноосновной кислоты НCN и сильного основания КОН. При растворении в воде молекулы соли полностью диссоциируют: КСN ® K⁺ + CN ^-. Катионы K⁺ не могут связывать ионы ОН ^- воды, так как КОН – сильный электролит. Анионы CN ^– связывают ионы Н⁺ воды, образуя молекулы слабого электролита НCN. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение реакции гидролиза:

CN ^- + Н₂О Û НCN + ОН ^- или в молекулярной форме:

KCN + Н₂О Û НCN + КОН.

В результате гидролиза в растворе появляется избыток гидроксид - ионов ОН^-, поэтому раствор KCN имеет щелочную реакцию (рН > 7).

б) Карбонат натрия Na₂CO₃ – соль слабой многоосновной кислоты Н₂CO₃ и сильного основания NaOH. При растворении в воде соль диссоциирует: Na₂CO₃ ® 2Na⁺ + СО . Катионы Na⁺ не могут связывать ионы ОН^- воды в молекулы NaOH, так как NaOH – сильный электролит. Соль гидролизуется по аниону. Карбонат - анион СО связывает катион водорода одной молекулы воды в слабодиссоциирующий гидрокарбонат - ион НСО , который является более слабым электролитом, чем молекула Н₂СО₃. Поэтому при обычных условиях гидролиз практически протекает по первой ступени.

Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:

CО₃^{2 -} + НОН Û НCО₃ ^- + ОН ^-

Образующиеся гидроксид – ионы обуславливают щелочную среду раствора, рН > 7.

Для составления уравнения в полной ионно-молекулярной форме приписываем противоионы Na⁺ в обе части уравнения:

2Na⁺ + CO₃^- + HOH Û Na⁺ + HCO₃^- + Na⁺ + OH^-

Молекулярное уравнение гидролиза:

Na₂CО₃ + Н₂О Û NaНCО₃ + NaОН

В результате гидролиза образуются кислая соль NаHCO₃ - гидрокарбонат натрия и основание NaOH.

в) Сульфат цинка ZnSO₄ – соль слабого многокислотного основания Zn(OН)₂ и сильной кислоты Н₂SO₄ . Соль в растворе диссоциирует: ZnSO₄ ® Zn²⁺ + SO₄^2-. Сульфат - анион SO₄^2- не может связывать катионы водорода воды в молекулы Н₂SO₄, так как серная кислота – сильный электролит.

Гидролиз протекает по катиону Zn²⁺. Катион Zn²⁺, взаимодействуя с одной молекулой воды, связывает гидроксид – анион ОН^- воды, образуя гидроксокатион цинка ZnОН⁺, который является более слабым электролитом, чем молекулы Zn(OH)₂. Поэтому при обычных условиях гидролиз протекает практически по первой ступени.

Ионно-молекулярное уравнение гидролиза

Zn²⁺ + НОН Û ZnОН⁺ + Н⁺

Катионы водорода Н⁺ обуславливают кислую среду раствора (рН<7).

Приписываем противоионы SO₄^2- и уравниваем по числу атомов элементов и числу зарядов левую и правую части уравнения

2Zn²⁺ + 2SO₄^2- + 2HOH Û 2ZnOH⁺ + SO₄^2- + 2H⁺ + SO₄^2-

Молекулярное уравнение гидролиза:

2ZnSO₄ + 2НОН Û (ZnОН)₂SO₄ + Н₂SO₄

В результате гидролиза по I ступени образуются основная соль (ZnОН)₂SO₄ - сульфат гидроксоцинка и серная кислота.

г) Фторид аммония NH₄F – соль слабого основания NH₄OH и слабой кислоты HF.

Гидролиз этой соли происходит и по катиону, и по аниону. При этом образуются слабое основание и слабая кислота.

Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:

NH₄⁺ + F ^- + H₂О Û NH₄ОН + HF

Молекулярное уравнение гидролиза:

NH₄F + H₂О Û NH₄ОН + HF

Характер среды в этом случае определяется относительной силой образовавшихся слабой кислоты и слабого основания.

д) хлорид калия KCl – соль сильного основания KOH и сильной кислоты HCl.

Молекулярное уравнение реакции:

KCl + H₂O Û KOH + HCl

Полное ионно-молекулярное уравнение:

K⁺ + Cl ^- + H₂O Û K⁺ + OH ^- + H⁺ + Cl ^-

Сокращенное ионно-молекулярное уравнение:

H₂O Û Н⁺ + OH ^-

Полученное уравнение показывает, что ни катион, ни анион соли гидролизу не подвергаются. Раствор этой соли имеет нейтральную реакцию среды, рН = 7.

Пример 2. При смешивании растворов Al(NO₃)₃ и K₂CO₃ каждая из солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.

Решение. Al(NO₃)₃ – соль сильной одноосновной кислоты и слабого многокислотного основания гидролизуется по катиону, а K₂CO₃ – соль сильного однокислотного основания и слабой двухосновной кислоты гидролизуется по аниону. Гидролиз этих солей обычно ограничивается первой ступенью:

Al³⁺ + НОН Û AlОН²⁺ + Н⁺

CO₃^2- + НОН Û НCO₃^- + ОН^-

При смешивании растворов этих солей ионы ОН^- и Н⁺ образуют молекулы слабого электролита Н₂О, что приводит к взаимному усилению гидролиза каждой из солей. При этом гидролитическое равновесие сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идет необратимо до конца с образованием малорастворимого гидроксида алюминия Al(ОН)₃ и Н₂CO₃ – неустойчивой кислоты, распадающейся на CO₂ и Н₂О.

Ионно-молекулярное уравнение:

2Al³⁺ + 3CO₃^2- + 3Н₂О = 2Al(ОН)₃¯ + 3CO₂­

Молекулярное уравнение:

2Al(NO₃)₃ + 3K₂CO₃ + 3Н₂О = 2Al(ОН)₃¯ + 3CO₂­ +6КNO₃.

ЗАДАНИЯ

201. Какие из солей KJ, Na₂SO₃, ZnSO₄, NH₄Cl подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Укажите значение рН (>7<) растворов этих солей.

202. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей MnCl₂, Na₂CO₃, Ca(NO₃)₂, NH₄CH₃COO. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

203. Какие из солей (NН₄)₂SО₄, K₂S, Pb(NO₃)₂, LiCl подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Укажите значения рН (>7<) растворов этих солей.

204. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей Na₂S, NH₄NO₃, FeSO₄, CsBr. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

205. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей CH₃COOK, ZnSO₄, Na₃PO₄, KNO₃. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

206. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей Li₂S, AlCl₃, (CH₃COO)₂Ba, NH₄CN. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

207. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей Pb(NO₃)₂, Na₂CO₃, Na₂SO₄, KNO₂. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

208. При смешивании растворов CrCl₃ и Na₂CO₃ каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярными и молекулярными уравнениями.

209. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей Cs₃PO₄, CuSO₄, NaCN, (NH₄)₂CO₃. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

210. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей Al(NO₃)₃, Cs₂CO₃, LiBr, CH₃COOK. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

211. При смешивании растворов К₂S и CrCl₃ каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.

212. Какие из солей KNO₃, Cr(NO₃)₃, (NH₄)₂S, Na₃PO₄ подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Укажите значения рН (>7<) растворов этих солей.

213. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей Cs₂CO₃, NiCl₂, NH₄CH₃COO, LiNO₂. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

214. Какие из солей NaJ, CrCl₃, K₂SiO₃, (NH₄)₂SO₃ подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Укажите значения рН (>7<) растворов этих солей.

215. Какие из солей NaBr, CH₃COOК, Na₂S, NiSO₄ подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Укажите значения рН (>7<) растворов этих солей.

216. При смешивании растворов Al₂(SO₄)₃ и Na₂S каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Составьте ионно-молекуляные и молекулярные уравнения происходящего совместного гидролиза.

217. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей (NH₄)₂S, Cs₂SiO₃, Al₂(SO₄)₃, NaCN. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

218. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей K₃PO₄, Mg(NO₃)₂, (NH₄)₂СO₃, CH₃COOLi. Какое значение

рН (>7<) имеют растворы этих солей?

219. Какие из солей K₂CO₃, FeCl₃, K₂SO₄, NH₄J подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Укажите значения рН (>7<) растворов этих солей.

220. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей Al₂(SO₄)₃, Na₂S, NH₄CN, KBr. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?