Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Попель

§ 12. Гідроліз солей

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • пригадати відомості про гідроліз органічних речовин;
  • дізнатися про гідроліз солей певного типу;
  • зрозуміти, які чинники впливають на процес гідролізу;
  • прогнозувати характер середовища водного розчину солі.

При вивченні властивостей органічних речовин ви дізналися, що за певних умов жири, вуглеводи, білки зазнають гідролізу1, тобто взаємодіють з водою. Такі процеси відбуваються при нагріванні й наявності кислоти або лугу, а в живих організмах — за участю ферментів. Під час гідролізу жирів утворюються гліцерин і карбонові кислоти, сахароза за дії води перетворюється на глюкозу і фруктозу, а кінцевими продуктами гідролізу білків є амінокислоти:

білок → поліпептиди → дипептиди → амінокислоти.

1 Термін походить від грецьких слів hydor — вода і lysis — розклад.

Гідроліз солей відрізняється від гідролізу органічних речовин, оскільки відбувається в гідратованих йонах, що утворюються під час розчинення солі у воді.

Катіони металічних елементів сполучаються з молекулами води ковалентним зв’язком за донорно-акцепторним механізмом. Донором слугує атом Оксигену молекули Н2О з двома неподіленими парами електронів, а акцептором — катіон металічного елемента, який має вільні орбіталі. Аніони з’єднуються з молекулами води водневим зв’язком.

У гідратних оболонках деяких йонів за дії катіона чи аніона солі ковалентний зв’язок у молекулі води Н—ОН руйнується. В одному випадку йон Н+, що утворюється при цьому, сполучається з аніоном солі, а йон ОН- надходить у розчин. В іншому випадку відбувається протилежне — йон ОН- з’єднується з катіоном солі, а в розчині з’являється йон Н+. Такою є суть гідролізу солей, унаслідок якого в розчинах виникає лужне або кисле середовище.

Залежно від особливостей гідролізу виокремлюють три типи солей (за їх походженням):

1 Це — спрощений запис амонійної основи, який використовуватимемо для пояснення гідролізу солей амонію. Зазвичай формулу сполуки записують як NH3· Н2О (§ 19).

Гідроліз солей, утворених сильною основою і слабкою кислотою. Розглянемо взаємодію з водою натрій ацетату CH3COONa. Водний розчин цієї солі містить йони Na+ і СН3СОО-. Частина ацетат-іонів (вони походять від слабкої кислоти) взаємодіє із молекулами води з утворенням молекул кислоти:

Йони ОН-, що накопичуються в розчині натрій ацетату, забарвлюють індикатор у відповідний колір. Отже, середовище розчинів таких солей визначається сильним електролітом, від якого походить сіль. Розчин солі, утвореної сильною основою і слабкою кислотою, має лужне середовище (значення pH > 7).

З молекулярного рівняння гідролізу натрій ацетату випливає, що гідроліз солі можна класифікувати як реакцію обміну між сіллю і водою.

Взаємодія натрій ацетату з водою є оборотною реакцією, оскільки серед реагентів і продуктів наявні слабкі електроліти — вода і оцтова кислота. Відповідна хімічна рівновага зміщена в бік утворення слабшого електроліту — води. Прямою реакцією є реакція гідролізу, а зворотною — реакція нейтралізації.

Цікаво знати

За звичайних умов в 1%-му розчині натрій ацетату відбувається гідроліз менш ніж 0,01% солі.

Гідролізу зазнає також сіль Na2CO3, яка походить від слабкої двохосновної карбонатної кислоти. Водний розчин цієї солі, як і натрій ацетату, має лужне середовище (мал. 16). Відповідні йонно-молекулярне та молекулярне рівняння:

Зверніть увагу: середня сіль перетворюється на кислу сіль, а не на кислоту1. Кислі солі, на відміну від середніх солей, містять гідрогеновмісні аніони: KHS, Ba(HSO4)2, NaH2PO4. Докладно про ці сполуки йтиметься в § 27.

1 Друга стадія гідролізу натрій карбонату (NaHCO3 + Н2О ⇄ Н2СО3 + NaOH) майже не відбувається.

Мал. 16. Забарвлення універсального індикатора у водному розчині натрій карбонату

Гідроліз солей, утворених слабкою основою і сильною кислотою. До солей цього типу належить амоній хлорид NH4Cl. Розчин сполуки містить катіони NH+4 і аніони Сl-. Невелика частина йонів амонію (вони походять від слабкої амонійної основи) взаємодіє з молекулами води, а в розчині з’являються йони Н+ (мал. 17):

Мал. 17. Забарвлення універсального індикатора у водному розчині амоній хлориду

Молекулярне рівняння гідролізу амоній хлориду:

NH4Cl + H—OH ⇄ NH4OH + HCl.

Отже, розчин солі, утвореної слабкою основою і сильною кислотою, має кисле середовище (значення pH < 7).

У водному розчині якої солі — Na2S чи NH4NO3 — значення pH менше 7?

Гідроліз солей, які містять дво- або тризарядні катіони металічних елементів, має певні особливості. При взаємодії з водою, наприклад, солі СuСl2 одним із продуктів реакції є так звана основна сіль:

Cu2+ + H—OH ⇄ CuOH+ + H+;

CuCl2 + H—OH ⇄ Cu(OH)Cl + HCl.

Ця сіль складається з гідроксокатіонів CuOH+ і аніонів Сl- ; її назва — гідроксокупрум(ІІ) хлорид. Оскільки рівновага зміщена ліворуч, із водою взаємодіє незначна частка купрум(ІІ) хлориду, а мала кількість солі Сu(ОН)Сl, яка утворюється, перебуває в розчиненому стані1.

1 Друга стадія гідролізу купрум(ІІ) хлориду (Сu(ОН)Сl + Н2О ⇄ Cu(OH)2+ НСl) не відбувається; осад купрум(ІІ) гідроксиду не утворюється.

Гідроліз солей, утворених слабкими основою і кислотою. Розглянемо гідроліз солі такого типу на прикладі амоній ацетату CH3COONH4. Катіони NH+4 і аніони СН3СОО- цієї солі походять від слабких електролітів, тому обидва йони реагують з молекулами води. Рівняння гідролізу цієї солі:

CH3COO- + NH+4 + H—OH ⇄ CH3COOH + NH4OH;

CH3COONH4 + H—OH ⇄ CH3COOH + NH4OH.

Водний розчин амоній ацетату має нейтральне середовище (pH = 7), оскільки ступінь дисоціації оцтової кислоти й амонійної основи дуже малий і майже однаковий.

Залежно від здатності до дисоціації слабких електролітів середовище водних розчинів солей, утворених слабкими основою і кислотою, може бути нейтральним, слабколужним або слабкокислим.

Деякі солі, які походять від слабких основи (амфотерного гідроксиду) і кислоти, зазнають повного й необоротного гідролізу:

Al2S3 + 6Н2О = 2Аl(ОН)3↓ + 3H2S↑.

Зверніть увагу: в таблиці розчинності (форзац II) клітинки таких солей містять знак #. Добути ці сполуки за реакціями обміну у водних розчинах неможливо:

2AlCl3+ 3K2S + 6H2O = 2Аl(ОН)3↓ + 3H2S↑ + 6КСl.

Із наведених прикладів взаємодії солей з водою випливає висновок:

гідроліз солі — реакція солі з водою, продуктами якої є сполука основного характеру і сполука кислотного характеру.

Відношення до води солей, утворених сильними основою і кислотою. Сполуки цього типу складаються з катіонів і аніонів, які не вступають у хімічну реакцію з водою (це випливає з матеріалу, викладеного в параграфі). Тому солі NaCl, K2SO4, Ba(NO3)2, LiI та багато інших не зазнають гідролізу. Водні розчини цих солей нейтральні.

Для того щоб перевірити поведінку солей у водному розчині, проведіть такий дослід.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 1

Визначення pH водних розчинів солей за допомогою індикатора

Випробуйте водні розчини натрій хлориду, натрій ацетату, амоній хлориду та амоній ацетату за допомогою універсальних індикаторних папірців.

Запишіть приблизне значення pH розчину кожної солі, використавши шкалу pH на упаковці універсального індикатора.

Багато солей лише частково взаємодіють з водою. Їх гідролізом зазвичай нехтують, здійснюючи різні реакції в розчинах.

Вплив зовнішніх умов на перебіг гідролізу. Оскільки гідроліз є, як правило, оборотним процесом, то чинники, що впливають на стан хімічної рівноваги (§ 10), діють і в разі взаємодії солі з водою. Згідно з принципом Ле Шательє, додавання води (розбавляння розчину) або підвищення температури зміщує рівновагу в бік прямої реакції — гідроліз солі посилюється (це — ендотермічна реакція). І навпаки, гідроліз послабиться, якщо додати в реакційну суміш один із його продуктів — кислоту або луг, а також знизити температуру.

Гідроліз солей у ґрунті. Малі кількості деяких солей містяться в ґрунтовому розчині. Їх гідроліз незначною мірою впливає на pH ґрунту. Наприклад, солі Натрію та Калію, що походять від органічних кислот, сприяють створенню слабколужного середовища в ґрунтовому розчині, а сульфати Алюмінію та Феруму дають свій внесок у підкислення ґрунтів.

ВИСНОВКИ

Гідроліз солі — реакція обміну солі з водою з утворенням сполуки основного характеру і сполуки кислотного характеру. З водою взаємодіють солі, які походять від слабких основ або/і слабких кислот. Середовище водних розчинів солей може бути кислим, лужним або нейтральним.

Гідроліз більшості солей — оборотна реакція; хімічна рівновага зміщена ліворуч, у бік утворення води.

  • 89. У чому полягає суть гідролізу солі?
  • 90. У наведеному переліку виберіть формули солей, що зазнають гідролізу: ВаСІ2, ΚΝO3, HCOONH4, AI2(SO4)3, Na2SO3.
  • 91. Укажіть правильну відповідь щодо кількості йонів у водному розчині ферум(ІІ) сульфату і поясніть ваш вибір:

а) катіонів Fe2+ менше, ніж сульфат-іонів;

б) сульфат-іонів менше, ніж катіонів Fe2+;

в) йонів Fe2+ тa SO2-4 — однакова кількість;

г) йонів Н+ та ОН- — однакова кількість.

  • 92. Який зовнішній ефект чи його відсутність свідчить про те, що йон СО2-3 при гідролізі натрій карбонату сполучається з одним йоном Н+, а не з двома?
  • 93. Запишіть замість крапок у йонно-молекулярних рівняннях формули відповідних йонів:

а) АІ3+ + Н—OН ⇄ ... + ...;

б) РО3-4 + Н—ОН ⇄ ... + ... .

  • 94. Складіть по два молекулярних рівняння, які відповідають кожному йонно-молекулярному рівнянню:

а) F- + H2O ⇄ HF + OH-;

б) S2- + Н2О ⇄ HS- + ОН-.

  • 95. Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння гідролізу таких солей:

а) барій ацетату;

б) плюмбум нітрату.

  • 96. Випишіть формули кількох солей, для яких не можна визначити розчинність через їх гідроліз (знайдіть у таблиці розчинності знаки «#»). Поясніть, чому кожна сіль взаємодіє з водою.