Урок №13. Гидролиз солей. Обобщение по темам «Классификация химических реакций» и «Электролитическая диссоциация»

Соли являются сильными электролитами, в водных растворах они диссоциируют полностью и необратимо. Это значит, что в водных растворах солей присутствуют только их гидратированные ионы (смотри рисунок «Процесс диссоциации хлорида натрия в воде»).

Уравнение диссоциации: NaCl → Na⁺ + Cl^–

Хлорид натрия состоит из катионов Na⁺ (им соответствует сильное основание NaOH) и анионов Cl^- (им соответствует сильная кислота HCl). Если соль образована сильной кислотой и сильным основанием, то растворение ограничивается переходом гидратированных ионов в раствор. Образовавшийся раствор содержит катионы натрия, анионы хлора и воду. Реакция среды такого раствора нейтральная, pH = 7.

В случае, если в состав соли входят ионы, которым соответствуют слабое основание либо слабая кислота, процесс растворения не ограничивается лишь переходом ионов соли в раствор и изменение окраски индикатора будет отличаться от нейтральной (смотри таблицу «Поведение индикаторов в различных средах»)

Гидролиз солей - это химическое взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к образованию слабого электролита. Гидролиз - процесс обратимый (↔).

Если рассматривать соль как продукт нейтрализации основания кислотой, то можно разделить соли на четыре группы, для каждой из которых гидролиз будет протекать по-своему (смотри рисунок "Соль как продукт реакции нейтрализации".

1). Гидролиз не возможен

Соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой (KBr, NaCl, NaNO₃), гидролизу подвергаться не будет, так как в этом случае слабый электролит не образуется.

рН таких растворов = 7. Реакция среды остается нейтральной.

2). Гидролиз по катиону (в реакцию с водой вступает только катион)

В соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой (FeCl₂, NH₄Cl, Al₂(SO₄)₃, MgSO₄) гидролизу подвергается катион:

FeCl₂ + H₂O ↔ Fe(OH)Cl + HCl

Fe²⁺ + 2Cl^- + H₂O ↔ FeOH⁺ + 2Cl^- + Н⁺

В результате гидролиза образуется слабый электролит, ион H⁺ и другие ионы.

рН раствора <7 (раствор приобретает кислую реакцию).

3). Гидролиз по аниону (в реакцию с водой вступает только анион)

Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой (КClO, K₂SiO₃, Na₂CO₃, CH₃COONa) подвергается гидролизу по аниону, в результате чего образуется слабый электролит, гидроксид-ион ОН^- и другие ионы.

K₂SiO₃ + H₂O ↔ KHSiO₃ + KОН

2K⁺ +SiO₃^2- + H₂O ↔ НSiO₃^- + 2K⁺ + ОН^-

рН растворов >7 (раствор приобретает щелочную реакцию).

4). Гидролиз по катиону и по аниону (в реакцию с водой вступает и катион, и анион)

Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой (СН₃СООNН₄, (NН₄)₂СО₃, Al₂S₃), гидролизуется и по катиону, и по аниону. В результате образуются малодиссоциирующие основание и кислота. рН растворов таких солей зависит от относительной силы кислоты и основания. Мерой силы кислоты и основания является константа диссоциации соответствующего реактива.

Реакция среды этих растворов может быть нейтральной, слабокислой или слабощелочной:

Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓+ 3H₂S↑

Реакция среды раствора в данном случае будет кислой, т.к. К_Д (H₂S)> К_Д (Al(OH)₃), см. таблицу «Константы диссоциации некоторых слабых электролитов»

Гидролиз протекает необратимо (→), если в результате реакции образуется нерастворимое основание и (или) летучая кислота.

Помните! Гидролиз всегда протекает по слабому электролиту (слабый электролит определяет тип гидролиза: по катиону, по аниону, по катиону и аниону), сильный электролит находится в растворе в виде ионов и определяет среду раствора, которые не связываются водой. Гидролиз - процесс обратимый (↔). Гидролиз протекает необратимо (→), если в результате реакции образуется нерастворимое основание и (или) летучая кислота.

Видео – Эксперименты:

"Гидролиз солей"

"Гидролиз солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой"

"Гидролиз солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой"

"Гидролиз солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой"

"Усиление гидролиза солей при нагревании"

Пример. Гидролиз водного раствора соли карбоната натрия

1. Определяем силу электролита – основания и кислоты, которыми образована рассматриваемая соль (смотри таблицу «Сильные и слабые кислоты и основания»). Na₂CO₃ – карбонат натрия, соль, образованная сильным основанием (NaOH) и слабой кислотой (H₂CO₃).

2. Запишем уравнение диссоциации: Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃^2- .

3. Запишем полное ионное уравнение гидролиза, определим тип гидролиза.

В составе соли от слабого электролита присутствует анион CO₃^2- , он будет связываться молекулами воды в слабый электролит – происходит гидролиз по аниону:

Помните, что H₂O это H⁺(OH^-), следовательно, 2Na⁺ + CO₃^2- + H⁺OH^- ↔ (HCO₃)^- + 2Na⁺ + OH^-, т.е. полное ионное уравнение гидролиза имеет вид:

2Na⁺ + CO₃^2- + H₂O ↔ (HCO₃)^- + 2Na⁺ + OH^-

4. Запишем полное ионное уравнение гидролиза.

Сокращаем одинаковые ионы в реагентах и продуктах реакции: 2Na⁺ + CO₃^2- + H₂O ↔ (HCO₃)^- + 2Na⁺ + OH^-

Краткое ионное уравнение гидролиза имеет вид:

CO₃^2- + H₂O ↔ (HCO₃)^- + OH^-

5. Определим среду раствора: в продуктах краткого ионного уравнения гидролиза присутствуют ионы ОН^-, следовательно, среда щелочная, pH>7

6. Запишем уравнение гидролиза в молекулярном виде.

Na₂CO₃ + H₂O ↔ NaHCO₃ + NaOH

ПРИМЕНЕНИЕ

На практике с гидролизом учителю приходится сталкиваться, например, при приготовлении растворов гидролизующихся солей (например, ацетат свинца). Обычная “методика”: в колбу наливается вода, засыпается соль, взбалтывается. Остается белый осадок. Добавляем еще воды, взбалтываем, осадок не исчезает. Добавляем из чайника горячей воды – осадка кажется еще больше… а причина в том, что одновременно с растворением идет гидролиз соли, и белый осадок, который мы видим это уже продукты гидролиза – малорастворимые основные соли. Все наши дальнейшие действия, разбавление, нагревание, только усиливают степень гидролиза. Как же подавить гидролиз? Не нагревать, не готовить слишком разбавленных растворов, и поскольку главным образом мешает гидролиз по катиону – добавить кислоты. Лучше соответствующей, то есть уксусной.

В других случаях степень гидролиза желательно увеличить, и чтобы сделать щелочной моющий раствор бельевой соды более активным, мы его нагреваем – степень гидролиза карбоната натрия при этом возрастает.

Важную роль играет гидролиз в процессе обезжелезивания воды методом аэрации. При насыщении воды кислородом, содержащийся в ней гидрокарбонат железа(II) окисляется до соли железа(III), значительно сильнее подвергающегося гидролизу. В результате происходит полный гидролиз и железо отделяется в виде осадка гидроксида железа(III).

На этом же основано применение солей алюминия в качестве коагулянтов в процессах очистки воды. Добавляемые в воду соли алюминия в присутствии гидрокарбонат-ионов полностью гидролизуются и объемистый гидроксид алюминия коагулирует, увлекая с собой в осадок различные примеси.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№1. Запишите уравнения гидролиза солей и определите среду водных растворов (рН) и тип гидролиза: Na₂SiO_3, AlCl₃, K₂S.

№2. Составьте уравнения гидролиза солей, определите тип гидролиза и среду раствора: сульфита калия, хлорида натрия, бромида железа (III)

№3. Составьте уравнения гидролиза, определите тип гидролиза и среду водного раствора соли для следующих веществ: Сульфид калия - K₂S, Бромид алюминия - AlBr₃, Хлорид лития – LiCl, Фосфат натрия - Na₃PO₄, Сульфат калия - K₂SO₄, Хлорид цинка - ZnCl₂, Сульфит натрия - Na₂SO₃, Сульфат аммония - (NH₄)₂SO₄, Бромид бария - BaBr₂.