Задачи на гидролиз солей с решениями: Решу ЕГЭ

Гидролиз солей — что это за химический процесс

Гидролиз — это разложение путем обмена соединениями с водой. Этот процесс в химии предполагает взаимодействие вещества и воды, которое сопровождается разложением этого вещества и образованием новых соединений. Реакции гидролиза характерны для нескольких классов соединений, включая соли, углеводы, белки, сложные эфиры, жиры.

Определение

Гидролиз солей — это тип реакции гидролиза, который происходит при ионном обмене в растворах растворимых солей.

Ключевым фактором гидролиза является процесс взаимодействия ионов с водой. В результате реакции образуется слабый электролит. Гидролиз солей происходит при условии, что ионы соли обладают способностью образовывать с ионами H + и OH-, образованными в результате диссоциации воды, вещества с низкой диссоциацией (слабые электролиты).

Индикаторы среды раствора

Специальные индикаторы используются для определения среды решения за секунды. Самыми распространенными из них является лакмусовая бумага, но также популярны фенолфталеин и метиловый апельсин. В нейтральной среде они не меняют цвет, а в кислой или щелочной среде приобретают другой цвет.

Изменение цвета индикатора однозначно указывает на то, что произошел гидролиз. Однако если цвет остается прежним, это не всегда означает отсутствие гидролиза. Среда будет почти нейтральной, даже когда соль со слабым основанием и слабой кислотой подвергается гидролизу. Но поговорим об этом дальше, а пока посмотрим на таблицу.

Изменение цвета индикатора при гидролизе

Важно! В учебных материалах и домашних заданиях вместо словосочетания «полураствор» можно найти «значение pH». По сути, они такие же. В нейтральной среде pH = 7, в кислой среде с избытком ионов водорода H + — pH меньше 7, а в щелочной среде с избытком отрицательно заряженных ионов OH- — pH больше 7.

Значение ph

Условия гидролиза

Не все соединения разлагаются при реакции с молекулами воды. Теперь на примере солей рассмотрим, какие вещества гидролизуются, а какие нет, и от чего это зависит.

Начнем с того, что любая соль включает амфотерное гидроксидное основание и кислотный остаток.

Например:

  • сульфат меди CuSO4 состоит из основания Cu (OH) 2 и кислоты H2SO4;
  • хлорид натрия NaCl состоит из основания NaOH и кислоты HCl;
  • хлорид цинка ZnCl2 состоит из основания Zn (OH) 2 и кислоты HCl;
  • карбонат натрия Na2CO3 состоит из основания NaOH и кислоты H2CO3.

Условия гидролиза

В жизни самое слабое разрушается первым, и гидролиз в химии работает по тому же принципу. В ходе этой реакции разлагаются более слабые соединения (основания или кислотные остатки). Слабый катион или слабый анион взаимодействует с ионами воды и связывает один или оба из них. В растворе образуется избыток ионов H + или гидроксильной группы OH− .

Помните: важным условием гидролиза является наличие в соли слабого иона.

В зависимости от того, какие соли подвергаются гидролизу — слабым основанием или слабой кислотой, в результате может быть получена кислая, щелочная или нейтральная среда водного раствора.

Типы соли в зависимости от кислоты и основания

Но что, если соль состоит из сильного основания и остатка сильной кислоты? Что-либо. В этом случае его сильные катионы и анионы не взаимодействуют с ионами воды. Эта соль не разлагается, то есть не подвергается гидролизу.

Схема химической реакции гидролиза выглядит так:

XY + HOH XH + HOY

В таком случае:

  • XY — формула соли;
  • HOH — вода;
  • XH — кислотный остаток;
  • HOY — это основа.

Какие бывают соли по характеру гидролиза, основные типы

Гидролиз соли происходит при взаимодействии ионов соли и воды. Результат процесса проявляется как:

  • образование плохо диссоциированных соединений;
  • изменение реакции среды (среда становится кислой или щелочной).

Типы солей, вступающих в реакции гидролиза:

  • соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой (CuCl2, NH2Cl, Fe2 (SO4) 3 — катионный гидролиз);
  • соли, образованные из сильного основания и слабой кислоты (K2CO3, Na2S — гидролиз по аниону);
  • соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой (NH4) 2CO3, Fe2 (C03) 3 — гидролиз по катиону и аниону).

Примечание

Соли, образованные из сильного основания и сильной кислоты, не подвергаются реакциям гидролиза. Примеры: NaCl, K2SO4, Ba (NO3) 2.

В растворе NaCl индикаторы не меняют цвет. Это связано с тем, что растворяющийся в воде хлорид натрия присутствует в растворе в виде ионов, так как это сильный электролит:

NaCl → Na ++ Cl-

Вода в незначительной степени диссоциирует на ионы, устанавливается равновесие:

HOH ↔H ++ OH-

Раствор хлорида натрия содержит смесь катионов Na +, H + и OH-, Cl-. Ионы в растворе беспорядочно движутся и регулярно сталкиваются друг с другом. Взаимодействие ионов Na + и OH-, ионов H + и Cl- не приводит к образованию соединений с низкой диссоциацией. Это потому, что NaOH — сильное основание, а HCl — сильная кислота. Следовательно, при растворении хлорида натрия в воде невозможно образование слабых электролитов, а хлорид натрия не вступает в реакции гидролиза. Концентрация ионов H + равна концентрации ионов OH-, что объясняет стабильность цвета индикаторов.

Фенолфталеин приобретает малиновый оттенок в содовом растворе Na2CO3. Причины этой реакции — высокая степень растворимости Na2CO3 в воде и его диссоциация:

Na2CO3⇄2Na ++ CO32-

Взаимодействие ионов Н + e ‘(CO3) 2- приводит к образованию низкодиссоциативного бикарбонат-иона HCO3-. Из-за связывания ионов H + с плохо диссоциированным продуктом равновесие диссоциации воды смещается в сторону накопления ионов OH-. Раствор становится щелочным:

CO32- + HOH⇌HCO3 + -OH-

Под действием анионов ОН фенолфталеин приобретает малиновый цвет.

Для раствора хлорида алюминия характерна кислая реакция среды, так как в растворе AlCl3 он диссоциирует на ионы с диссоциацией воды:

LСl3⇄Аl3 ++ 3Сl-HОН⇄H ++ OH-

Ионы Н + и Сl- не образуют низкодиссоциативных соединений. Ионы Аl3 + и ОН-, находящиеся в растворе, образуют продукт слабой диссоциации. В результате связывания ионов OH- с ионом AlOH2 + с низкой степенью диссоциации равновесие диссоциации воды смещается в сторону накопления ионов H +, в целом:

Al3 ++ HОН⇄АlOH2 ++ H+

Что такое обратимый и необратимый гидролиз

Гидролиз солей классифицируют по характеру реакции:

  1. Реверсивный (течет как вперед, так и назад). При этом небольшая часть частиц исходного материала подвергается гидролизу. Характер химической реакции определяется составом исходной соли.
  2. Необратимый (течет преимущественно вперед). Практически все частицы исходного материала подвергаются реакции гидролиза. Процесс сопровождается выделением или осаждением газа, то есть продуктами реакции являются вещества, не взаимодействующие между собой в определенных условиях.

Тип гидролиза можно определить путем тщательного анализа состава соли как продукта взаимодействия основания и кислоты. Любая соль содержит катион металла (обычно) и кислотный остаточный анион. Катион соответствует амфотерному основанию или гидроксиду, а кислотный остаток соответствует кислоте. Например, карбонат натрия Na2CO3 соответствует основанию: основанию NaOH и угольной кислоте H2CO3.

В качестве примеров можно привести несколько обратимых и необратимых реакций гидролиза.

Реакция

Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания (гидролиз анионом):

CO32- + H2O⇌HCO3- + OH- CO32- + H2O⇌HCO3- + OH-

Na2CO3 + H2O⇌NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O⇌NaHCO3 + NaOH

В этом случае раствор характеризуется слабощелочной средой. Реакция обратимая. Дальнейший гидролиз на второй стадии протекает в незначительной степени.

Реакция

Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания (катионный гидролиз):

Cu2 ++ H2O⇌CuOH ++ H + Cu2 ++ H2O⇌CuOH ++ H+

CuCl2 + H2O⇌CuOHCl + HCl CuCl2 + H2O⇌CuOHCl + HCl

Раствор отличается слабокислой средой. Эта реакция представляет собой обратимый гидролиз, который незначительно продолжается до второй стадии.

Реакция

Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания:

2Al3 ++ 3S2- + 6H2O → 2Al (OH) 3 ↓ + 3H2S ↑ 2Al3 ++ 3S2- + 6H2O → 2Al (OH) 3 ↓ + 3H2S↑

Al2S3 + 6H2O → 2Al (OH) 3 ↓ + 3H2S ↑ Al2S3 + 6H2O → 2Al (OH) 3 ↓ + 3H2S↑

В этом случае равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции. Реакция гидролиза протекает практически полностью, что объясняется уходом обоих продуктов из зоны реакции в виде осадка или газа.

Виды гидролиза

Мы обнаружили, что соль может содержать слабый ион, который отвечает за гидролиз. Он содержится в основании, в кислотном остатке или в обоих компонентах, и от этого зависит тип гидролиза.

Соль с сильным основанием и сильной кислотой

Гидролиза нет. Как вы уже знаете, в присутствии сильного основания и сильного кислотного остатка соль не разлагается при взаимодействии с водой. Так, например, гидролиз хлорида натрия (NaCl) невозможен, так как в составе этого вещества нет слабых ионов. Те же соли, которые не подвергаются гидролизу, включают KClO4, Ba (NO3) 2 и т.д.

Среда водного раствора нейтральная, т.е pH = 7.

Реакция индикаторов: не меняют свой цвет (лакмус остается пурпурным, а фенолфталеин — бесцветным).

Соль со слабым основанием и сильной кислотой

Катионный гидролиз. Напомним, гидролиз происходит только в присутствии слабого иона, в данном случае основного иона. Его катион вступает в реакцию и связывает гидроксид-ионы воды ОН-. В результате образуется раствор с избытком ионов водорода H+.

Среда водного раствора кислая, pH менее 7.

Индикатор реакции: фенолфталеин остается бесцветным, лакмусовая бумажка и метиловый оранжевый становятся красными.

Пример:

Нитрат аммония NH4NO3 состоит из слабого основания NH4OH и сильного кислотного остатка HNO3, затем он гидролизуется катионом, т.е его катион NH4 + связывает ионы воды OH−.

Молекулярное уравнение: NH4NO3 + H2O ↔ NH4OH + HNO3

Ионное уравнение: NH4 + + NO3− + HOH ↔ NH4OH + H + + NO3−

Соль с сильным основанием и слабой кислотой

Анионный гидролиз. Если ион кислотного остатка слабый, его отрицательно заряженная частица (анион) взаимодействует с катионом водорода H + в молекуле воды. В результате получается раствор с повышенным содержанием ОН−.

Среда водного раствора щелочная, pH выше 7.

Индикатор реакции: фенолфталеин становится малиновым, лакмус — синим, а метиловый оранжевый — желтым.

Пример:

Нитрат калия KNO2 имеет сильное основание KOH и слабый кислотный остаток HNO2, поэтому он гидролизуется анионом. Другими словами, кислотный анион NO2– связывает ионы воды H+.

Молекулярное уравнение: KNO2 + H2O HNO2 + KOH

Ионное уравнение: K + + NO2− + HOH ↔ HNO2 + K + + OH−

Гидролиз катионов и анионов. Если оба компонента соли являются слабыми, при взаимодействии с водой в реакцию вступают и анион, и катион. В этом случае катион основания связывает ионы воды OH−, а анион кислоты — ионы H+

Среда водного раствора: нейтральная, слабокислая или слабощелочная.

Реакция индикаторов: они не могут изменить свой цвет.

Пример:

Цианид аммония NH4CN включает слабое основание NH4OH и слабую кислоту HCN.

Молекулярное уравнение: NH4CN + H2O ↔ NH4OH + HCN

Ионное уравнение: NH4 + + CN− + HOH ↔ NH4OH + HCN

Среда в этом случае будет слабощелочной.

Мы суммируем всю эту информацию в таблице гидролиза соли.

Гидролиз солей

Важно! Когда гидрофосфаты взаимодействуют с водой, среда всегда будет щелочной. Дигидрофосфаты, гидросульфиты и гидросульфаты всегда создают кислую среду, независимо от силы основания. Например, гидросульфит натрия имеет сильное основание и слабую кислоту, что предполагает образование щелочной среды. Но из-за особенностей диссоциации в водном растворе pH будет ниже 7 (кислая среда).

Ступенчатый гидролиз

Любой тип гидролиза может происходить поэтапно. Это происходит в тех случаях, когда соль взаимодействует с водой с многозарядными катионами и анионами. Сколько шагов будет включать процесс, зависит от численного заряда иона, ответственного за гидролиз.

Как определить количество ступеней:

  • если соль содержит слабую многоосновную кислоту, количество стадий равно основности этой кислоты;
  • если соль содержит слабое поликислотное основание, количество стадий определяется кислотностью основания.

Например, рассмотрим гидролиз карбоната калия K2CO3. У нас есть слабая двухосновная кислота H2CO3, что означает, что гидролиз будет происходить через анион в двух фазах.

Стадия I: K2CO3 + HOH ↔ KOH + KHCO3, в результате чего получили гидроксид калия (KOH) и кислотную соль (KHCO3).

Этап II: K2HCO3 + HOH ↔ KOH + H2CO3, результат тот же гидроксид калия (КОН) и слабая углекислота (H2CO3).

Для грубых расчетов обычно учитываются только результаты первого этапа.

Важно. Определение среды водного раствора, образующегося в результате гидролиза кислотных солей, может быть трудным. В этом случае, помимо гидролиза, одновременно происходит диссоциация солевого аниона, и то, какой будет среда, зависит от преобладания того или иного процесса. Если преобладает гидролиз, среда щелочная, если диссоциация кислая.

Влияние различных факторов на протекание гидролиза

На процесс гидролиза соли влияют несколько факторов:

  • температура;
  • концентрация соли;
  • добавление кислоты или щелочи к реакционной смеси.

Гидролиз — это эндотермическая реакция. Повышение температуры раствора сопровождается интенсификацией процесса. Примером может служить изменение степени гидролиза 0,01МCrCl3 при нагревании:

При уменьшении концентрации соли степень ее гидролиза увеличивается. Например, мы можем рассматривать изменение степени гидролиза Na2CO3 в зависимости от температуры. По этой причине, чтобы предотвратить нежелательный гидролиз, соли хранят в концентрированных растворах.

Другой важный фактор, влияющий на гидролиз, — это добавление кислоты или щелочи к реакционной смеси. В зависимости от того, какие продукты образуются в результате реакции гидролиза, это позволяет сместить равновесие реакции в ту или иную сторону.

Оцените статью
Блог про химию