Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 9 клас. Бутенко
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 24. Гідроліз солей
У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
- що таке гідроліз солей;
- які типи солей зазнають гідролізу.
У водних розчинах усі розчинні солі повністю дисоціюють на йони. Кожному утвореному при цьому катіону відповідає певна основа, а кожному аніону — певна кислота. Ці основи та кислоти можуть бути як сильними, так і слабкими, тому всі солі поділяють на чотири умовні типи:
- а) солі, утворені сильними основами та сильними кислотами;
- б) солі, утворені слабкими основами та сильними кислотами;
- в) солі, утворені сильними основами та слабкими кислотами;
- г) солі, утворені слабкими основами та слабкими кислотами.
Слабкі основи та слабкі кислоти є слабкими електролітами, тобто мають низькі значення ступенів електролітичної дисоціації. Катіони солей, утворені слабкими основами, досить активно зв’язують гідроксид-іони, а аніони солей, утворених слабкими кислотами, — йони Гідрогену. Указані реакції обмінної взаємодії йонів солі з молекулами води називають реакціями гідролізу.
Процес гідролізу слід відрізняти від процесу гідратації (див. § 5).
Розглянемо процес гідролізу солей на конкретних прикладах.
• Сіль, утворена сильною основою та сильною кислотою, не гідролізує: КСl, NaNO3, K2SO4 тощо.
• У солей, утворених слабкою основою та сильною кислотою, наприклад у Cu(NO3)2, взаємодіє з молекулами води, лише катіон Сu2+. Рівняння гідролізу цієї солі можна записати (при цьому формулу молекули води часто записують як НОН) так:
Cu2+ + 2NO3- + НОН ⇄ (CuOH)+ + 2NO3- + Н+ (І ступінь)
Сu2+ + НОН ⇄ СuОН+ + Н+
Cu(NO3)2 + Н2O ⇄ (CuOH)NO3 + HNO3
CuOH+ + NO3- + НОН ⇄ Cu(OH)2 + H+ + NO3- (II ступінь)
CuOH+ + HOH ⇄ Cu(OH)2 + H+
(CuOH)NO3 + H2O ⇄ Cu(OH)2 + HNO3
Гідроліз за другим ступенем практично не відбувається, оскільки підвищення в розчині концентрації йонів Гідрогену перешкоджає утворенню Сu(ОН)2. У молекулярній формі рівняння гідролізу солі Cu(NO3)2 має такий вигляд:
Cu(NO3)2 + НОН ⇄ CuOHNO3 + HNO3, pH < 7
Зазвичай записують рівняння гідролізу за першим ступенем. Оскільки під час гідролізу солі, утвореної слабкою основою і сильною кислотою, у розчині з’являються йони Гідрогену, середовище цього розчину — кислотне, тому pH < 7.
• У солей, утворених сильною основою та слабкою кислотою, наприклад у К2СО3, взаємодіє з молекулами води тільки аніон СО32- — аніон слабкої карбонатної кислоти:
2К+ + CO32- + НОН ⇄ 2К+ + НСО3- + ОН- (І ступінь)
CO32- + НОН ⇄ НСО3- + ОН-
К2СО3 + НОН ⇄ КНСО3 + КОН
Κ+ + НСО3- + НОН ⇄ Н2СО3 + ОН- (II ступінь)
НСО3 + НОН ⇄ Н2СО3 + ОН-
KHCO3 + HOH ⇄ H2CO3 + KOH
Гідроліз за другим ступенем практично не відбувається, тому що підвищення в розчині концентрації гідроксид-іонів ОН перешкоджає утворенню Н2СО3, тобто прискорює оборотну реакцію. Тому в молекулярному рівнянні гідролізу солі К2СО3 записують так:
К2СО3 + НОН ⇄ КОН + КНСО3, pH > 7
Під час гідролізу солей, утворених сильною основою і слабкою кислотою, вивільняються гідроксид-іони, тому середовище розчину такої солі — лужне.
• У солей, утворених катіоном слабкої основи й аніоном слабкої кислоти, гідроліз відбувається як за катіоном, так і за аніоном:
Al2S3 + 6НOН = 2Аl(ОН)3↓ +3H2S↑
У цьому випадку катіон відповідає нерозчинній основі, яка під час утворення випадає в осад, а аніон — леткій кислоті, яка видаляється з розчину в газуватому стані. Процес гідролізу — практично необоротний, тому що продукти гідролізу виводяться із зони реакції.
Гідроліз солей, утворених слабкою кислотою та слабкою основою, відбувається з утворенням слабкої кислоти та слабкої основи. Процес гідролізу буде практично необоротним, pH розчину залежатиме від співвідношення сили основи й сили кислоти.
Підсилити процес гідролізу солей можна нагріванням або розведенням розчину солі.
Приклади розв’язування задач
Приклад 1. Запишіть молекулярне, повне й скорочене йонно-молекулярні рівняння гідролізу калій сульфіду.
Розв’язання
1. Під час розчинення у воді ця сіль дисоціює:
K2S = 2К+ + S2-
2. Оскільки йон S2- є аніоном слабкої сульфідної кислоти, то він взаємодіятиме з молекулою води:
S2- + НОН ⇄ HS- + ОН-
Це скорочене йонно-молекулярне рівняння гідролізу солі.
3. Повне йонно-молекулярне рівняння гідролізу солі K2S можна записати так:
2К+ + S2- + НОН ⇄ К+ + HS- + К+ + ОН-
4. Якщо об’єднати йони з протилежними зарядами у відповідні сполуки, одержимо молекулярне рівняння гідролізу солі:
K2S + НОН ⇄ KHS + КОН
Оскільки внаслідок гідролізу утворюється сильна основа, розчин стає лужним (pH > 7, середовище лужне).
У цьому випадку розглянуто лише перший ступінь гідролізу солі, на якому він зазвичай і припиняється. Це пояснюють тим, що аніон HS- дисоціює набагато слабше, ніж молекули H2S. Другий ступінь гідролізу можливий лише в разі розведення або нагрівання розчину K2S.
Приклад 2. Запишіть молекулярне, повне та скорочене йонно-молекулярні рівняння гідролізу солі ZnCl2, утвореної слабкою основою й сильною кислотою.
Розв’язання
1. Під час розчинення у воді ця сіль дисоціює:
ZnCl2 = Zn2+ + 2Сl-
2. Йон Zn2+ є катіоном амфотерного гідроксиду — цинк гідроксиду Zn(OH)2, отже, він взаємодіятиме з молекулою води:
Ζn2+ + НОН ⇄ ZnOH+ + Н+
Це скорочене йонно-молекулярне рівняння гідролізу ZnCl2.
3. Повне йонно-молекулярне рівняння гідролізу солі ZnCl2 таке:
Zn2+ + 2Сl- + НОН ⇄ ZnOH+ + Сl- + Н+ + Сl-
4. Рівняння гідролізу за першим ступенем записують так:
ZnCl2 + Н2О ⇄ ZnOHCl + НСl
Оскільки внаслідок гідролізу утворюється сильна кислота, то pH < 7, середовище кислотне.
Гідроліз за другим ступенем можливий лише за нагрівання розчину солі ZnCl2.
Приклад 3. Які речовини утворюються, якщо до розчину хром(IIІ) нітрату додати розчин натрій сульфіду?
Розв’язання
Здавалося б, що внаслідок взаємодії хром(IIІ) нітрату з натрій сульфідом має утворитися хром(IIІ) сульфід Cr2S3. Але ця сіль утворена слабкою основою та слабкою кислотою, а тому гідролізується як за катіоном, так і за аніоном:
Сr3+ + 3Н2О = Сr(ОН)3↓ + 3Н+
S2- + 2Н2О = H2S↑ + 2ОН-
Повне йонно-молекулярне рівняння:
2Cr3+ + 3S2- + 6Н2О = 2Cr(OH)3↓ + 3H2S↑
Молекулярне рівняння:
2Cr(NO3)3 + 3Na2S + 6Н2О = 2Cr(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6NaOH3
Оскільки продукти гідролізу хром(IIІ) гідроксид Сr(ОН)3 та гідроген сульфід H2S видаляються із зони реакції, гідроліз солі Cr2S3 відбувається необоротно.
Основне поняття. Гідроліз солей.
Запитання та завдання
°1. Дайте визначення гідролізу.
°2. На які чотири типи умовно поділяють солі, залежно від сили основи та кислоти, якими вони утворені?
3. Як впливає на гідроліз солей: а) підвищення температури; б) розведення розчину?
4. Яке середовище (кислотне, лужне чи нейтральне) утворюється внаслідок розчинення у воді солей Na2S, ВаСl2, FeSO4?
5. Якщо до розчинів: а) натрій нітрату; б) калій карбонату; в) цинк сульфату додати фіолетовий розчин лакмусу, то чи зміниться колір індикатора? Якщо так, поясніть чому. Зазначте колір індикатора.
6. Запишіть рівняння гідролізу натрій сульфіду та калій карбонату. Укажіть колір лакмусу в кожному із розчинів та поясніть причину його зміни.
7. Назвіть сіль Натрію, розчин якої має лужне середовище, і сіль нітратної кислоти, розчин якої має кислотне середовище. Запишіть рівняння реакцій, які можуть відбуватися в розчинах кожної із цих солей. Яке середовище в розчині натрій нітрату?
8. Розчини яких солей: CuSO4, СаСl2, K2SiO3, Mg(NO3)2, K2S — мають кислотне середовище? Чому?
9. Укажіть з наведеного переліку солей: калій сульфат, натрій хлорид, барій сульфід, алюміній нітрат — ті, що у водних розчинах зазнають гідролізу. Яке середовище при цьому утворюється — кислотне чи лужне?
10. Розчини яких солей мають нейтральне середовище: K2S, MgSO4, ВаСl2, Fe(NO3)3? Запишіть відповідні рівняння реакцій гідролізу.
11. Які із солей, формули яких наведено: АlСl3, К2СО3, Na2SO4, NaNO3, FeCl2, Zn(NO3)2, зазнають гідролізу: а) лише за катіоном; б) лише за аніоном? Запишіть йонні рівняння. Укажіть реакцію середовища розчинів.
*12. Якщо до розчину алюміній нітрату долити розчин натрій карбонату, то спостерігається виділення безбарвної газуватої речовини та утворення осаду. Унаслідок якого процесу виділяється газ і випадає осад? Запишіть рівняння реакцій.
*13. Запишіть молекулярне, повне й скорочене йонно-молекулярні рівняння гідролізу солі, утвореної сильною основою та слабкою сульфітною кислотою. Визначте середовище розчину. Чи можливий у цьому випадку гідроліз за другим ступенем? Якщо так, то за яких умов?
