Гидролиз солей . Часть III

В первой части этой статьи мы дали определение гидролиза , вспомнили некоторые факты о солях . Во второй части выяснилось, что возможность и направление реакции гидролиза определяются силой кислоты и основания, которыми образована данная соль. Все соли можно условно разделить на 4 группы , для каждой из которых характерен свой тип гидролиза.

В данном разделе мы подробно обсудим первую группу — соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой. Приведем общий «сценарий» гидролиза, рассмотрим конкретные примеры.

Соль образована сильной кислотой и слабым основанием

Пример 8 . Рассмотрим процесс гидролиза хлорида никеля (NiCl 2 ). Данная соль образована сильной кислотой (HCl) и слабым основанием (Ni(OH) 2 ). Загляните в таблицу растворимости и убедитесь, что гидроксид никеля практически нерастворим в воде. В водном растворе хлорид никеля диссоциирует на ионы никеля и хлорид-анионы:

NiCl 2 = Ni 2+ + 2Cl — .

О ионах хлора мы на время забудем, а вот ионы Ni 2+ нам весьма интересны! Именно эти ионы будут принимать участие в процессе гидролиза. Запомните: соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, гидролизуются по катиону! Сам процесс выражается достаточно простым ионным уравнением:

Ni 2+ + H 2 O &#x2194 Ni(OH) + + H + .

Давайте проанализируем написанное. Во-первых, мы видим, что процесс гидролиза является обратимым (реакция может одновременно идти в двух направлениях, что обозначается символом &#x2194). Во-вторых, в ходе реакции возникает катион, в состав которого входит атом металла и гидроксильная группа (катион гидроксоникеля (II)). Подобные частицы всегда образуются при гидролизе солей данного типа, только не следует путать их с гидроксидами металлов.

В третьих, в ходе гидролиза возникают ионы H + (или, точнее, ионы H 3 O + ). Конечно, юным химикам известно, что данные катионы — характерный признак кислоты. Вывод: при гидролизе соли увеличивается кислотность среды. Можно сказать, что уменьшается рН (если вы знакомы с этим понятием — хорошо, если нет — можно обойтись и без этого термина). Наличие кислоты можно подтвердить экспериментальным путем, добавив к раствору хлорида никеля немного индикатора .

Все станет еще нагляднее, если от ионной формы уравнения перейти к молекулярной. Пора вспомнить, что в растворе присутствуют еще и хлорид-ионы. Они не принимали участия в процессе гидролиза (ионы-наблюдатели), но в полном уравнении без них не обойтись. Присоединяем ионы Cl — к соответствующим катионам и получаем следующее:

NiCl 2 + H 2 O &#x2194 Ni(OH)Cl + HCl.

Разумеется, вместо знака равенства, мы вновь используем символ обратимости реакции. Вот теперь отчетливо видно, что в ходе реакции образуется кислота (соляная) и основная соль — хлорид гидроксоникеля (II).

В принципе, процесс гидролиза может пойти дальше. Образовавшиеся ионы Ni(OH)Cl + реагируют с водой в соответствии с приведенной ниже схемой:

Ni(OH) + + H 2 O &#x2194 Ni(OH) 2 + H + .

Следует, впрочем, признать, что данное уравнение — это некоторая «виртуальная реальность». Если гидролиз по первой ступени протекал достаточно выраженно, то гидролиз по второй ступени при комнатной температуре происходит в столь малой степени, что этой реакцией можно практически пренебречь. Не будет никакой беды, если мы просто забудем о второй реакции.

Итак, подводим итоги. В случае соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой:

• Идет гидролиз по катиону.
• Процесс является обратимым.
• В ходе реакции образуется основная соль.
• В растворе накапливается кислота.

Самое приятное заключается в том, что подобный «сценарий» гидролиза характерен не только для хлорида никеля, но и для любой соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой. Какую бы соль данного типа вы не взяли, уравнения реакций гидролиза будут похожи как братья-близнецы! Меняется лишь вид катиона и его заряд.

Пример 9 . Гидролиз нитрата аммония (NH 4 NO 3 ). Данная соль образована сильной кислотой (какой?) и слабым основанием — NH 4 OH. Еще раз напоминаю: гидроксид аммония относится именно к слабым основаниям, хотя и растворим в воде!

Записываем уравнение диссоциации:

NH 4 NO 3 = NH 4 + + NO 3 — .

Как мы уже знаем, гидролиз идет по катиону :

NH 4 + + H 2 O &#x2194 NH 4 OH + H + .

Мы вновь наблюдаем образование кислоты, мы снова сталкиваемся с обратимым процессом. Принципиальное отличие от предыдущего примера состоит в том, что уже на первой стадии образуется не основная соль, а слабое основание (гидроксид аммония).

Осталось привести молекулярное уравнение. Вспоминаем об анионах (NO 3 — ) и получаем следующее:

NH 4 NO 3 + H 2 O &#x2194 NH 4 OH + HNO 3 .

О второй ступени гидролиза можно даже не упоминать, ведь в данном случае подобное в принципе невозможно. Ион аммония является однозарядным, следовательно может соединиться лишь с одной группой ОН — .

Как обычно, в конце данной части предлагаю вам несколько примеров для самостоятельной работы.

Упражнение 3 . Напишите уравнения реакций гидролиза следующих солей: NH 4 Br, Pb(NO 3 ) 2 , CuCl 2 , FeSO 4 . Работайте по образцам, приведенным выше. Выясните, идет ли гидролиз по катиону или аниону. Начните с уравнения реакции диссоциации. Напишите уравнение гидролиза в ионной форме. Подумайте, будет ли процесс одностадийным или многостадийным.

В следующей части обсудим соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой.

Источник

Гидролиз

Материалы портала onx.distant.ru

Теоретическое введение

Примеры обратимого гидролиза

Случаи необратимого гидролиза

Константа и степень гидролиза

Примеры решения задач

Задачи для самостоятельного решения

Теоретическое введение

Гидролиз – обменная реакция взаимодействия растворенного вещества (например, соли) с водой. Гидролиз происходит в тех случаях, когда ионы соли способны образовывать с Н + и ОН — ионами воды малодиссоциированные электролиты.

Примеры обратимого гидролиза

Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой, например , CH₃COONa, Na₂CO₃, Na₂S, KCN гидролизуются по аниону:

СН₃СООNa + НОН ↔ СН₃СООН + NaОН (рН > 7)

Гидролиз солей многоосновных кислот протекает ступенчато. 1 ступень:

CO₃ 2– + HOH ↔ HCO₃ – + OH – ,

или в молекулярной форме:

или в молекулярной форме:

Продукты гидролиза по первой ступени подавляют вторую ступень гидролиза, в результате вторая ступень гидролиза протекает незначительно.

Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, например , NH₄Cl, FeCl₃, Al₂(SO₄)₃, гидролизуются по катиону:

или в молекулярной форме:

Соли, образованные многокислотными основаниями, гидролизуются ступенчато, образуя катионы основных солей. 1 ступень:

Fe 3+ + HOH ↔ FeOH 2+ + H + ;

FeCl₃ + HOH ↔ FeOHCl₂ + HCl

FeOH 2+ + HOH ↔ Fe(OH)₂ + + H + ;

FeOHCl₂ + HOH ↔ Fe(OH)₂Cl+ HCl.

Fe(OH)₂ + + HOH ↔ Fe(OH)₃ + H + ;

Fe(OH)₂Cl + HOH ↔ Fe(OH)₃+ HCl.

Гидролиз по второй и, в особенности, по третьей ступени практически не протекает при комнатной температуре.

Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, например , CH₃COONH₄, (NH₄)₂CO₃, HCOONH₄, гидролизуются и по катиону, и по аниону:

В этом случае реакция раствора зависит от соотношения констант диссоциации образующихся кислот и оснований. Поскольку в рассматриваемом примере константы диссоциации СH₃COOH и NH₃·H₂О при 25 о С примерно равны (К_д(СH₃COOH) = 1,75·10 –5 , К_д(NH₃·H₂О) = 1,76·10 –5 ), то раствор соли будет нейтральным.

При гидролизе HCOONH₄ реакция раствора будет слабокислой, поскольку константа диссоциации муравьиной кислоты (К_д(HCOOН) = 1,77·10 –4 ) больше константы диссоциации уксусной кислоты.

Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой (например, NaNO₃, KCl, Na₂SO₄), при растворении в воде гидролизу не подвергаются.

Случаи необратимого гидролиза

Гидролиз некоторых солей, образованных слабыми основаниями и слабыми кислотами, протекает необратимо. Необратимо гидролизуется, например , сульфид алюминия:

Следует отметить, что при смешении растворов солей гидролизующихся по аниону и катиону:

Mg 2+ + HOH ↔ MgOH + + H + ,

CO₃ 2– + HOH ↔ HCO₃ – + OH –

Продукты гидролиза первой соли усиливают гидролиз второй соли и наоборот. В результате при смешении водных растворов сульфата магния и карбоната натрия образуется основной карбонат магния:

Основные карбонаты выпадают в осадок также при смешивании растворов карбонатов щелочных металлов и солей Be 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ и др.

При сливании растворов соды и солей Fe 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ реакции протекают следующим образом:

(Ме – Fe, Ca, Sr, Ba)

При взаимодействии солей Аl 3+ , Сr 3+ и Fe 3+ в растворе с сульфидами, карбонатами и сульфитами в результате гидролиза в осадок выпадают не сульфиды, карбонаты и сульфиты этих катионов, а их гидроксиды:

Следует отметить, что катион Fe 3+ производит окисляющее действие на анион S 2- . В результате протекает реакция:

2Fe 3+ + S 2- = 2Fe 2+ + S о .

Например , хлорид железа (III) реагирует с сульфидом калия:

2FeCl₃ + 3K₂S = 2FeS + S + 6KCl

Некоторые соли в результате гидролиза в воде образуют малорастворимые оксосоединения:

SbCl₃ + H₂O → SbOCl↓ + 2HCl.

Необратимо гидролизуются в водных растворах галогенангидриды:

Константа и степень гидролиза

Константа К_г и α _г степень гидролиза для растворов электролитов связаны между собой уравнением, по форме совпадающим с уравнением Оствальда:

(1)

Константа гидролиза К_г может быть рассчитана на основе значений ионного произведения воды К_w и константы диссоциации К_д образующихся в результате гидролиза слабой кислоты или слабого основания:

(2)

Примеры решения задач

Задача 1. Вычислите К_г, α _г и рН 0,01 М раствора NH₄Cl при температуре 298 К, если при указанной температуре К_д(NH₃·H₂O) = 1,76× 10 -5 .

Решение.

.

[Н + ] = 2,4·10 –4× 0,01 = 2,4× 10 –6 М.

рН = — lg 2,4× 10 –6 = 5,6.

Задача 2. Определите константу гидролиза, степень гидролиза и рН 0,02 М раствора НСООNa при 298 К, если при указанной температуре К_д(НСООН) = 1,77× 10 –4 .

Решение. Формиат натрия гидролизуется в соответствии с уравнением:

НСОО — + Н₂О ↔ НСООН + ОН — .

Поскольку [НСООН] = [ОН – ] и [НСОО – ]·С_исх(НСООNa), то константу гидролиза можно записать следующим образом:

.

[Н + ] = 10 –14 ÷1,06× 10 –6 = 9,4·10 –9 М

рН = — lg 9,4× 10 –9 = 8

Задача 3. Определите рН 0,006М раствора NaNO₂, если α _г = 7·10 –3 %.

Решение.

[ОН – ] = 0,006× 7× 10 –5 = 4,2× 10 –7 М.

[Н + ] = 10 –14 :4,2× 10 –7 = 2,4× 10 –8 М.

рН = — lg 2,4× 10 –8 = 7,6.

Задача 5. Определите рН 0,1 М раствора Na₃PO₄ при 298 К, если константы диссоциации ортофосфорной кислоты при указанной температуре соответственно равны: К_д.1 = 7,11× 10 — 3 , K_д.2 = 6,34× 10 — 8 , K_д.3 = 4,40× 10 — 13 .

Решение. Na₃PO₄ диссоциирует в растворе и подвергается ступенчатому гидролизу:

Следует обратить внимание на выбор “нужной” величины К_д.

K_дисс.2 = 6,34·10 — 8

Так как К_г,1 > > К_г,2, то можно считать, что соль подвергается гидролизу только по первой ступени.

,

поскольку [HPO₄ 2- ] = [OH — ].

рОН = –lg 4,76× 10 — 2 = 1,32 и рН = 14 – 1,32 = 12,68.

Задачи для самостоятельного решения

1. Гидролиз соли Na₂SO₃ усилится при добавлении в раствор веществ:

а) Н2O	б) Na2CO3	в) NaOH
г) H2SO4	д) Na2S	е) Na2SO4

2. Напишите уравнение реакции NiCl₂ + Na₂CO₃ + H₂O → .

Источник