Ступенчатый гидролиз
Понятие гидролиз
Если рассматривать гидролиз солей, то гидролизу подвергаются средние и кислые соли, в образовании которых участвовали сильная кислота и слабое основание (FeSO4, ZnCl2), слабая кислота и сильное основание (NaCO3, CaSO3), слабая кислота и слабое основание ((NH4)2CO3, BeSiO3). Если соль получена путем взаимодействия сильных кислоты и основания (NaCl, K2SO4) реакция гидролиза не протекает.
Ступенчатый гидролиз
В том случае, если гидролизу подвергается соль, образованная многоосновной кислотой или многокислотным основанием, то говорят о ступенчатом гидролизе. Рассмотрим подробнее:
а) Гидролиз соли, в образовании которой участвовала многоосновная слабая кислота и сильное основание, например, силиката натрия. Это средняя соль, образованная слабой двухосновной кислотой – кремниевой (H2SiO3) и сильным основанием – гидроксидом натрия (NaOH):
Подвергается гидролизу по аниону. Характер среды водного раствора силиката натрия – щелочной. Уравнение гидролиза будет выглядеть следующим образом:
2Na + + SiO3 2- + H2O ↔ HSiO3 — + 2Na + + OH — (полное ионное уравнение);
SiO3 2- + H2O ↔ HSiO3 — + OH — (сокращенное ионное уравнение);
Na2SiO3 + H2O ↔ NaHSiO3 + NaOH (молекулярное уравнение).
Теоретически возможна вторая ступень гидролиза:
NaHSiO3↔ Na + +HSiO3 — (диссоциация соли);
Na + +HSiO3 — + H2O ↔ H2SiO3+ Na + + OH — (полное ионное уравнение);
HSiO3 — + H2O ↔ H2SiO3+ OH — (сокращенное ионное уравнение);
б) Гидролиз соли, в образовании которой участвовала сильная кислота и многокислотное слабое основание, например, сульфата цинка. Это средняя соль, образованная сильной кислотой – серной (H2SO4) и слабым двухкислотным основанием – гидроксидом цинка(Zn(OH)2). Гидролизуется по катиону. Характер среды водного раствора сульфата цинка – кислотный. Уравнение гидролиза выглядит следующим образом:
ZnSO4 ↔Zn 2+ + SO4 2- (диссоциация соли);
Zn 2+ + SO4 2- + H2O ↔ ZnOH + + SO4 2- + H + (полное ионное уравнение);
Zn 2+ + H2O ↔ ZnOH + + H + (сокращенное ионное уравнение);
Возможна вторая ступень:
ZnOH + + SO4 2- + H2O ↔ Zn(OH)2 + SO4 2 + H + (полное ионное уравнение);
ZnOH + + H2O ↔ Zn(OH)2+ H + (сокращенное ионное уравнение);
Примеры решения задач
| Задание | Укажите, какие из приведенных ниже солей подвергаются гидролизу: а) BaCl2; б) CuCl2; в) KF; г) KI: д) KHSO4. Напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярной, ионной и сокращенной ионной формах. |
| Решение | Гидролизу подвергаются соли, в составе которых присутствует «слабый ион», те. Они должны быть образованы слабой кислотой и сильным основанием, сильной кислотой и слабым основанием или слабой кислотой и слабым основанием. |
а) хлорид бария представляет собой соль, образованную сильной кислотой (хлороводородной) и сильным основанием (гидроксидом бария):
Гидролизу не подвергается.
б) хлорид меди (II) представляет собой соль, образованную сильной кислотой (хлороводородной) и слабым основанием (гидроксидом меди (II) ):
Гидролизуется по катиону:
Cu 2+ + 2Cl — + HOH ↔ CuOH + + H + + 2Cl — ;
Cu 2+ + HOH ↔ CuOH + + H + ;
в)фторид калия представляет собой соль, образованную сильной кислотой (фтороводородной) и сильным основанием (гидроксидом калия):
Гидролизу не подвергается.
г) йодид калия представляет собой соль, образованную слабой кислотой (йодоводородной) и сильным основанием (гидроксидом калия):
Гидролизуется по аниону:
K + + I — + HOH ↔ HI + OH — + K + ;
I — + HOH ↔ HI + OH — ;
д) гидросульфат калия представляет собой соль, образованную сильной кислотой (серной) и сильным основанием (гидроксидом калия):
Гидролизу не подвергается.
| Задание | Определите, какие из нижеперечисленных солей подвергаются гидролизу. Укажите характер реакции: по катиону, по аниону, и по катиону, и по аниону. |
Гидролиз по аниону протекает, если соль образована сильным основанием и слабой кислотой. Из указанных выше – это K2CO3, KCN, K2SO3.
Гидролиз по аниону протекает, если соль образована сильной кислотой и слабым основанием. Из указанных выше – этоFeCl3, NH4Cl, CuCl2.
Условием возможности протекания гидролиза и по катиону, и по аниону является образование соли слабым основанием и слабой кислотой. Такая соль только одна — (NH4)2CO3.
Источник
Гидролиз солей
Водные растворы солей имеют разные значения рН и показывают различную реакцию среды — кислую, щелочную, нейтральную.
Например, водный раствор хлорида алюминия AlCl3 имеет кислую среду (рН 7), растворы хлорида натрия NaCl и нитрита свинца Pb(NO2)2 — нейтральную среду (pН = 7). Эти соли не содержат в своем составе ионы водорода Н + или гидроксид-ионы ОН — , которые определяют среду раствора. Чем же можно объяснить различные среды водных растворов солей? Это объясняется тем, что в водных растворах соли подвергаются гидролизу.
Слово «гидролиз» означает разложение водой («гидро» — вода, «лизис» — разложение).
Гидролиз — одно из важнейших химических свойств солей.
Гидролизом соли называется взаимодействие ионов соли с водой, в результате которого образуются слабые электролиты.
Сущность гидролиза сводится к химическому взаимодействию катионов или анионов соли с гидроксид-ионами ОН — или ионами водорода Н + из молекул воды. В результате этого взаимодействия образуется малодиссоциирующее соединение (слабый электролит). Химическое равновесие процесса диссоциации воды смещается вправо.
Поэтому в водном растворе соли появляется избыток свободных ионов Н + или ОН — , и раствор соли показывает кислую или щелочную среду.
Гидролиз — процесс обратимый для большинства солей. В состоянии равновесия только небольшая часть ионов соли гидролизуется.
Любую соль можно представить как продукт взаимодействия кислоты с основанием. Например, соль NaClO образована слабой кислотой HClO и сильным основанием NaOH.
В зависимости от силы исходной кислоты и исходного основания соли можно разделить на 4 типа:
Соли I, II, III типов подвергаются гидролизу, соли IV типа не подвергаются гидролизу
Рассмотрим примеры гидролиза различных типов солей.
I. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой, подвергаются гидролизу по аниону. Эти соли образованы катионом сильного основания и анионом слабой кислоты, который связывает катион водорода Н + молекулы воды, образуя слабый электролит (кислоту).
Пример: Составим молекулярное и ионные уравнения гидролиза нитрита калия KNO2.
Соль KNO2 образована слабой одноосновной кислотой HNO2 и сильным основанием KОН, что можно изобразить схематически так:
Напишем уравнение гидролиза соли KNO2:
Каков механизм гидролиза этой соли?
Так как ионы Н + соединяются в молекулы слабого электролита HNО2, их концентрация уменьшается и равновесие процесса диссоциации воды по принципу Ле-Шателье смещается вправо. В растворе увеличивается концентрация свободных гидроксид-ионов ОН — . Поэтому раствор соли KNO2 имеет щелочную реакцию (pН > 7).
Вывод: Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой, при растворении в воде показывают щелочную реакцию среды, pН > 7.
II. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, гидролизуются по катиону. Эти соли образованы катионом слабого основания и анионом сильной кислоты. Катион соли связывает гидроксид-ион ОН — воды, образуя слабый электролит (основание).
Пример: Составим молекулярное и ионное уравнения гидролиза йодида аммония NH4I.
Соль NH4I образована слабым однокислотным основанием NH4OH и сильной кислотой НI:
При растворении в воде соли NH4I катионы аммония NH4 + связываются с гидроксид-ионами ОН — воды, образуя слабый электролит – гидроксид аммония NH4OH. В растворе появляется избыток ионов водорода Н + . Среда раствора соли NH4I – кислая, рН — из молекулы воды и образует слабое основание, и анионом слабой кислоты, который связывает ионы Н + из молекулы воды и образует слабую кислоту. Реакция растворов этих солей может быть нейтральной, слабокислой или слабощелочной. Это зависит от констант диссоциации слабой кислоты и слабого основания, которые образуются в результате гидролиза.
Пример 1: Составим уравнения гидролиза ацетата аммония CH3COONH4. Эта соль образована слабой уксусной кислотой СН3СООН и слабым основанием NH4ОH:
Реакция раствора соли CH3COONH4 – нейтральная (рН=7), потому что Kд(СН3СООН)=Kд(NH4ОH).
Пример 2: Составим уравнения гидролиза цианида аммония NH4CN. Эта соль образована слабой кислотой HCN и слабым основанием NH4ОH:
Реакция раствора соли NH4CN — слабощелочная (pН > 7), потому что Kд(NH4ОH)> Kд(HCN).
Как уже было отмечено, для большинства солей гидролиз является обратимым процессом. В состоянии равновесия гидролизуется только небольшая часть соли. Однако некоторые соли полностью разлагаются водой, т. е. для них гидролиз является необратимым.
Необратимому (полному) гидролизу подвергаются соли, которые образованы слабым нерастворимым или летучим основанием и слабой летучей или нерастворимой кислотой. Такие соли не могут существовать в водных растворах, К ним, например, относятся:
Пример: Составим уравнение гидролиза сульфида алюминия Al2S3:
Гидролиз сульфида алюминия протекает практически полностью до образования гидроксида алюминия Al(OH)3 и сероводорода H2S.
Поэтому в результате обменных реакций между водными растворами некоторых солей не всегда образуются две новые соли. Одна из этих солей может подвергаться необратимому гидролизу с образованием соответствующего нерастворимого основания и слабой летучей (нераствориой) кислоты. Например:
Суммируя эти уравнения, получаем:
или в ионном виде:
IV. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, не гидролизуются, потому что катионы и анионы этих солей не связываются с ионами Н + или ОН — воды, т. е. не образуют с ними молекул слабых электролитов. Равновесие диссоциации воды не смещается. Среда растворов этих солей — нейтральная (рН = 7,0), так как концентрации ионов Н + и ОН — в их растворах равны, как в чистой воде.
Вывод: Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, при растворении в воде гидролизу не подвергаются и показывают нейтральную реакцию среды (рН = 7,0).
Ступенчатый гидролиз
Гидролиз солей может протекать ступенчато. Рассмотрим случаи ступенчатого гидролиза.
Если соль образована слабой многоосновной кислотой и сильным основанием, число ступеней гидролиза зависит от основности слабой кислоты. В водном растворе таких солей на первых ступенях гидролиза образуются кислая соль вместо кислоты и сильное основание. Ступенчато гидролизуюгся соли Na2SO3, Rb2CО3, K2SiO3, Li3PO4 и др.
Пример: Составим молекулярное и ионное уравнения гидролиза карбоната калия K2СО3.
Гидролиз соли K2СО3 протекает по аниону, потому что соль карбонат калия образована слабой кислотой Н2СО3 и сильным основанием KОН:
Так как Н2СО3 – двухосновная кислота, гидролиз K2СО3 протекает по двум ступеням.
Продуктами первой ступени гидролиза K2СО3 являются кислая соль KHCO3 и гидроксид калия KОН.
Вторая ступень (гидролиз кислой соли, которая образовалась в результате первой ступени):
Продуктами второй ступени гидролиза K2СО3 являются гидроксид калия и слабая угольная кислота Н2СО3. Гидролиз по второй ступени протекает в значительно меньшей степени, чем по первой ступени.
Среда раствора соли K2СО3 — щелочная (рН > 7), потому что в растворе увеличивается концентрация ионов ОН — .
Если соль образована слабым многокислотным основанием и сильной кислотой, то число ступеней гидролиза зависит от кислотности слабого основания. В водных растворах таких солей на первых ступенях образуется основная соль вместо основания и сильная кислота. Ступенчато гидролизуются соли MgSО4, CoI2, Al2(SO4)3, ZnBr2 и др.
Пример: Составим молекулярное и ионное уравнения гидролиза хлорида никеля (II) NiCl2.
Гидролиз соли NiCl2 протекает по катиону, так как соль образована слабым основанием Ni(OH)2 и сильной кислотой НСl. Катион Ni 2+ связывает гидроксид-ионы ОН — воды. Ni(OH)2 — двухкислотное основание, поэтому гидролиз протекает по двум ступеням.
Продуктами первой ступени гидролиза NiCl2 являются основная соль NiOHCl и сильная кислота HCl.
Вторая ступень (гидролиз основной соли, которая образовалась в результате первой ступени гидролиза):
Продуктами второй ступени гидролиза являются слабое основание гидроксид никеля (II) и сильная хлороводородная кислота НCl. Однако степень гидролиза по второй ступени намного меньше, чем по первой ступени.
Среда раствора NiCl2 — кислая, рН + .
Гидролизу подвергаются не только соли, но и другие неорганические соединения. Гидролизуются также жиры, углеводы, белки и другие вещества, свойства которых изучаются в курсе органической химии. Поэтому можно дать более общее определение процесса гидролиза:
Гидролиз — это реакция обменного разложения веществ водой.
Источник