Как мы изучаем гидролиз

Амирова А.Х.

ФГКОУ «ЕкСВУ МО РФ»

Преподаватель химии

Как мы изучаем гидролиз солей….

После рассмотрения механизма процесса электролитической диссоциации (ЭД), знакомства со степенью диссоциации, водородным показателем и средой водных растворов электролитов, изучение химических свойств растворов электролитов в свете теории ЭД в школьном курсе изучается гидролиз солей. Как показывает опыт, вопрос является достаточно сложным для восприятия и изучения школьниками. Для облегчения усвоения учебного материала используется следующая методика: в начале в лекционной форме рассматриваются теоретические вопросы, затем приводится алгоритм составления уравнений гидролиза; предлагаются вопросы для самоконтроля, которые можно применять как для закрепления изученного материала, так и для текущего дифференцированного контроля.

Одним из важнейших химических свойств солей является гидролиз.

Реакция чистой воды является нейтральной (рН =7). Водные растворы кислот и щелочей имеют, соответственно, кислую (рН  7) и щелочную реакцию (рН  7). Практика, однако, показывает, что не только кислоты и основания, но и соли могут иметь различную реакцию среды (кислую, щелочную и нейтральную).

Так раствор Na₂CO₃ имеет щелочную реакцию, а Al₂(SO₄)₃ – кислую. Эти соединения в своем составе не содержат Н⁺ или ОН^- ионов, следовательно, кислотно-основные свойства растворов солей обусловлены свойствами образующихся при их диссоциации катионов и анионов.

При растворении многих солей в воде происходит химическое взаимодействие ионов соли с Н⁺ и ОН^- ионами воды. в результате чего образуются слабые электролиты (малодиссоциирующие вещества). А в одном растворе в зависимости от природы исходной соли накапливаются либо ионы Н⁺, либо ОН^- - ионы, и раствор соответственно приобретает кислую или щелочную реакцию.

Гидролиз – процесс взаимодействия ионов соли с водой, приводящий к образованию слабого электролита.

В результате гидролиза смещается равновесие электролитической диссоциации воды. Сущность этого процесса заключается в том, что катион соли и ее анион связывают соответственно ОН^- или Н⁺ - ионы с образованием слабого электролита (основания или кислоты). Любую соль можно представить как продукт взаимодействия основания с кислотой. Например, соль К₂СО₃ образована сильным основанием КОН и слабой кислотой Н₂СО₃.

В зависимости от силы исходных оснований и кислоты можно выделить 4 типа солей (схема 1).

Схема 1. Классификация солей

С оли

1.Образованы сильным основанием и слабой кислотой. Пример: Na₂CO₃,K₂S, CH₃COONa,KCN.

2. Образованы сильной кислотой и слабым основанием. Пример: CuCl_2, Mn (NO₃)₂ , FeSO₄ ,NH₄Br.

3.Образованы слабым основанием и слабой кислотой. Пример: (NH₄)₂S _,

(CH₃COO)₂Cu, NH₄Cl.

4. Образованы сильной кислотой и сильным основанием. Пример: NaCl, K₂SO₄ , BaJ₂ , Ca(NO₃)₂.

Рассмотрим поведение солей различных типов в растворе. При составлении уравнений гидролиза необходимо помнить, что гидролиз – процесс обратимый.

I. Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой.

Гидролиз этого типа солей иначе называется гидролизом по аниону. Например, соль карбонат натрия образована сильным основанием КОН и Н₂СО₃.

КОН сильное основание

К₂СО₃ -

Н₂СО₃ слабая кислота

В водном растворе происходит полная диссоциация соли:

Na₂CO₃ → 2 Na⁺ + CO₃^2-

Гидролизу подвергается ион соли, образованный слабым электролитом (Н₂СО₃). В данном случае – карбонат-анион (СО₃^2-). Ионы СО₃^2- связываются с катионами водорода Н⁺ молекул воды, образуя слабодиссоциирующие ионы НСО₃^-. По 1 ступени связывание ионов происходит в соотношении 1:1, т.е. один ион соли связывается с одним ионом воды:

CO₃^2- + H⁺OH^- ↔ (H⁺CO₃^2-)^- + OH^- краткое ионное уравнение

1 : 1

Запишем полное ионное уравнение происходящего процесса (гидролиза):

2 Na⁺ + CO₃^2- + HOH↔ 2Na⁺ + HCO₃^- + OH^-

Na₂CO₃ NaHCO₃ NaOH

В молекулярной форме уравнение гидролиза выглядит так:

Na₂CO₃ + HOH ↔ Na⁺(HCO₃)^- + Na⁺ OH^-

Гидрокарбонат натрия

Вторая ступень гидролиза НСО₃^- + НОН ↔ Н₂СО₃ + ОН^- почти не протекает, т.к. повышение концентрации в растворе гидроксид-ионов смещает равновесие влево, поэтому ею пренебрегают. В дальнейшем рассматриваем только 1 ступень гидролиза. Таким образом, каждый ион водорода молекулы воды соединяется с анионом кислотного остатка, а из молекулы воды освобождаются гидроксид-ионы ОН^-. Эти ионы будучи в избытке, придают щелочную реакцию.

Следовательно, соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой, подвергвются гидролизу по аниону с образованием кислых солей (многоосновные кислоты) и имеют щелочную реакцию среды.

2. Соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием.

Гидролиз этого типа солей иначе называют гидролизом по катиону.

Например, соль хлорида меди (2) образована сильной кислотой HCl и слабым основанием Cu(OH)₂:

HCl – сильная кислота

CuCl₂

Cu(OH)₂ - слабое основание

В водном растворе: CuCl₂ → Cu²⁺ + 2Cl^-

Гидролизу подвергается ион соли, образованный слабым электролитом (Cu(OH)₂) . В данном случае – катион меди Сu²⁺.

Ионы Cu²⁺ связываются с гидроксид-анионами ОН^- воды, образуя слабодиссоциирующие ионыCuOH⁺: Сu²⁺ + H⁺OH^- ↔ CuOH⁺ + H⁺ (краткое ионное уравнение).

Полное ионное уравнение: Cu²⁺ + 2Cl^- +H⁺OH^- ↔ CuOH⁺ + H⁺ + 2Cl^-

Молекулярное уравнение: CuCl₂ + HOH ↔ (CuOH)⁺Cl^- + HCl

Гидроксохлорид меди (2)

После связывания гидроксид-анионов молекул воды с катионами металла высвобождаются катионы водорода – среда кислая.

Следовательно, соли, образованные сильной кислотой и слабым основанием, подвергаются гидролизу по катиону с образованием основных солей (многокислотные основания) и имеют кислую реакцию среды.

3. Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой.

Гидролиз этого типа называют гидролизом и по катиону, и по аниону.

Катион слабого основания связывает ионы ОН^- из молекул воды; анион слабой кислоты связывает ионы Н⁺ из молекул воды с образованием слабых электролитов. Реакция растворов этих солей может быть нейтральной, слабокислой или слабощелочной. Это зависит от относительной силы образующихся слабых электролитов.

Например, соль сульфид аммония образована слабым основаниемNH₄OH и слабой кислотой H₂S:

NH₄OH - слабое основание

(NH₄ )S

H₂S - слабая кислота

В водном растворе: (NH₄)₂S → 2NH₄⁺ + S^2-

Катион слабого основанияNH₄⁺ связывается с гидроксид -анионом ОН^- воды, а анион слабой кислоты S^2- связывается с водородным ионом Н⁺ воды с образованием слабых электролитовNH₄OH и HS^-.

NH₄⁺ + S^2- + H⁺OH^- ↔ NH₄OH + HS^- краткое ионное уравнение

Полное ионное уравнение:

2NH₄⁺ + S^2- + HOH↔ NH₄OH + HS^- + NH₄⁺

(NH₄)₂S

Молекулярное уравнение:

(NH₄)₂S + HOH ↔ NH₄OH + (NH₄)⁺HS^-

В данном случае среда раствора будет слабощелочной, т.к. NH₄OH более сильный электролит, чем H₂S. Степень диссоциации NH₄OH (= 1.3%), больше степени диссоциации H₂S(= 0.1 %).

Гидролиз большинства солей является обратимым процессом. В состоянии химического равновесия гидролизована лишь часть соли. Однако некоторые соли полностью разлагаются водой, т.е. гидролиз является необратимым процессом.

В таблице «Растворимость кислот, оснований и солей в воде» вы найдете примечание: «в водной среде разлагаются» - это значит, что такие соли подвергаются необратимому процессу.

Например, сульфид алюминияAl₂S₃ в воде подвергается необратимому гидролизу, т.к. появляющиеся при гидролизе по катиону ионы Н⁺ связываются образующимися при гидролизе по аниону ионами ОН^-. Если кислота сильнее основания, то среда будет кислая, например, в случае HCOONH₄. Это усиливает гидролиз и приводит к образованию нерастворимого гидроксида алюминия и газообразного сероводорода:Al₂³⁺S₃^2- + 6H⁺OH^-→2Al(OH)₃↓ + 3H₂S ↑

Поэтому сульфид аммония нельзя получить реакцией обмена между растворами двух солей, например, хлорида алюминия AlCl₃ и сульфида натрия Na₂S_.

В этом случае происходит реакция:

2AlCl₃ + 3Na₂S + 6H₂O→ 2Al(OH)₃↓ + 2H₂S↑ + 6NaCl

Возможны и другие случаи необратимого гидролиза, их нетрудно предсказать, ведь для необратимости процесса необходимо, чтобы хотя бы один из продуктов гидролиза уходил из сферы реакции.

4. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой.

Соли этого типа гидролизу не подвергаются, т.к. при взаимодействии с водой слабый электролит образовываться не может. Например, соль хлорид натрия образована сильным основанием NaOH и сильной кислотой HCl.

NaOH – сильный электролит

N aCl

HCl – сильный электролит

В водном растворе: NaCl → Na⁺ + Cl^-

N a⁺ + Cl^- + HOH → Na⁺ + OH^- + H⁺ + Cl^-

Н₂О

Все ионы соли останутся в растворе, они не объединяются с ионами воды, т.к. при этом не образуются слабые электролиты – гидролиз не происходит. Среда раствора нейтральная (рН = 7), т.к. концентрации ионов Н⁺ и ОН^- в растворе равны, как в чистой воде.

Смещение гидролиза

Реакции обратимого гидролиза полностью подчиняются принципу Ле Шателье. Поэтому гидролиз соли можно усилить (и даже сделать необратимым) следующими способами:

а) разбавить раствор, т.е. добавить воду (увеличить концентрацию одного из реагирующих веществ - воды);

б) нагреть раствор (повысить температуру), при этом возрастает степень диссоциации воды: Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^- - 57 кДж, а значит увеличивается количество ионов Н⁺ и ОН^- , которые необходимы для осуществления гидролиза соли;

в) связать один из продуктов гидролиза в труднорастворимое соединение или удалить один из продуктов в газовую фазу.

Гидролиз можно подавить(значительно уменьшить количество подвергающейся гидролизу соли), действуя следующим образом:

а) увеличить концентрацию растворенного вещества;

б) охладить раствор;

в) ввести в раствор один из продуктов гидролиза; например, подкислять раствор, если его среда в результате кислая, или подщелачивать, если – щелочная.

Алгоритм составления возможных уравнений гидролиза:

Исключить нерастворимые в воде соли.

Исключить соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой.

Определить в составе соли ион, образованный слабым электролитом.

Для данного иона составить краткое ионное уравнение гидролиза по первой ступени (один ион соли связывается с одним ионом воды: катион соли с анионом ОН^-; анион соли с катионом Н⁺).

Записать полное ионное уравнение.

Привести молекулярное уравнение, определить среду раствора.

Вопросы для самоконтроля:

1. Гидролиз соли – это:

а) взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита;

б) взаимодействие кислоты с основанием;

в) взаимодействие солей с кислотами.

2. Гидролизу не подвергаются соли, образованные:

а) слабой кислотой и сильным основанием;

б) слабым основанием и сильной кислотой;

в) сильной кислотой и сильным основанием;

г) слабым основанием и сильной кислотой.

3. Гидролизу подвергаются:

а) карбонат кальция; б) хлорид железа (3);

в) сульфат натрия; г) карбонат аммония.

4. В синий цвет лакмус окрашивается в водном растворе:

а) хлорида натрия; б) хлорида алюминия;

в) карбоната калия; г) нитрата бария;

д) сульфата меди (2).

Ион_______взаимодействует с водой по реакции, сокращенное ионное уравнение которой таково_________.

5. В красный цвет лакмус окрашивается в водном растворе:

а) сульфида натрия; б) нитрата кальция;

в) хлорида бария; г) сульфата цинка (2);

д) фосфата калия.

Ион_______взаимодействует с водой по реакции, сокращенное ионное уравнение которой таково_________.

6. Лакмус в водном растворе хлорида железа (3) окрашивается в ___________ цвет, т.к. происходит реакция, сокращенное ионное уравнение которой таково__________.

7. Лакмус в водном растворе сульфида натрия окрашивается в ___________ цвет, т.к. происходит реакция, сокращенное ионное уравнение которой таково__________.

8. В водном растворе сульфата хрома (3) реакция среды __________т.к при растворении соли в воде происходит ____________, уравнение которого в краткой форме таково____________.

9. Какие из перечисленных солей в водном растворе подвергаются гидролизу:

а) хлорид цинка б) нитрат стронция

в) силикат натрия г) карбонат калия

д) сульфид аммония.

Напишите формулы гидролизующихся солей и подчеркните тот ион, который взаимодействует с водой.

10. Установите соответствие:

окраска индикатора формула соли

а) лакмус фиолетовый а) Na₃PO₄

б) лакмус красный б) KCl

в) лакмус (синий) в) Cu(NO₃)₂

Ответ: а) _________ , б)__________, в) _________.

11. Установите соответствие:

раствор соли среда раствора

а) K₂SO₄ а) щелочная

б) K₂CO₃ б) кислая

в) Al₂(SO₄)₃ в) нейтральная

Ответ: а) _________ , б)__________, в) _________.

12. В водном растворе карбоната натрия лакмус, метилоранж и фенолфталеин имеют соответственно следующую окраску:

а) красную, красную, бесцветную

б) синюю, желтую, малиновую

в) синюю, красную, малиновую

г) красную, желтую, бесцветную

13. Установите соответствие:

среда раствора значение рН

а) кислая а) рН =7

б) нейтральная б) рН  7

в) щелочная в) рН  7

Ответ: а) _________ , б)__________, в) _________.

14. Водные растворы хлорида натрия, нитрата аммония и сульфида калия характеризуются соответственно следующими значениями рН:

а) = 7,  7,  7 б)  7, = 7,  7 в)  7,  7, = 7 г) = 7,  7,  7

15. Какие из приведенных солей подвергаются гидролизу по катиону:Na₃PO₄ , Cu(NO₃)₂ , K₂SO₄ , NH₄NO₃ , NiSO₄ , K₂CO₃?

Составьте уравнения их гидролиза, укажите среду.

16. Какие из приведенных солей подвергаются гидролизу по аниону:MgCl₂, Na₂SO₃ , Al₂(SO₄)₃ , HCOOK , BaJ₂ , Cа(NO₃)₂ , K₂CO₃?

Составьте уравнения их гидролиза, укажите среду.

17. Какие из приведенных солей подвергаются гидролизу по катиону и по аниону: AlBr₂ , FeCl₂ , CoSO₄ , (NH₄)₂SO₃ , CH₃COONH₄ , CuCl₂?

Составьте уравнения их гидролиза.

18. Имеются уравнения реакций гидролиза в сокращенной ионной форме:

а) Sn²⁺ + HOH ↔ (SnOH)⁺ + H⁺ б) S^2- + HOH ↔ HS^- + OH^-

в) PO₄^3- + HOH↔(HPO₄)^2- + OH^- г)* (CrOH)²⁺ + HOH↔Cr(OH)₂⁺ + H⁺

Составьте уравнения реакций в молекулярной форме.

19. Составьте уравнения реакций, происходящих при смешении водных растворов сульфида натрия и хлорида алюминия. Коэффициент перед формулой образующегося в результате этой реакции осадка равен…

20. Процесс гидролиза является необратимым для следующих солей:

а) Al₂(SO₄)₃ б) Al₂(CO₃)₃ в) Al(NO₃)₃

21. Ряд солей, гидролизущихся соответственно только по катиону, только по аниону, и по катиону и по аниону, - это:

а) K₂CO₃ , CH₃COONH₄ , FeCl₃ б) (NH₄)₂SO₄ , NaBr , (NH₄)₂CO₃

в) CuCl₂ , CH₃COONa , NH₄CN г) Zn(NO₃)₂ , CuSO₄ , (CH₃COO)₂Cu

22*. Составьте уравнения реакций необратимого гидролиза солей:Al(CH₃COO)₃ и Cr₂(CO₃)₃ .

23*. Напишите уравнение реакции, которая будет протекать при смешении водных растворов сульфата железа (3) и карбоната калия. Почему в результате реакции не образуется карбонат железа (3)?

24*. В растворах хлорида цинка поместили кусочек цинка, появились пузырьки газа. Что это за газ? Объясните процессы, происходящие в растворе.

25. На смещение гидролиза соли не влияет:

а) температура, б) давление, в) концентрация раствора, д) наличие одноименного иона.

26. Гидролиз можно усилить, если:

а) охладить раствор; б) связать один из продуктов гидролиза;

в) разбавить раствор, г) увеличить концентрацию раствора; д) нагреть раствор.

27. Гидролиз можно подавить, если:

а) нагреть раствор; б) ввести в раствор один из продуктов гидролиза;

в) охладить раствор; г) разбавить раствор; д) связать один из продуктов гидролиза.

28. Гидролиз соли FeCl₃ усилит добавление следующих веществ:

а) HCl б) NaOH в) ZnCl₂ г) H₂O д) Zn

29. Подавить гидролиз водного раствора сульфида калия можно, если:

а) охладить раствор б) разбавить раствор

в) добавить раствор Na₂S г) добавить HCl

д) увеличить концентрацию соли K₂S е) нагреть раствор.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/54879-kak-my-izuchaem-gidroliz