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 (Кд(СH3COOH) = 1,75·10 –5 , Кд(NH3·H2О) = 1,76·10 –5 ), то раствор соли будет нейтральным.
При гидролизе HCOONH4 реакция раствора будет слабокислой, поскольку константа диссоциации муравьиной кислоты (Кд(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 Кг и α г степень гидролиза для растворов электролитов связаны между собой уравнением, по форме совпадающим с уравнением Оствальда:
(1)
Константа гидролиза Кг может быть рассчитана на основе значений ионного произведения воды Кw и константы диссоциации Кд образующихся в результате гидролиза слабой кислоты или слабого основания:
(2)
Примеры решения задач
Задача 1. Вычислите Кг, α г и рН 0,01 М раствора NH4Cl при температуре 298 К, если при указанной температуре Кд(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 Кд(НСООН) = 1,77× 10 –4 .
Решение. Формиат натрия гидролизуется в соответствии с уравнением:
НСОО — + Н2О ↔ НСООН + ОН — .
Поскольку [НСООН] = [ОН – ] и [НСОО – ]·Сисх(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: Кд.1 = 7,11× 10 — 3 , Kд.2 = 6,34× 10 — 8 , Kд.3 = 4,40× 10 — 13 .
Решение. Na3PO4 диссоциирует в растворе и подвергается ступенчатому гидролизу:
Следует обратить внимание на выбор “нужной” величины Кд.
Kдисс.2 = 6,34·10 — 8
Так как Кг,1 > > Кг,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
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