Гидролиз солей

Гидролиз солей – частный случай весьма распространенных в природе реакций гидролиза. Процессы обменного взаимодействия между молекулами растворенного вещества и воды играют важную роль в осуществлении биохимических циклов клетки, обмена веществ в живых организмах, при получении и хранении химических соединений, в том числе и фармацевтических препаратов.

Основные понятия и определения:

Гидролиз соли	- взаимодействие соли с водой, приводящее к образованию слабого или малорастворимого электролита и изменению рН среды
Типы гидролиза: - гидролиз по аниону - гидролиз по катиону - гидролиз по катиону и аниону	- в растворах солей, образованных анионами слабых кислот и катионами сильных оснований (KCN), рН > 7   - в растворах солей, образованных катионами слабых оснований и анионами сильных кислот (AICI3), рН < 7 - в растворах солей, образованных анионами слабых кислот и катионами слабых оснований (CH3CCNH4), значение рН определяется сравнением силы образовавшихся кислоты и основания
Степень гидролиза (h)	- отношения концентрации соли, подвергшейся гидролизу, к концентрации соли в растворе h =
Факторы, влияющие на степень гидролиза	- природа соли, концентрация, температура
Константа гидролиза(Кг)	- отношения произведения равновесных продуктов гидролиза к равновесной концентрации гидролизующегося иона; например, для реакции гидролиза аниона слабой кислоты А- + Н2О НА- +ОН- Кг =
Факторы, влияющие на константу гидролиза	- природа соли, температура
Закон разбавления Оствальда для случая гидролиза	h= при разбавлении раствора соли степень ее гидролиза увеличивается

Уравнения для расчета константы, степени гидролиза и рН растворов и гидролизующихся солей:

Типы соли	Кг	h	рН
Соль слабой кислоты и сильного основания			7- КДкисл + С
Соль сильной кислоты и слабого основания			7+ КДосн - С
Соль слабой кислоты и слабого основания			7- КДкисл + КДосн

Гидролиз солей – это взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию слабого электролита.

Различают 3 типа гидролиза солей:

а) гидролиз по аниону. Соль образована сильным основанием и слабой кислотой. Например, CH₃COONa.

Диссоциация соли (сильный электролит):

CH₃COONa ® CH₃COO^- + Na⁺. (1)

Диссоциация воды (слабый электролит):

Н₂О Û Н⁺ + ОН^-. (2)

Ацетат-ионы связывают ионы Н⁺ с образованием молекулы слабого электролита – уксусной кислоты:

CH₃COO^- + Н⁺ Û CH₃COOH. (3)

Суммируя уравнения (2), (3), получаем уравнение гидролиза соли в ионном виде:

CH₃COO^- + Н₂О Û CH₃COOH + ОН^-. (4)

Уравнение (4) показывает, что идет накопление гидроксид-ионов, а потому раствор приобретает щелочную реакцию.

В молекулярном виде гидролиз CH₃COONa записывается так:

CH₃COONa + Н₂О Û CH₃COOH + NaOH.

Количественно реакция гидролиза характеризуется:

1) степенью гидролиза (h) – отношением числа гидролизовавшихся молекул соли к исходному числу молекул соли;

2) константой гидролиза (К_г).

В соответствии с законом действующих масс константа равновесия для реакции (4):

или

Поскольку [Н₂О]»const, то К[Н₂О]»const=К_г; где К_г – константа гидролиза.

Учитывая, что , получаем:

Константа диссоциации СН₃СООН (К_к):

CH₃COOНÛCH₃COO^-+Н⁺

, тогда .

Чем больше К_г, тем сильнее соль гидролизуется.

Обозначим концентрацию соли CH₃COONa через С. Тогда [CH₃COONa]=[CH₃COO^-]=C. Степень гидролиза, согласно определению, можно записать для уравнения (4) следующим образом: h = .

Поскольку [СН₃СООН]= [ОН^-], то .

Для уравнения (4) концентрация негидролизовавшихся ионов [CH₃COO^-] = C - Ch.

Таким образом, . Так как для многих солей величина h – величина очень малая, то 1-h» 1 и Ch² » К_в/К_к. Откуда ;

б) гидролиз по катиону. Соль образована сильной кислотой и слабым основанием. Например, NH₄Cl:

NH₄Cl ® NH₄⁺ + Cl^-

Н₂О Û Н⁺ + ОН^-

NH₄⁺ + ОН^- Û NH₄OH

т. е. NH₄⁺ + Н₂О Û NH₄OH + Н⁺

В молекулярном виде:

NH₄Cl + Н₂О Û NH₄OH + HCl.

В этом случае реакция раствора кислая, т. к. происходит накопление ионов Н⁺. По аналогии с вышерассмотренным примером можно получить константу и степень гидролиза для такого типа гидролиза.

Для двух типов гидролиза степень гидролиза тем больше:

1) чем больше К_в, т. е. чем больше температура (т. к. К_в возрастает с температурой);

2) чем меньше К_к и К_осн, т. е. чем слабее кислота или основание, которые образуются в результате гидролиза соли;

3) чем меньше концентрация, т. е. чем больше разбавлен раствор.

Таким образом, чтобы усилить гидролиз солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой или сильным основанием и слабой кислотой, необходимо разбавить раствор соли и нагреть его;

в) гидролиз по катиону и аниону. Соль образована слабой кислотой и слабым основанием. Например, CH₃COONH₄:

CH₃COONH₄ ® CH₃COO^- + NH₄⁺

Н₂О Û Н⁺ + ОН^-

CH₃COO^- + Н⁺ Û CH₃COOH

NH₄⁺ + OН^- Û NH₄OH

т. е. CH₃COONH₄ + Н₂О Û CH₃COOН + NH₄ОН.

Степень гидролиза солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием, от разбавления не зависит. В этом случае рН водных растворов солей может быть больше, равен или меньше 7: реакция раствора кислая, если К_к > К_осн; щелочная – К_к < К_осн; нейтральная – К_к» К_осн.

Гидролиз солей многоосновных кислот и многокислотных оснований протекает ступенчато в соответствии со ступенчатой диссоциацией. Например, для Na₂CO₃:

CO₃^-2 + H₂O Û HCO₃^- + OH^-

HCO₃^- + H₂O Û H₂CO₃ + OH^-

П ример 1. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: a) NaCN; б) К₂СО₃; в) ZnSO₄. Определите реакцию среды растворов этих солей.

Решение. а) цианид натрия NaCN – соль слабой одноосновной кислоты HCN и сильного основания NaOH. При растворении в воде молекулы NaCN полностью диссоциируют на катионы Na⁺ и анионы CN^-. Катионы натрия Na⁺ не могут связывать анионы воды ОН^-, так как NaOH – сильный электролит. А анионы CN^- связывают катионы воды Н⁺, образуя молекулы слабого электролита. Соль гидролизуется по аниону.Ионно-молекулярное уравнение гидролиза имеет вид:

CN^- + Н₂О Û ОН^- + HCN или в молекулярной форме:CN + Н₂О Û КОН + HCN. В результате гидролиза появляется избыток гидроксид-ионов ОН^-, поэтому раствор имеет щелочную реакцию среды
(рН > 7);

б) карбонат калия – соль слабой многоосновной кислоты и сильного основания. В этом случае анионы соли СО₃^2-, связывая водородные ионы воды Н⁺, образуют анионы кислой соли НСО₃ ^-, а не молекулы Н₂СО₃, так как ионы НСО₃^- диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Н₂СО₃. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по аниону. Ионно-молекулярное уравнение имеет вид:

СO₃^- + H₂O Û ОН^- + НСO₃^- или в молекулярной форме:К₂СО₃ + Н₂О Û КОН + NaHCО₃.В растворе появляется избыток ионов ОН ^-, поэтому раствор К₂СO₃ имеет щелочную реакцию (рН > 7);

в) сульфат цинка ZnSО₄ – соль слабого многокислотного основания Zn(OH)₂ и сильной кислоты H₂SO₄. В этом случае катионы Zn²⁺ связывают гидроксильные ионы воды ОН^-, образуя катионы основной соли ZnOH⁺. Образование молекул Zn(OH)₂ не происходит, так как ионы ZnОН⁺ диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Zn(OH)₂. В обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по катиону.

Ионно-молекулярное уравнение гидролиза имеет вид:

Zn²⁺ + Н₂О Û Н⁺ + ZnОН⁺ или в молекулярной форме:

2ZnSО₄ + 2Н₂О Û (ZnOH)₂SО₄ + H₂SO₄.

В растворе появляется избыток ионов водорода Н⁺, поэтому раствор ZnSО₄ имеет кислую реакцию (рН < 7).

Пример 2. При смешивании растворов А1₂(SО₄ )₃ и Na₂S каждая из взятых солей гидролизуется необратимо и до конца. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.

Решение. Если в раствор гидролизующейся соли ввести реагент, связывающий образующиеся при гидролизе ионы Н⁺ или анионы ОН^-, то в соответствии с принципом Ле-Шателье равновесие смещается в сторону усиления гидролиза; в результате гидролиз может протекать полностью, до образования его конечных продуктов.

При смешивании растворов солей А1₂(SО₄)₃ и Na₂S происходит взаимное усиление гидролиза, так как гидролиз А1₂(SО₄)₃ сопровождается накоплением в растворе ионов Н⁺, а гидролиз Na₂S – накоплением ионов ОН^-. В результате гидролиз каждой из солей протекает необратимо до конца: сульфат алюминия гидролизуется с образованием Аl(ОН)₃, а сульфид натрия – с образованием газообразного Н₂S.

Контрольные задания:

1. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакции гидролиза, протекающего при смешивании растворов К₂S и CrCI₃.

2. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакции гидролиза солей: MnCI₂, Na₂CO₃. Укажите реакцию среды в каждом растворе.

3. Объясните, почему в водном растворе NaНCO₃ среда слабощелочная, а в растворе NaНSO₃- слабокислая. Ответ подтвердите соответствующими расчетами.

4. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакции гидролиза NH₄CI и рассчитайте Кг. Кд NH₄ОН =1,8*10^-5.

5. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакции гидролиза СН₃СООNH₄ и рассчитайте Кг. Кд NH₄ОН =1,8*10^-5, Кд СН₃СООH = 1,8*10^-5.

6. Вычислите степень гидролиза ZnCI₂ по первой ступени в 0,5 М растворе. Кд₂ = 1,0*

7. 10^-17.

8. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакции гидролиза Na₂CO₃ и рассчитайте Кг. Кд₁ H₂СО₃ =4,5*10^-7, Кд₂ H₂СО₃ = 4,7*10^-11

9. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакции гидролиза Na₃РO3 и рассчитайте Кг. Кд₁ H₃РО₄ =7,5*10^-3, Кд₂ H₃РО₄ = 6,3*10^-8 , Кд₃ H₃РО₄ = 1,3*10^-12

10. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакции гидролиза NaН₂РO₄ и рассчитайте Кг. Кд₁ H₃РО₄ =7,5*10^-3, Кд₂ H₃РО₄ = 6,3*10^-8 , Кд₃ H₃РО₄ = 1,3*10^-12

11. Определите степень гидролиза и рН 0,005 н раствора КСN. Кд = 4,9*10^-10.

12. Какие из перечисленных ниже солей подвергаются гидролизу: NaCN, KNO₃, NaNO₂? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?

13. В какой цвет будет окрашен лакмус в водных растворах KCN, NH₄Cl, K₂SO₃, NaNO₃, FeCl₃, Na₂CO₃?

14. Объясните, почему водные растворы нитрита натрия и карбоната лития имеют щелочную реакцию. Ответ подтвердите уравнениями реакций в ионной и молекулярной формах.

15. Какие процессы будут происходить при смешении водных растворов сульфида натрия и хлорида алюминия? Составьте уравнение реакции.

16. Какие из перечисленных ниже солей имеют рН раствора, равный рН чистой воды: KNO₃, KNO₂, Cu(NO₃)₂, КСl, СН₃СООNН₄? Ответ обоснуйте.

17. Запишите в молекулярной и ионно-молекулярной формах уравнения процессов, происходящих при сливании водных растворов карбоната натрия и хлорида алюминия, сульфата хрома (III) и сульфида калия, учитывая, что гидролиз протекает до конца.

18. Изменится ли рН среды раствора хлорида цинка при кипячении?

19. Какие из перечисленных ниже солей, подвергаясь частичному гидролизу, образуют основные соли: а) Cr₂(SO₄)₃; б) Na₂CO₃; в) AgNO₃; г) AlCl₃?

20. Добавление каких из перечисленных ниже реагентов к раствору FeCl₃ усилит гидролиз соли:
а) НСl; б) NаОН; в) ZnCl₂; г) Na₂CO₃; д) NH₄Cl; е) Zn; ж) H₂O?

21. Почему раствор сульфида калия окрашивается в малиновый цвет при добавлении фенолфталеина?

22. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы солей: Na₂S, А1С1_з, NiSO₄? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

23. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: Pb(NO₃)₂, Na₂CO₃, Fe₂(SO₄)₃. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?

24. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения совместного гидролиза, происходящего при смешивании растворов K₂S и СrС1_з. Каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты.

25. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей СН_зСООК, ZnSO₄, А1(NO_з)_з. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?

^26. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза тех из приведенных солей, растворы которых имеют щелочную реакцию: ZnSO₄, К₂SiO_з, BaCl₂, Сs₂СОз, NH₄NO₃.

27. Какие из приведенных солей подвергаются гидролизу: RbCl, Cr₂(SO₄)₃, Ni(NO₃)₂? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?

28. К раствору FеС1_з добавили следующие вещества: а) НС1; б) КОН; в) ZnCl₂; г) Nа₂СО₃. В каких случаях гидролиз железа (III) хлорида усилится? Почему? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения соответствующих солей.

29. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза тех из приведенных солей, растворы которых имеют кислую реакцию: NaBr, Na₂S, NH₄Cl, CuSO₄, KCN, CoCl₂.

30. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей: CuCl_2, Сs₂СО₃, Сr(NО₃)₃. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?

31. При смешивании растворов FеСl₃ и К₂СО_з каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.

Поиск по сайту: